Verschenen in: Finishing Today, feb. 2008; Materials Performance Magazine, sept. 2004; Quality Digest Magazine, okt. 2004
Laagdiktemeters die gebruik maken van ultrasone meettechnieken worden steeds populairder. Zij ondersteunen of vervangen destructieve methoden voor het meten van de dikte van coatings op hout en houtproducten.
Coatings hebben verschillende functies. Sommige zijn ontworpen om houtstructuren te herstellen, te beschermen, waterdicht te maken en te verfraaien. Andere zijn speciaal geformuleerd om poriën af te dichten en op te vullen en om een esthetisch aangename oppervlaktestructuur te verkrijgen. Doordringende coatings worden in het hout opgenomen en harden uit tot een sterke beschermende barrière die niet afbladdert.
Coatings vervullen hun functie het beste wanneer ze worden aangebracht binnen het nauwe diktebereik dat de fabrikant voorschrijft. Conversielakken zijn bijvoorbeeld harder dan andere coatings en mogen niet dikker dan 5 mils droge laagdikte worden aangebracht om scheuren of andere afwerkingsgebreken te voorkomen. De dikte van nitrocelluloselak moet gewoonlijk onder 3 mils blijven. Een constante laagdikte is essentieel bij het aanbrengen van basislakken en craquelélakken om het gewenste craquelé-effect te bereiken.
Op vezelplaat met gemiddelde dichtheid (MDF) varieert de poedercoatingdikte doorgaans van 3 tot 9 mils. Meestal geldt: hoe dikker de laag, hoe duurzamer de afwerking. Fabrieksspecificaties schrijven vaak een tolerantie van ±1 mil voor. Dit kwaliteitsniveau kan niet alleen visueel worden beoordeeld.
Er zijn nog andere voordelen verbonden aan het nauwkeurig meten van de afwerkdikte. Als bedrijven de kwaliteit van de coating van binnenkomend materiaal niet controleren en verifiëren, verspillen ze geld aan het opnieuw bewerken van producten. Door de techniek van spuiters te controleren zorgen ze ervoor dat de coating volgens de aanbevelingen van de fabrikant wordt aangebracht. Bovendien kan het aanbrengen van een te grote laagdikte de totale efficiëntie drastisch verminderen. Ten slotte kan regelmatig testen het aantal interne herbewerkingen en terugzendingen van klanten wegens afwerkingsfouten verminderen.
Op metalen is het meten van de laagdikte gebruikelijk voor kwaliteitscontrole en inspectie. Op koolstofstaal wordt een magnetische methode gebruikt. Voor andere metalen, zoals koper en aluminium, worden wervelstroommeters gebruikt.
Aangezien deze instrumenten de dikte van afwerklagen op hout niet kunnen meten, zijn alternatieve technieken gebruikt, waaronder:
Deze tests zijn tijdrovend, lastig uit te voeren en gevoelig voor interpretatie door de gebruiker en andere meetfouten. Coatingapplicateurs vinden destructieve methoden onpraktisch. Voor een statistisch representatieve steekproef moeten mogelijk meerdere houten producten uit een partij worden afgeschreven als onderdeel van de destructieve test.
Met de komst van ultrasone instrumenten zijn veel afwerkingsbedrijven overgestapt op niet-destructieve inspectie.
Kwaliteitsprofessionals zijn al bekend met verschillende aspecten van ultrasoon testen, waarbij geluidsenergie met een hoge frequentie wordt gebruikt om onderzoeken en metingen uit te voeren. Ultrasoon onderzoek kan gebreken in metaal opsporen en evalueren, afmetingen meten, materiaalkarakterisering vaststellen en nog veel meer.
Wanddiktemeting is wellicht de meest gangbare en eenvoudigste ultrasone test. Ultrasone precisiewanddiktemeters meten snel de dikte van objecten zonder toegang tot beide zijden. Voor coatingmetingen zijn ze echter niet ideaal. Ze zijn onvoldoende gevoelig voor de dikte van acrylvullers, fabrieksprimers, lakken, UV-afwerkingen, poedercoatings en andere materialen op hout.
Het eerste draagbare instrument dat specifiek voor laagdiktemeting was ontworpen, kwam 14 jaar geleden op de markt en is nu aan zijn vierde generatie toe. Het gebruikt een transducer met één element en geavanceerde numerieke technieken om gedigitaliseerde echo's te filteren en te versterken. De huidige draagbare ultrasone laagdiktemeters zijn eenvoudig te bedienen, betaalbaar en betrouwbaar (figuur 1).
Bij ultrasoon onderzoek zendt een sonde (transducer) een ultrasone trilling de coating in, met behulp van een op het oppervlak aangebracht koppelmiddel.
De trilling gaat door de coating totdat zij een materiaal met andere mechanische eigenschappen tegenkomt, meestal de ondergrond of een andere coatinglaag. Op dit grensvlak wordt de trilling gedeeltelijk teruggekaatst naar de transducer. Een ander deel gaat door voorbij het grensvlak en wordt verder gereflecteerd op volgende materiaalgrensvlakken (figuur 2).
