Plasma-Beschichtungen werden beispielsweise auf Kunststoffverpackungen aufgebracht, um Lebensmittel zu schützen. Hier bewahrt eine diffusionsdichte Schicht, zum Beispiel aus Siliziumoxid (SiOx) oder Aluminiumoxid (AlOx), Produkte wie Kaffee oder Nüsse vor schädlichen äußeren Einflüssen oder Aromaverlust. Vergleichbare Dünnschichten kommen aber auch bei Pharmaprodukten, in Haushaltsgeräten, in Brennstoffzellen, auf Fahrzeugteilen und in vielen weiteren Branchen zum Einsatz. Mit den Schichten lassen sich die Benetzbarkeit, die Haftungseigenschaften oder die Oberflächenchemie optimieren. Ebenso können sie vor Korrosion schützen.
Bis heute gab es keine Möglichkeit, die Qualität von Plasma-Beschichtungen inline und zerstörungsfrei zu überprüfen. Stand der Technik ist die stichprobenartige Qualitätsprüfung mit zeitaufwendigen Laborverfahren. Der vom Freiburger Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM entwickelte neuartige Sensor ermöglicht nun eine prozessintegrierte 100-%-Einzelteilprüfung im Produktionstakt. Er kann selbst bei dreidimensional geformten, komplexen Oberflächen sicher messen, wie sie beispielsweise für Verpackungen typisch sind.
Einfache Integration in die Linie
Die Forschenden nutzen die infrarot-optischen Eigenschaften der Beschichtungen für die Qualitätskontrolle: Die chemische Bindung zwischen Atomen kann durch Infrarotlicht der passenden Wellenlänge resonant angeregt werden. Aus der Intensität des reflektierten Lichts lässt sich die Schichtdicke bestimmen.
Die Wahl der Wellenlänge hängt vom Beschichtungsmaterial ab und ist materialspezifisch konfigurierbar. Der kompakte Sensor ist nur etwa 20 × 40 × 80 mm3 groß und lässt sich somit problemlos in die Produktionslinie integrieren. In Produktionsprozessen lassen sich auch mehrere Sensoren koppeln und können via Profinet und OPC-UA mit der Anlagensteuerung kommunizieren. Für einfachere Anwendungen mit Einzelsensoren steht eine USB-Schnittstelle und eine Auswertesoftware zur Verfügung.
Wie OPC UA die Automatisierung vereinfacht, auch in der Medizintechnik
Die Forschenden integrierten ein Array von acht Sensoren beim Projektpartner Plasma Electronic GmbH in eine Plasma-Beschichtungsanlage und testeten es erfolgreich. Neben der dort gezeigten Anwendung in einem Batch-Prozess lässt sich Film-Inspect auch in kontinuierlichen Verfahren einsetzen. Auch die Überwachung einer Rolle-zu-Rolle Beschichtungsanlage ist somit möglich.
Kontakt:
Fraunhofer IPM
Dr. Benedikt Hauer
E-Mail: benedikt.hauer@ipm.fraunhofer.de
www.ipm.fraunhofer.de
