Bei der industriellen Herstellung von Keramikfliesen wird die Oberfläche in der Regel mit einem der folgenden Verfahren glasiert oder dekoriert:
Airless-Glasur: Eine Spritzpistole, die senkrecht zu den Fliesen oder Platten positioniert ist, pumpt die Glasur mit sehr hohem Druck durch die winzigen Öffnungen einer Düse, um eine glatte Glasurschicht zu erzeugen.
Vorhangbeschichtung: Die Glasur fließt beim Durchlaufen einer Maschine wie ein Vorhang oder Wasserfall über die Fliese.
Fritten: Eine keramische Glasur, die in verschiedenen standardisierten Granulatgrößen hergestellt und aufgetragen wird:
- Trocken auf einem zuvor aufgetragenen organischen Lösungsmittel als Haftvermittler
- In einer wässrigen Suspension in einem mit einem Bindemittel vermischten Medium
Siebdruck (Diese Methode wird immer seltener verwendet.)
Rotations- oder Laserätzung (Gravur)
Digitaler Tintenstrahldruck: Die heute bevorzugte Dekorationsmethode.
Qualitätskontrolle und -sicherung in der keramischen Fertigungsindustrie
Bevor Verbraucher ein keramisches Produkt in den Händen halten, wird durch Qualitätskontrollen sichergestellt, dass es den Qualitätsanforderungen entspricht. Bei der Herstellung von Keramik können Fehler auf verschiedene Weise in das Produkt eingeführt werden:
- Probleme mit Rohstoffen, z. B. kann der Ton (der zu einer sandähnlichen Konsistenz gemahlen wurde) verunreinigt sein
- Fehler beim Pressen, die auf eine schlechte Verdichtung oder Druckverteilung zurückzuführen sind
- Ungleichmäßige Trocknung von unglasierten Fliesen aufgrund von Schwankungen der Luftfeuchtigkeit in der Umgebung
- Probleme bei der Glasierung, beispielsweise:
- Luftblasen während des Auftragens der Glasur, die zu Lochfraß oder Nadelstichen führen, wenn eine Blase die Oberfläche durchbricht
- Risse und Spalten aufgrund von Problemen beim Haften auf dem Untergrund
- Verschmutzung während der Glasierens, z. B. durch Staub
- Fehler beim Brennen
- Unzureichend gebrannte Glasur: Risse aufgrund einer unzureichenden Schmelzphase (manchmal in Verbindung mit Rissen beim Glasieren)
- Fehlerhafte Entgasung: Beim Brennen der Basiskomponente entstehen Gase, die durch die geschmolzene Glasur hindurch aus der Fliese entweichen müssen; manchmal bleiben dabei jedoch Blasen eingeschlossen
- Verunreinigungen in der Glasur, die zu Fehlern wie farbigen Punkten oder Zersetzung führen
Blasen können in verschiedenen Phasen des Produktionsprozesses auftreten und zu ästhetischen Mängeln (wenn sie die Oberfläche durchbrechen) oder zu Rissen aufgrund mangelnder Undurchlässigkeit führen. Diese Fehler werden in der Regel in der Qualitätskontrollphase festgestellt, und das Produkt wird als Ausschuss deklariert. Die Ursachenfindung ist nicht immer einfach, aber es ist wichtig, die Fehlerquelle zu identifizieren, um mit angemessenen Korrekturmaßnahmen ein erneutes Auftreten des Problems zu vermeiden.
Digitalmikroskope und konventionelle Stereomikroskope für die Qualitätskontrolle im Vergleich
Eine Prüfmethode für die Qualitätskontrolle von glasierten Keramiken ist die Industriemikroskopie. Herkömmliche Stereoskope oder Mikroskope (mit motorisierten und Hochleistungs-Funktionen), die zusammen mit einer Kamera und zusätzlicher Software eingesetzt werden, bieten Keramikherstellern die meisten der benötigten Funktionen.
Die Fortschritte in der Mikroskoptechnologie haben jedoch Digitalmikroskope hervorgebracht, die in Bezug auf die Bildgebungsfunktionen vielseitiger sind und eine Kamera oder deren Software überflüssig machen. Ein Digitalmikroskop bietet dem Qualitätsprüfer mehrere Funktionen, um die für eine ordnungsgemäße Fehleranalyse und -bewertung erforderlichen Informationen zu sammeln.
Mehrere Betrachtungsmethoden
Digitalmikroskope wie das DSX1000 Mikroskop bieten in der Regel fünf oder mehr Betrachtungsmethoden, sodass der Prüfer mehrere Optionen hat, um den Fehler sorgfältig zu beurteilen.
Dunkelfeld: Eine der am häufigsten eingesetzte Mikroskopiemethode aufgrund der peripheren Auflichtbeleuchtung. Ein Vorteil dieser Methode ist die genaue Farbdarstellung. In der Regel ist es möglich, die Beleuchtung zu segmentieren, um Schatteneffekte und Kontraste auf der Probe zu erzeugen.
Eine glasierte Probe unter Dunkelfeldbeobachtung (links) und ein Diagramm des Strahlengangs (rechts)
Hellfeld: Bei der Hellfeldtechnik, die auch als koaxiale Beleuchtung bezeichnet wird, durchlaufen einfallendes und von der Probe reflektiertes Licht denselben optischen Pfad. Der Vorteil dieser Technik ist die hohe Kontrastleistung, mit der Hohlräume und poröse Stellen in der Glasur unterschieden werden können.