Omdat er veel echo's kunnen optreden, selecteert de meter de sterkste of 'luidste' echo om de dikte te berekenen. Instrumenten die afzonderlijke lagen in een meerlagensysteem meten, gebruiken eveneens de sterkste echo's. De gebruiker voert het aantal te meten lagen in, bijvoorbeeld drie, en de meter meet de drie sterkste echo's. Zwakkere echo's van onvolkomenheden in de coating en lagen in de ondergrond worden genegeerd.
De nauwkeurigheid van elke ultrasone meting hangt rechtstreeks samen met de geluidssnelheid van de te meten afwerking. Omdat ultrasone instrumenten de doorgangstijd van een ultrasone puls meten, moeten zij worden gekalibreerd voor de "geluidssnelheid" in dat specifieke materiaal.
In de praktijk verschilt de geluidssnelheid weinig tussen de coatingmaterialen in de houtindustrie. Daarom is bij ultrasone laagdiktemeters meestal geen justering van de fabriekskalibratie-instellingen nodig.
De nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van ultrasone metingen worden mede beïnvloed door het grensvlak tussen coating en houten ondergrond. Figuur 3 toont twee voorbeelden van gecoat hout. Deze foto's, met een hogere resolutie dan de meeste destructieve tests op locatie mogelijk maken, tonen duidelijk de grens tussen de afwerklaag en het hout. De coating kan bovenop glad lijken terwijl de dikte varieert. Hout heeft vaak een nerfstructuur, met wisselende oppervlakteruwheid en indringing van primer. Deze porositeit en ruwheid kunnen de hechting bevorderen, maar bemoeilijken herhaalbare diktemetingen met elke meetmethode.
Ultrasone meters zijn ontworpen om het gemiddelde te nemen van kleine onregelmatigheden om een zinvol resultaat te verkrijgen. Op bijzonder ruwe oppervlakken of substraten waar individuele metingen niet herhaalbaar lijken, levert het vergelijken van een reeks gemiddelde resultaten vaak een aanvaardbare herhaalbaarheid op.
Ultrasoon testen biedt duidelijke voordelen voor de houtindustrie. Fabrikanten van meubels, vloeren en muziekinstrumenten brengen vaak meerdere lagen lak of vergelijkbare afwerkingsmaterialen aan. Sommige processen vereisen dat de dikte van afzonderlijke lagen of groepen lagen kan worden bepaald. Bij een verkeerde dikte kan de coating die bijvoorbeeld een hoogwaardige gitaar verfraait en beschermt, het geluid aantasten. Te veel coating kan de akoestische resonantie van de gitaar dempen; te weinig kan het omgekeerde effect hebben.
Fabrikanten van muziekinstrumenten gebruiken ultrasone meters om de lak op hun waardevolle producten nauwkeurig en niet-destructief te meten. Dankzij deze technologie verbruiken zij minder lak en kunnen ze zinvolle metingen uitvoeren zonder hun productieproces sterk te verstoren. Producten hoeven niet te worden opgeofferd om de laagdikte te meten. De dikte kan eenvoudig over het hele oppervlak worden gemeten om een gladde, gelijkmatige coating te garanderen. Betere beheersing van het coatingproces beperkt herstelwerk.
Ultrasone laagdiktemeting is inmiddels een aanvaarde en betrouwbare testmethode in de houtindustrie. De genormeerde testmethode wordt beschreven in ASTM D6132-04, “Standard Test Method for Nondestructive Measurement of Dry Film Thickness of Applied Organic Coatings Using an Ultrasonic Gage” (2004, ASTM). Voor verificatie van de kalibratie zijn met epoxy gecoate diktestandaarden verkrijgbaar met certificering die herleidbaar is naar nationale standaardeninstituten.
Snelle, niet-destructieve diktemetingen kunnen nu worden uitgevoerd op materialen waarvoor vroeger destructieve tests of laboratoriumanalyses nodig waren. Deze nieuwe technologie verbetert de consistentie en verwerkingscapaciteit in de afwerkingsruimte. Potentiële kostenbesparingen omvatten:
Tegenwoordig zijn deze instrumenten eenvoudig te bedienen, betaalbaar en betrouwbaar.
DAVID BEAMISH (1955–2019), voormalig president van DeFelsko Corporation, een in New York gevestigde fabrikant van draagbare coatingtestinstrumenten die wereldwijd worden verkocht. Hij had een diploma civiele techniek en meer dan 25 jaar ervaring met het ontwerpen, vervaardigen en vermarkten van deze instrumenten voor uiteenlopende internationale bedrijfstakken, waaronder industrieel schilderwerk, kwaliteitsinspectie en productie. Hij verzorgde opleidingsseminars en was actief lid van onder andere NACE, SSPC, ASTM en ISO.
.png)
