Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM

Das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM entwickelt maßgeschneiderte Messtechniken und Systeme für die Industrie.

Für die Produktionskontrolle entwickelt Fraunhofer IPM optische Systeme und bildgebende Verfahren, mit denen sich Oberflächen und 3D-Strukturen in der Produktion analysieren und Prozesse regeln lassen. Die Systeme messen so schnell und so genau, dass sehr kleine Defekte oder Verunreinigungen auch bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten erkannt werden. Damit wird eine 100-Prozent-Echtzeitkontrolle in der Produktion im Sinne von Industrie 4.0 möglich. Eingesetzt wird eine große Bandbreite an Technologien, darunter digitale Holographie, Infrarot-Reflexions-Spektroskopie und Fluoreszenzverfahren, kombiniert mit sehr schneller hardwarenaher Bild- und Datenverarbeitung. Die Systeme werden beispielsweise in der Umformtechnik im Automobilbereich und zur Qualitätssicherung bei Medizinprodukten eingesetzt.

ANALIZEsingle: Inline-Messsystem für dünne Beschichtungen

Das Schichtdicken-Messsystem ANALIZEsingle bestimmt die Elementzusammensetzung von Bauteil-Oberflächen und die Dicke von Beschichtungen sowie deren Elementzusammensetzung und -verteilung in hoher Geschwindigkeit. Schichten von Dicken bis hinunter zu wenigen Nanometern werden zuverlässig gemessen. Ein Beispiel sind Titan-/Zirkon-Schichten auf Aluminium für den Korrosionsschutz und die Haftvermittlung. Nur mit diesem Verfahren kann die Vollständigkeit dieser Schichten und die Dickenverteilung direkt am schnell laufenden Band geprüft werden.  Das zugrunde liegende Messverfahren ist die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS: von engl. laser induced breakdown spectroscopy): Ein Kurzpulslaser löst eine winzige Materialmenge aus der Oberfläche ab und überführt sie in ein Plasma. Die spektrale Analyse des Plasma-Lichtspektrums gibt Aufschluss über die Elementverteilung und über die Schichtdicke.

ANALIZEmulti: Dickenmessung, Elementanalyse von Mehrschichtsystemen

Das Schichtdicken-Messsystem ANALIZEmulti misst die Schichtzusammensetzung und die Schichtdicke in einem Dickenbereich von 500 nm bis 50 µm. Auch komplexe Schichtfolgen werden charakterisiert. Beispiele sind Chrom- und galvanische Kupferbeschichtungen. Auch die Elementverteilung in der Oberfläche des Bleches, z. B. die Anreicherung von Legierungselementen wird tiefenaufgelöst gemessen. Ein Ultrakurzpulslaser richtet viele Laserpulse in sehr schneller Folge auf eine Stelle des Bauteils. Gezählt wird die Anzahl der Pulse, bis sich die spektrale Signatur des Trägermaterials zeigt. Hieraus lässt sich neben der die Dicke der Beschichtungen auch die Homogenität der Elemente im Beschichtungsvolumen berechnen, was insbesondere bei funktionellen Schichten ein wichtiges Qualitätskriterium sein kann.

F-Scanner: Bildgebende Ölauflagenmessung zur 100% Oberflächenkontrolle.

Der F-Scanner detektiert die Ölauflage auf Blechen vor der Blechumformung in Echtzeit. Mit 400.000 Datenpunkten pro Sekunde wird erstmals eine hochaufgelöste Erfassung der Ölbelegung möglich, die Grundlage für eine Prozessoptimierung sein kann. Das System F-Scanner ist auch für die Reinheitsprüfung von Oberflächen geeignet. Beispielsweise kann die verbleibende Ölauflage vor der nachfolgenden Weiterverarbeitung auch am umgeformten Bauteil gemessen werden.  Das bildgebende System nutzt die Eigenfluoreszenz der Öle oder Trockenschmierstoffe, um deren Dicke und Homogenität zu bestimmen. Die Messungen erfolgen bildgebend bei Bandgeschwindigkeiten von einigen Metern pro Sekunde. Die Nachweisgrenze ist ca. 0,01 g/m², die Genauigkeit der quantitativen Angabe zur Ölauflage liegt bei ca. 0,1 g/m².