Qualitätskontrolle innerhalb von Millisekunden

Bei der Prozesskontrolle sind Unternehmen auf höchste Qualität und optimierte Produktionsprozesse angewiesen. Forschende haben nun ein Messsystem entwickelt, das innerhalb von wenigen Millisekunden eine kontaktfreie Sichtprüfung durchführt.

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Mit einem inline-fähigen, laserbasierten Infrarotspektroskopie-Messsystem möchten Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF Industrieunternehmen aus der Pharma-, Chemie- und Lebensmittelbranche dabei unterstützen, Maßnahmen zur Qualitätssicherung sowie Prozesskontrollen zuverlässiger und zugleich effizienter zu gestalten. Das System zeichnet sich durch einen flexiblen Aufbau und eine hohe spektrale Scangeschwindigkeit aus, sodass es in bestehende Anlagen zur Sichtprüfung integriert werden kann und hier eine spektroskopische Vollkontrolle ermöglicht.
Die spezifischen Vorteile des Systems ergeben sich aus dem Rückstreuspektroskopie-Verfahren im mittleren Infrarot mit Wellenlängen im Bereich von 4 bis 12 μm. Da molekulare Verbindungen in diesem Spektralbereich sehr charakteristische Absorptions- und Emissionslinien aufweisen, können sie eindeutig identifiziert werden. 

Quantenkaskadenscanner mit MOEMS kombiniert

Eine der Kernkomponenten des Messsystems ist ein breit emittierendes und spektral schnell scannendes Lasermodul. Es kombiniert Quantenkaskadenlaser (QCL) des Fraunhofer IAF und mikro-opto-elektro-mechanische Gitterscanner (Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems, MOEMS) des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS. Die hohe Brillanz der Lichtquelle und die einzigartigen Eigenschaften des MOEMS-Scanners ermöglichen Infrarotspektroskopie mit einer Rate von 1 kHz. In der Analyse der Messergebnisse wird das System durch ein neuronales Netzwerk unterstützt, um die Fehlerquote und gleichzeitig die benötigte Messzeit drastisch zu minimieren. 
Um die Integrationsfähigkeit des Messsystems in industrielle Prozesse zu veranschaulichen, hat das Team des Fraunhofer IAF einen praxisnahen Demonstrator entwickelt: Ein Förderband bewegt zwölf identisch aussehende Tabletten in einem gängigen Tablettenblister. Das Gerät erkennt den Blister sowie die Position der einzelnen Tabletten und scannt kontaktlos den Blister-Inhalt in nur 300 ms. Auf dem angeschlossenen Bildschirm werden die Ergebnisse der Detektion für jede einzelne Tablette sofort dargestellt, sodass verunreinigte oder fehlerhaft bestückte Exemplare aussortiert werden können.