Eine glasierte Probe unter Hellfeldbeobachtung (links) und ein Diagramm des Strahlengangs (rechts)
Schräglicht: Eine Art der Koaxialbeleuchtung, bei der die Probe nur mit 50 % des Strahlengangs beleuchtet wird. Dadurch entsteht ein 3D-Effekt, der Defekte und Strukturen hervorhebt.
Eine glasierte Probe unter Schrägbetrachtung (links und Mitte) und der Strahlengang (rechts)
MIX: Eine Kombination aus Hellfeld- und Dunkelfeldbeleuchtung. Die MIX-Beleuchtung ist nützlich, um die Lichthofbildung auf glänzenden Glasuren zu reduzieren.
Eine glasierte Probe unter MIX-Beleuchtung (links) und das Diagramm des Strahlengangs (rechts)
Polarisation: Ein Verfahren, bei dem die Helligkeit der Probe mit mehreren Polarisatoren erhöht wird oder unerwünschte Blendungen entfernt werden.
Eine glasierte Probe unter polarisiertem Licht (links) und der Strahlengang (rechts)
Mit dem DSX1000 Mikroskop lässt sich dank der einzigartigen „Best Image“-Funktion ganz einfach auswählen, welches Mikroskopieverfahren für die jeweiligen Bedürfnisse am besten geeignet ist. Das System zeigt Bilder der Probe mit jeder Beleuchtungsmethode an, und der Prüfer klickt (oder tippt) auf die Methode, die er bevorzugt.
Im folgenden Video ist die Funktionsweise kur erklärt:
Komplementäre Bildaufzeichnung
Die Fotografie, d. h. die Aufnahme von 2D-Bildern, wird traditionell zur Dokumentation und Analyse von Fehlern in Keramiken eingesetzt. Bei einem herkömmlichen optischen System bedeutet dies in der Regel, dass eine Digitalkamera und die dazugehörige Steuerungssoftware an das Mikroskop angeschlossen werden. Mit den heutigen digitalen Mikroskopsystemen können jedoch hochwertige 2D- und 3D-Bilder ohne zusätzliche Ausrüstung aufgenommen werden.
Neben der Aufnahme von 2D-Bildern bietet das DSX1000 Mikroskop auch andere Arten der Bildaufnahme:
Fokale Rekonstruktion: Mit dieser Technik wird ein zusammengesetztes 2D-Bild erstellt, in dem nur die Brennpunkte einer Probe erscheinen. Die folgende Aufnahme eines Lochs in einer Keramikglasur ist das Ergebnis einer Z-Stapelung von Bildern verschiedener Fokusebenen. Die motorisierte Fokusachse des DSX1000 Systems gehört zu den Komponenten, die fokale Rekonstruktionen ermöglichen.
Mit fokaler Rekonstruktion rekonstruiertes Loch in der Glasur
3D-Rendering: Das 3D-Rendering basiert auf einem ähnlichen Prinzip wie die fokale Rekonstruktion und liefert ein topografisches Bild der erfassten Oberfläche. Mit dieser Funktion kann der Qualitätsprüfer den Schweregrad und die Merkmale eines Fehlers gründlich untersuchen.
Topografisches 3D-Bild einer glasierten Oberfläche mit Spalt
Panoramabild: Eine Fotokomposition in den XY-Achsen. Auf Knopfdruck kann das Mikroskop DSX1000 Bilder mit einem großen Sehfeld und hoher Auflösung aufnehmen, indem es mehrere Bilder zusammenfügt. Mit dieser Funktion können sogar 3D-Bilder zusammengefügt werden, um eine größere Profilansicht zu erhalten.
Eine Vorführung dieser Funktion ist im folgenden Video zu sehen:
Diese Bildfunktion kann mit einer fokalen Rekonstruktion oder 3D-Aufnahme kombiniert werden.
Panoramabild einer glasierten Keramik (oben); dieses Bild ist das Ergebnis des Zusammenfügens mehrerer sich überlappender Bilder (Ausschnitte unten)
Erweiterte 2D- und 3D-Bildanalyse-Software
Die Softwaretools des DSX1000 Systems bieten moderne 2D- und 3D-Bildmessungen und -analysen sowie eine automatische Blasenerkennung und -klassifizierung. Bei Bedarf können diese Funktionen den Prozess der Fehlerbeurteilung für Qualitätsprüfer beschleunigen, um mit den Produktionsanforderungen Schritt zu halten.
3D-Messung der Höhen des topografischen Profils
Automatische Erkennung und Klassifizierung von Blasen
Vorteile des DSX1000 Digitalmikroskops
Das DSX1000 Mikroskop bietet nicht nur mindestens fünf Mikroskopieverfahren, 2D- und 3D-Bilderfassung und fortschrittliche Bildgebungswerkzeuge, sondern zeichnet sich auch durch weitere Merkmale aus:
- Langlebige LED-Beleuchtung
- Motorgesteuerter optischer Zoom
- Große Auswahl an Objektiven mit unterschiedlichen Vergrößerungs- und Auflösungsmöglichkeiten
- Leistungsstarkes schwenkbares Stativ (±90 Grad)
- Motorgesteuerte Z-Achse
- Mechanischer oder motorgesteuerter XY-Tisch
Weitere Informationen über das DSX1000 Digitalmikroskop finden Sie unter www.olympus-ims.com/microscope/dsx/.
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