Många av dagens bilar är belagda med färg som uppvisar en metallisk eller glittrig glans. Den exakta gnistan och färgen du ser bestäms av fördelningen och egenskaperna hos små metallflingor som används i färgen. Ett nytt tillvägagångssätt baserat på den medicinska avbildningstekniken optical coherence tomography (OCT) ger bilindustrin ett praktiskt sätt att automatiskt analysera dessa metallflingor, som hittills varit svåra att avbilda, för att förbättra effektiviteten i efterbehandlingsprocessen för fordon.

"Vi har visat, för första gången, genom OCT och vår bildanalysmetod, vi kan kvantitativt och automatiskt mäta storleken, antal och orientering av metallflingor i industriellt applicerad billack, " sa Yaochun Shen, ledande forskare i projektet och professor vid University of Liverpool, STORBRITANNIEN. "Det här tillvägagångssättet kan vara mycket användbart för kvalitetssäkringsprocesser som används under biltillverkning."

OCT är en ljusbaserad teknik som förvärvar tvärsnittsbilder i realtid med upplösning i mikronskala. Sedan dess uppfinning 1991, medicinska tillämpningar av OLT har snabbt expanderat, och idag använder läkare rutinmässigt det för att diagnostisera ögonsjukdomar. På grund av teknikens möjligheter och inneboende praktiska egenskaper, OCT fortsätter att gå in i nya biomedicinska tillämpningar och utforskas nu som ett verktyg för att förbättra tillverknings- och industriella processer.

"Målningssteget är en flaskhals i tillverkningsprocessen, " sa Shen. "Om den färdiga billacken inte uppfyller kraven, då måste den avlägsnas kemiskt och bilen målas om helt. Detta kostar inte bara tid och pengar utan skapar också kemiskt avfall och tillhörande miljöproblem."

I tidskriften The Optical Society Optik Express , Shen och hans kollegor rapporterar att deras metod automatiskt kan identifiera och utföra 3D-mätningar av metallflingor som bara är 10 mikron i diameter och 1 mikron tjocka. Forskarna demonstrerade sitt tillvägagångssätt på prover av applicerad billack men säger att med vidare utveckling skulle tekniken kunna användas för in-line övervakning, där den kan upptäcka problem som uppstår under målningsprocessen.

"Att använda tekniken för att övervaka in-line processer kan också hjälpa biltillverkare att bättre förstå hela beläggningsprocessen, " sade Shen. "Med den bättre förståelsen, bilindustrin kanske kan utveckla nya beläggningsprocesser eller nya typer av beläggning."

Beröringsfri färganalys

Billack är en komplex struktur som vanligtvis är gjord av fyra lager. Bilindustrin använder för närvarande ultraljudsbilder för att undersöka billack i kvalitetskontroller. Även om ultraljudsinstrument är lätta att använda, de kan inte effektivt avbilda de små metallflingorna som används i många moderna billacker. Ultraljudsmätningar kräver också att utrustning är i kontakt med provet, vilket innebär att ultraljud inte kan användas för in-line övervakning utan att störa lackeringen.

"När biltillverkaren kontaktade oss för att utveckla en ny teknik för att analysera de glittrande flingorna i billack, vi kände att OCT kunde ge en lösning, ", sade Shen. "Vi använder OCT i vår oftalmologiska forskning på grund av den höga upplösningen och eftersom den kan utföra mätningar utan att röra provet. Denna kombination gör den idealisk för analysen som biltillverkarna behövde med produktionen."

För att avbilda flingorna, forskarna designade ett 3D OCT-instrument med mycket hög lateral spatial upplösning för att särskilja små flingor och en hög djupupplösning för att se var och ens position och orientering. Eftersom en enda 3D OCT-bild innehåller tusentals flingor – för många för att kunna mätas manuellt – utvecklade forskarna också en algoritm för att automatiskt identifiera och beskriva varje flinga i ett prov.

Tester av tekniken på fem färgprover visade att OCT-systemet fungerade bra för att avbilda de två översta lagren av billack, som inkluderar lagret med metallflingorna. Genom att använda den med 3D-analysalgoritmerna kunde forskarna bestämma antalet, storlek och orientering av metalliska flingor i färgproverna.

Forskarna säger att den nuvarande hårdvaran och mjukvaran i OCT är mycket nära att vara användbar i en industriell miljö för att analysera färg som redan har applicerats. De tittar för närvarande på sätt att påskynda mätningarna så att de kan användas för realtidsövervakning under ansökningsprocessen.

Forskarna arbetar också med att tillämpa OLT i andra industriella sammanhang, som att analysera beläggningar av farmaceutiska tabletter. Kvaliteten på dessa beläggningar styr läkemedelsfrisättningshastigheter och OCT kan hjälpa till att kvantitativt analysera tjocklekslikformigheten hos dessa beläggningar och kontrollera om det finns defekter. "Vår forskning med billack och med farmaceutiska beläggningar visar att OLT, som har använts under en tid för medicinska tillämpningar, kan även användas för industriella applikationer, sa Shen.