Laser World of Photonics 2022

Proben per spektroskopischer Vollkonktrolle verifizieren

14. April 2022, 14:44 Uhr | Ute Häußler
Laser World of Photonics Medizintechnik
© Fraunhofer IAF

Integrierbares Messsystem erkennt per maschinellem Sehen gezielt Proben innerhalb weniger Millisekunden und verifiziert diese mittels laser-basierter Infrarotspektroskopie kontaktfrei.

Halle A6, Stand 441

Mit einem inline-fähigen, laserbasierten Infrarotspektroskopie-Messsystem möchten Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF Industrieunternehmen aus der Medizin-, 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, so dass es in bestehende Anlagen zur Sichtprüfung integriert werden kann und hier eine spektroskopische Vollkontrolle ermöglicht.

»Das Messsystem demonstriert anschaulich den großen Nutzen der laserbasierten Infrarotspektroskopie für Industriebranchen, in denen Produkte sicher und schnell verifiziert oder unterschieden werden müssen«, betont Dr. Marko Härtelt, verantwortlicher Projektleiter am Fraunhofer IAF. 

Rückstreuspektroskopie im mittleren Infrarot durch QCL und MOEMS-Gitterscanner

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. 

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 einem Kilohertz. 

In der Analyse der Messergebnisse wird das System durch ein neuronales Netzwerk unterstützt, um die Fehlerquote und gleichzeitig die benötigte Messzeit drastisch zu minimieren. 

Demonstration der Nutzung in der Fertigung

Um die Integrationsfähigkeit des Messsystems in industrielle Prozesse zu veranschaulichen, hat das Team des Fraunhofer IAF einen praxisnahen Demonstrator entwickelt, der auf der Laser World of Photonics live gezeigt wird: 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 Millisekunden. Auf dem angeschlossenen Bildschirm werden die Ergebnisse der Detektion für jede einzelne Tablette sofort dargestellt, so dass verunreinigte oder fehlerhaft bestückte Exemplare aussortiert werden können. (uh)