Bildgebende Inline-Reinheitsprüfung

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1 F-Scanner: Bildgebende Inline-Reinheitsprüfung Dr. Albrecht Brandenburg, Philipp Holz, Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM Fraunhofer IPM 4 V Grundlagen der Fluoreszenz F-Camera F-Scanner Zusammenfassung 0 V 5 mm parts2clean Fachforum, Stuttgart,

2 Fraunhofer-Gesellschaft Fakten und Zahlen Gründungsjahr 1949 Mission Forschung zum Nutzen der Wirtschaft und zum Vorteil der Gesellschaft Ziele Innovationen schaffen % externer Finanzierungsgrad Größe rund Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter 67 Fraunhofer-Institute Umsatz: rund 2 Mrd. p. a. Fraunhofer IPM / Folie 2

3 Fraunhofer-Gesellschaft in Deutschland und weltweit Die Fraunhofer-Gesellschaft ist global und an vielen Orten in Deutschland aktiv. Jedes der Fraunhofer- Institute hat große Handlungsspielräume. Fraunhofer IPM rund 220 Mitarbeiter Haushalt 2016: rund 16 Mio., davon 43 % Industrieerträge Freiburg Fraunhofer IPM / Folie 3

4 Fraunhofer IPM im Überblick Leistungsspektrum Forschung Beratung Entwicklung kundenspezifische Systeme und Produkte Installation, Service Fraunhofer IPM / Folie 4

5 F-Scanner: Bildgebende Inline-Reinheitsprüfung Philipp Holz, Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM Fraunhofer IPM 4 V Grundlagen der Fluoreszenz F-Camera F-Scanner Zusammenfassung 0 V 5 mm parts2clean Fachforum, Stuttgart,

6 Fluoreszenz Was ist das? Was kann das? Stein gepuffter Weizen 2 mm konventionelles Foto Fraunhofer IPM / Folie 6

7 Fluoreszenz Was ist das? Was kann das? Stein gepuffter Weizen 2 mm Fluoreszenzbild Fraunhofer IPM / Folie 7

8 Absorption [l/(mol*cm)] Fluoreszenzintensität Grundlagen der Fluoreszenz Analyse von Oberflächen auf Verunreinigungen Defekte Hohe Empfindlichkeit: Erkennung von sehr geringen Verunreinigungen Bildgebung: Lokalisation der Verunreinigung Inline-fähig berührungslos Wellenlänge [nm] Wellenzahl [1000/cm] Fraunhofer IPM / Folie 8

9 Anregungswellenlänge [nm] Grundlagen der Fluoreszenz Spektren Öle, Fette, Reinigungssubstanzen fluoreszieren bei Anregung im UV Aufgrund spezifischer Spektren ist die selektive Erkennung der Stoffe möglich Fraunhofer IPM / Folie 9 Emissionswellenlänge [nm]

10 B Intensität Anregungswellenlänge [nm] 1,50 Grundlagen der Fluoreszenz Kalibration des Spektrometers mit Standard BAM-F JASCO cal JASCO uncal BAM Werte Jasco bei 365nm Anregung , , Wellenlänge [nm] Emissionswellenlänge [nm] Fraunhofer IPM / Folie 10

11 F-Scanner: Bildgebende Inline-Reinheitsprüfung Philipp Holz, Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM Fraunhofer IPM 4 V Grundlagen der Fluoreszenz F-Camera F-Scanner Zusammenfassung 0 V 5 mm parts2clean Fachforum, Stuttgart,

12 Bildgebende Reinheitskontrolle durch Fluoreszenzanalyse Spezifikationen F-Camera bildgebend mittels Kamera UV-Anregung bei 365 nm Detektion bei > 400 nm Nachweisgrenze: wenige µg/cm 2 optische Auflösung: ca. 20 µm 14 mm x 10 mm Sichtfeld (anpassbar) Belichtungszeiten im µs ms Bereich Bildauswertung in Echtzeit Labor- oder Inline-System Fraunhofer IPM / Folie 12

13 LED F-Camera Inspektionssystem Anwendung der unterschiedlichen Bildgebungsarten Hellfeld Dunkelfeld Fluoreszenz Camera Camera Camera beam splitter Objektform und verschiedene Defekte werden sichtbar Defekte und Partikel werden hell sichtbar Organische Verunreinigungen und Partikel werden sichtbar (hier Fingerabdruck und Staub) Ansatz: Fraunhofer IPM / Folie 13 Nutze Hellfeldbeleuchtung zur Strukturerkennung. Dunkelfeld und Fluoreszenz zur Erkennung und Klassifizierung von Partikeln.

