Inspektion von Kunststoffen und Verpackungen

Barriere- und andere Plasmaschichten zerstörungsfrei prüfen

Die produktionsbegleitende Prüfung funktionaler Beschichtungen zwischen 10 nm und 100 nm Dicke spielt eine wichtige Rolle bei der Qualitätssicherung moderner Kunststoffprodukte. Verpackungsmaterialien beispielsweise, aber auch Medizinprodukte werden beschichtet, um eine Barrierewirkung oder bestimmte Oberflächeneigenschaften zu erzielen. Solche Barriereschichten – z. B. aus SiO_x oder AlO_x – sind entscheidend für die Qualität der Verpackungsinhalte und Produkte. Ähnliche Schichten werden ferner zur Optimierung der Benetzbarkeit, der Haftungseigenschaften oder der Oberflächenchemie eingesetzt. Dabei ist eine prozessbegleitende, zerstörungsfreie Inspektion der Schichten entscheidend.

Aufgrund der Materialeigenschaften und der geringen Schichtdicke kommt eine konventionelle Bildverarbeitung hierfür jedoch nicht in Frage. Auch typische optische Verfahren zur Dünnfilmmessung – wie etwa Reflektometrie oder Ellipsometrie – stoßen an Grenzen. Das Prüfsystem Film-Inspect von Fraunhofer IPM dagegen misst solche ultradünnen Beschichtungen mit langwelligem Infrarotlicht (> 8 µm) schnell, genau und zerstörungsfrei – auch auf dreidimensional geformten Oberflächen. Das System kann für die parallelisierte Prozessüberwachung und 100-Prozent-Kontrolle in der Linie ausgebaut werden. Zur Messung nutzt Film-Inspect die spezifischen und dickenabhängigen Infrarot-optischen Eigenschaften der Beschichtung.

Kunststoffe mithilfe von Infrarotspektren analysieren

Auch die Kunststoffe selbst können mit Infrarotlicht analysiert werden. Spezifische chemische Bindungen werden dabei resonant angeregt, was zu einem charakteristischen Infrarotspektrum im mittleren bis langwelligen Infrarotbereich (3 – 10 µm) führt. Die molekulare Zusammensetzung kann dadurch erkannt werden – man spricht von einem infraroten Fingerabdruck. So können Polymere identifiziert oder hinsichtlich ihrer Materialzusammensetzung und Qualität analysiert werden.

Fraunhofer IPM verfügt über verschiedene – auch inlinefähige – Spektrometer zur Vermessung von »Fingerprint-Spektren«.

Infrarot-Kameras zeigen verdeckte Elemente oder Defekte

Nicht nur der mittlere und langwellige Infrarotbereich eignet sich für die Inspektion von Kunststoffprodukten. Häufig zeigen Polymere bereits im kurzwelligen Infrarotbereich zwischen 900 und 1700 nm wertvolle Materialkontraste.

Im Gegensatz zum Auge oder zu gewöhnlichen Kameras sind sogenannte SWIR-Kameras in diesem Bereich sensitiv und liefern im nahen Infrarot hervorragende Abbildungen (SWIR – shortwave infrared). Mit ihnen lassen sich Werkstücke und Materialzusammensetzungen untersuchen, die für herkömmliche Kameras keinen Kontrast aufweisen.

Die spektrale Abhängigkeit von Absorptions- und Streueigenschaften bewirkt außerdem, dass manche intransparente Materialien für eine SWIR-Kamera durchsichtig erscheinen. Diese Infrarot-Transparenz kann genutzt werden, um verdeckte Elemente wie beispielsweise eingegossene Elektronik sichtbar zu machen. Darüber hinaus können Defekte, wie Risse oder Einschlüsse im Material erkannt werden.