Mit einem inline-fähigen, laserbasierten Infrarotspektroskopie-Messsystem möchten Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF Industrieunternehmen aus der Pharma-, Chemie- und Lebensmittelbranche dabei unterstützen, Maßnahmen zur Qualitätssicherung sowie Prozesskontrollen zuverlässiger und effizienter zu gestalten. Das System verfügt über einen flexiblen Aufbau und hohe spektrale Scangeschwindigkeit. Es lässt sich in bestehende Anlagen zur Sichtprüfung integrieren und ermöglicht hier eine spektroskopische Vollkontrolle.
„Das Messsystem demonstriert anschaulich den großen Nutzen der laserbasierten Infrarotspektroskopie für Industriebranchen, in denen Produkte sicher und schnell verifiziert oder unterschieden werden müssen“, sagt Dr. Marko Härtelt, verantwortlicher Projektleiter am Fraunhofer IAF. Die spezifischen Vorteile ergeben sich aus dem Rückstreuspektroskopie-Verfahren im mittleren Infrarot mit Wellenlängen im Bereich von 4 bis 12 μm. Da molekulare Verbindungen in diesem Spektralbereich charakteristische Absorptions- und Emissionslinien aufweisen, können sie eindeutig identifiziert werden.
QCL und MOEMS-Gitterscanner
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 sollen Infrarotspektroskopie mit einer Rate von 1 kHz ermöglichen. In der Analyse der Messergebnisse wird das System durch ein neuronales Netzwerk unterstützt, um die Fehlerquote und gleichzeitig die benötigte Messzeit zu minimieren.
Demonstration industrieller Nutzung
Um die Integrationsfähigkeit des Messsystems in industriellen Prozessen zu veranschaulichen, hat das Team vom Fraunhofer IAF einen praxisnahen Demonstrator entwickelt. Ein Förderband bewegt zwölf identisch aussehende Tabletten in einem gängigen Blister. Das Gerät erkennt den Blister sowie die Position der einzelnen Tabletten und scannt kontaktlos den Inhalt in nur 300 Millisekunden. Auf dem angeschlossenen Bildschirm werden die Ergebnisse der Detektion für jede einzelne Tablette sofort dargestellt, sodass verunreinigte oder fehlerhaft bestückte Exemplare aussortiert werden können.
Das Fraunhofer IAF stellt den Demonstrator vom 26. bis zum 29. April 2022 auf der diesjährigen Laser World of Photonics vor. Er ist in Halle A6, Stand 441 zu finden.
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