Schnell, präzise, berührungslos, zerstörungsfrei
Prozessüberwachung mit Laser-Speckle-Photometrie
Speckle-Muster werden bereits seit den 1960er Jahren für die Bewertung qualitätsrelevanter Werkstoffgrößen und Defekte genutzt. Die am Fraunhofer IKTS entwickelte Laser-Speckle-Photometrie kommt im Gegensatz zu anderen specklebasierten Verfahren ohne Referenzstrahl aus. Dadurch ist ein einfacher und zugleich robuster Aufbau möglich, der problemlos in die Prozessleittechnik integriert werden kann. Messung und Berechnung der gewonnenen Daten erfolgen in Echtzeit. Aktuelle Forschungen am IKTS fokussieren auf die Inline-Prozessüberwachung z. B. von additiven Verfahren, Beschichtungs- und biotechnologischen Prozessen. Diese zerstörungsfreie Prüfmethode ist zudem für eine Vielzahl weiterer Anwendungen in der Prozessüberwachung und -steuerung geeignet.
Die Laser-Speckle-Photometrie basiert auf der Auswertung der zeitlichen Veränderung von Speckle-Mustern und eröffnet die Möglichkeit, Porosität und Oberflächendefekte unterschiedlichster Materialien ohne großen Aufwand zu ermitteln. Ein Speckle-Muster wird sichtbar, wenn eine raue Oberfläche mit einer kohärenten Lichtquelle beleuchtet wird. Dabei entsteht eine räumliche Struktur mit zufällig verteilten Intensitäten, die mittels CMOS-Chip ausgelesen werden können. Wird das untersuchte Objekt zudem thermisch oder mechanisch angeregt, lassen sich aus geringsten Veränderungen der Speckle-Muster Rückschlüsse auf Materialeigenschaften ziehen.
»Das am Fraunhofer IKTS entwickelte System besteht aus Sensor, Elektronik, Hard- und Software sowie der Auswerte-Algorithmik. Durch den modularen Aufbau kann die Prüfmethode an eine Vielzahl von Problemstellungen angepasst werden« erläutert Dr. Beatrice Bendjus, Projektleiterin am Fraunhofer IKTS. »Neben geometrischen Kenngrößen sind auch Werkstoffparameter, wie Porosität und Härte, Spannungsänderungen an der Oberfläche oder spezielle Prozessgrößen zerstörungsfrei bestimmbar« so Bendjus weiter. Diese neue Methode hat sich im Labor bereits bewährt und wird nun in die industrielle Anwendung überführt.
Aufbau des Demonstrators für die Laser-Speckle-Photometrie zur Inline-Prozessüberwachung.
Fraunhofer IKTS
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Themenwelt Photometrie
Die Photometrie, die Messung der Lichtintensität in Bezug auf die Wechselwirkung mit Molekülen, ist ein Schlüsselinstrument in Chemie und Life Sciences. Sie ermöglicht es Forschern, Konzentrationen von Substanzen in Lösungen zu bestimmen, Reaktionskinetiken zu verfolgen oder die Qualität von Proben zu überprüfen und liefert wertvolle Daten für Analysen, von der Qualitätskontrolle im Labor bis zur klinischen Diagnostik.
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