14 Hellfeld koaxial Dunkelfeld Fluoreszenz Fraunhofer IPM / Folie 14

15 Fluoreszenzkamera Reinheit von elektrischen Kontakten I.O. Streulicht 0,05ms Fluoreszenz 500ms Musterkennung 30ms N.I.O. Fraunhofer IPM / Folie 15

16 Bildgebende Reinheitskontrolle durch Fluoreszenzanalyse Problem: Analyse großer Flächen sowie von 3D Objekten mittels Kamera sehr aufwendig. Fraunhofer IPM / Folie 16

17 Bildgebende Reinheitskontrolle durch Fluoreszenzanalyse Lösung: Schnelles Abrastern der Oberfläche mit einem Laserscanner Fraunhofer IPM / Folie 17

18 Bildgebende Reinheitskontrolle durch Fluoreszenz-Laser-Scanner Spezifikationen F-Scanner Laborsystem UV-Anregung mittels Laser Untersuchung von Freiformflächen Sichtfeld 300 mm x 300 mm via Scanner Fluoreszenzanregung 405 nm Fluoreszenzdetektion nm Nachweisgrenze: wenige µg/cm 2 optische Auflösung: ca. 250 µm Fraunhofer IPM / Folie 18

19 Fluoreszenz-Laser -Scanner Software Fraunhofer IPM / Folie 19

20 Signal [V] Fluoreszenz-Laser-Scanner - Kalibrierung InkJet Druckers zum Auftrag kleiner definierter Öltropfen Standard-Öl der Bundesanstalt für Materialforschung und Prüfung BAM BAM K-009 2,5 V 0 g/m² 0,05 g/m² 0,1 g/m² 0,15 g/m² 0,2 g/m² 0,25 g/m² 0 V 1,5 1 cm 1 0, Position [cm] Fraunhofer IPM / Folie 20

21 F-Scanner Anwendungsbeispiel: Sitzschale Automobil Fraunhofer IPM / Folie 21

22 F-Scanner Anwendungsbeispiel: Rotor Elektromotor Fraunhofer IPM / Folie 22

23 F-Scanner Anwendungsbeispiel: Rotor Elektromotor Fraunhofer IPM / Folie 23

24 F-Scanner Anwendungsbeispiel: Gleitlager Fingerabdruck Fraunhofer IPM / Folie 24

25 F-Scanner Anwendungsbeispiel: Schutzlack auf Kunststoff-Bauteil Fraunhofer IPM / Folie 25

26 F-Scanner Inline-System Spezifikationen F-Scanner Inline-System UV-Anregung mittels Laser Untersuchung von Freiformflächen und Metallbändern Linienbreite bis zu 1,5 m Nachweisgrenze: wenige µg/cm 2 Aufnahme von 400 Linien pro Sekunde mit jeweils 600 Messpunkten Auflösung von ca. 10 mm bei einem Vorschub von 2 m/s Fraunhofer IPM / Folie 26

27 F-Scanner: Bildgebende Inline-Reinheitsprüfung Philipp Holz, Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM Fraunhofer IPM 4 V Grundlagen der Fluoreszenz F-Camera F-Scanner Zusammenfassung 0 V 5 mm parts2clean Fachforum, Stuttgart,

28 Bildgebende Fluoreszenzmesstechnik Zusammenfassung Stärken des Verfahrens Schnell, berührungslos, sehr empfindlich Anwendungsmöglichkeiten Labor, Inline, vollständig automatisierbar Grenzen des Verfahrens nicht fluoreszierende Verunreinigungen fluoreszierende Substrate Aussage des Verfahrens Oberflächenbelegung kalibrierbar Verteilung auf der Oberfläche wird erfasst i.o./n.i.o Klassifizierung mittels Bildverarbeitung Kalibrierung / Referenz Fluoreszenz: BAM, Labsphere, Definiert verunreinigte Oberflächen Optische Auflösung: USAF-Chart, Fraunhofer IPM / Folie 28

29 Aus Ideen werden Lösungen. Kontakt: Philipp Holz Abteilung Produktionskontrolle Tel +49 (0) 761 / philipp.holz@ipm.fraunhofer.de Andreas Hofmann Geschäftsfeldentwicklung Produktionskontrolle PK Tel +49 (0) 761 / andreas.hofmann@ipm.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM Heidenhofstraße Freiburg Fraunhofer IPM / Folie 29