Characterization of wood-based panels surfaces by contact and non-contact methods | Charakterisierung von Holzwerkstoffoberflächen mittels Tastschnittverfahren und optischer Verfahren

Eine ideale und fehlerfreie Oberfläche ist absolut plan, selbst künstlich ist sie mit modernster Fertigungstechnik nicht herstellbar. Im Vergleich zu dieser theoretischen Idealoberfläche zeichnen sich insbesondere natürliche Stoffe wie Holz oder auch Holzwerkstoffe durch vielfältige Gestaltsabweichungen aus (Rauhigkeit, Welligkeit, Form). Zu den wichtigsten Kenngrößen zur Charakterisierung der Oberflächeneigenschaften von Holzwerkstoffen gehört die Oberflächen-Rauhigkeit. Hohe Oberflächen-Rauhigkeiten von Rohplatten können sich auf die Beschichtungsqualität negativ auswirken. Insbesondere kann sich durch Beschichtung sehr rauher Rohplatten mit dünnen Beschichtungsmaterialien die Oberflächentextur der Rohplatte durch die Folie abzeichnen, was letztendlich zu Reklamationen seitens der Kunden führen würde. Andererseits bietet eine zu glatte Oberfläche womöglich zu wenige Haftungspunkte für eine Beschichtung mit Folien bzw. für die Haftung von Farben und Lacken.Der Grad der Oberflächen-Rauhigkeit von Holzwerkstoffen ist von mehreren Faktoren abhängig. Zu den wichtigsten zählen die Eigenschaften des eingesetzten Rohstoffs (Holzart, Spanfraktion und Spangeometrie bei Spanplatten, Faserfraktion bei mitteldichten Faserplatten (MDF)), die Herstellungsbedingungen beim Pressen der Platten (Feuchtegehalt beim Pressen, Bindemittelart und -menge, Presszeit) sowie die verwendete Körnung beim Schleifen der Platten.Die gebräuchlichste Methode zur Charakterisierung der Rauhigkeit von Oberflächen wie Metallen, Holz und Holzwerkstoffen ist das sog. Tastschnittverfahren (Kontaktverfahren) gemäß DIN 4768. Nachteilig an diesem Verfahren ist der relativ hohe Zeitaufwand zur Durchführung der Messungen, sowie die relativ eingeschränkte Aussagekraft des Verfahrens, da von nur jeweils einer geringen Anzahl kurzer Tastschnittstrecken auf der Werkstoffoberfläche auf das gesamte Oberflächenprofil (Gesamtfläche) des zu prüfenden Werkstoffes geschlossen wird.Es überrascht deshalb nicht, dass in den vergangenen Jahrzehnten viel Forschungsarbeit auf dem Gebiet der Entwicklung alternativer und effizienterer optischer Messverfahren (Bildanalyseverfahren) geleistet wurde. Mit Hilfe optischer Messverfahren kann die Oberflächestruktur von Prüfkörpern bestimmt und charakterisiert werden. Das Messprinzip beruht darauf, dass von einer Lichtquelle aus gebündeltes Licht mit einem definierten Winkel auf eine Werkstoffoberfläche gestrahlt wird. Das Licht wird in Abhängigkeit von der Textur der Oberfläche (Oberflächen-Rauhigkeit) mehr oder weniger stark gestreut bzw. abgelenkt und von einem Lichtdetektor einer analogen Kamera teilweise wieder aufgefangen. Der Grad der Lichtstreuung ist eine Funktion der Oberflächen-Rauhigkeit des zu prüfenden Werkstoffs. Das von der Oberfläche reflektierte Licht wird in Videosignale (Grauwerte) digital konvertiert und statistisch ausgewertet. Optische Messmethoden haben u. a. den Vorteil, dass sie Messzeit ersparen, Material schonend arbeiten, sowie große Datenmengen bezogen auf eine relativ große Untersuchungsfläche liefern.

One of the most important surface properties of wood-based panels is their roughness. It can be defined as the measure of the fine irregularities of a surface. In case of painted or overlaid composite boards irregularities may have a negative impact on the adhesion of paints and overlays and so far on the quality of the final product. The surface roughness is primarily a function of the raw material properties. Other factors like type and amount of resin, press cycle, sanding and moisture content of the boards may also affect the roughness and other surface properties.The common technique used to characterize roughness of surfaces of e.g. metals, woods and wood-based panels is the so called contact method according to DIN 4768. One of the main disadvantages of this method is the relatively long time necessary to perform several measurements. Moreover, it is very restricted because one measurement is tracing only a short and small single-line. Therefore, in the last decades a lot of research work has been carried out to develope alternative and more efficient non-contact methods. One main principle of non-contact methods is measuring the intensity of light reflected from the surface of a tested sample and to evaluate the reflected light by means of optical sensors. Optical sensors measuring surface roughness have the advantage of high speed and the possibility to collect many data from a relatively large sample area.