Schneller und präziser Dickensensor

In der papierverarbeitenden Industrie werden immer höhere Anforderungen an die Material- und Qualitäts­kontrolle gestellt. Bei der Dicken­messung beispielsweise müssen Sensoren inzwischen bis in den Sub-Mikro­meter­bereich hinein genau sein und dennoch sollen sie möglichst schnell und wartungsarm in der Produktions­linie funktionieren. Für diese Anforderungen haben Forscher am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT den optischen Dicken­sensor „bd-2“ (bd steht für bidirektionale Messungen) entwickelt. Der Sensor schickt einen Mess­strahl auf die Material­oberfläche und bestimmt aus dem reflektierten Signal die Entfernung mit einer Präzision besser als 200 Nanometer. Das System wurde bislang unter anderem für die Vermessung kaltgewalzter Metall­bleche eingesetzt.

Ein besonderes Leistungsmerkmal ist die Messfrequenz von bis zu 70 Kilohertz. Damit lässt sich der Abstand zur Oberfläche bei laufender Fertigung absolut und kontinuierlich messen. Mit einer Abstands­messung von zwei Seiten über zwei Messköpfe in einem C-Rahmen lässt sich die Dicke des durchgeführten Produkts genau verfolgen. Der inter­fero­metrische Dicken- und Abstands­sensor „bd-2“ eignet sich für die Dicken­messung von Papier- und Karton­bahnen im Bereich 10 Mikrometer bis zu einigen Millimetern. Unbehandelte Oberflächen lassen sich ebenso sicher gemessen wie gestrichene, geprägte, geglättete oder satinierte.

Im Vergleich zu etablierten radiometrischen, kapazitiven oder induktiven Verfahren bietet der neue Sensor mehrere Vorteile: Mit einem Gewicht von 100 Gramm ist der Messkopf relativ klein und dank der inter­fero­metrischen Technik braucht er deutlich weniger Justierung.

Der Sensor sendet und empfängt seinen Messstrahl durch ein kleines Fenster mit nur 2 Millimeter Durchmesser, das durch einen Luftstrom auch in rauesten Umgebungen zuverlässig vor Ver­unreinigungen geschützt wird. Sein Mess­fleck­durchmesser beträgt rund 100 Mikrometer, so dass er auch kleine Strukturen erfassen kann.

Der neue Sensor „bd-2“ bietet die Präzision interferometrischer Messmethoden und ist deutlich schneller als die etablierten Messverfahren. Das Gesamt­system verarbeitet bis zu 70.000 Dicken­messungen pro Sekunde. Dadurch sind auch bei hohen Produkt­geschwindigkeiten Inline-Messungen möglich, die für die aktive Prozess­regelung und -optimierung genutzt werden können.

Bei Geschwindigkeit und Integrier­barkeit setzt „bd-2“ neue Maßstäbe für die Prozessführung und Qualitäts­sicherung in verschiedenen Industrie­bereichen. Das Verfahren erlaubt den Übergang von der labor­gestützten Einzel­messung zur kontinuierlichen Inline-Fertigungs­steuerung. Die Experten vom Fraunhofer ILT wenden sich damit an Industrie­unden, die höhere Genauigkeits­anforderungen in der Serien­produktion umsetzen wollen. Sie bieten Ihnen nicht nur Komplett­systeme an, sondern auch eine umfang­reiche Beratung bei der Prozess­integration. Die Sensoren wurden bislang umfangreichen Tests im Technikums­betrieb unterworfen, erste Industrie­partner haben mit dem System bereits Testläufe in ihren Fertigungs­linien durchgeführt. Der inter­fero­metrische Dicken­sensor „bd-2“ bei der dies­jährigen CONTROL in Stuttgart auf dem Stand 1502 der Fraunhofer-Allianz Vision in Halle 1 gezeigt.

Fh.-ILT / DE