Wczesne wykrywanie najmniejszych wad
Fraunhofer IKTSKażdego roku miliardy produktów przechowywane są w opakowaniach foliowych. Muszą być one niezawodnie szczelne, szczególnie w sektorach podlegających regulacjom, takich jak przemysł medyczny czy spożywczy. W ramach projektu OCTInline naukowcy z Instytutu Fraunhofera ds. Technologii i Systemów Ceramicznych (Fraunhofer IKTS) opracowali innowacyjny system testujący. Za pomocą optycznej tomografii koherencyjnej (OCT) można w sposób nieniszczący wykrywać wady zgrzewów w czasie rzeczywistym podczas procesu pakowania, z precyzją rzędu mikrometrów.
– Optyczna tomografia koherencyjna (OCT) to metoda obrazowania, która wykorzystuje światło podczerwone – wyjaśnia Conner Phillips, naukowiec w instytucie Fraunhofer IKTS. – Metoda ta została pierwotnie opracowana dla okulistyki, ale pozwala również na nieniszczące generowanie trójwymiarowych obrazów struktury podpowierzchniowej szerokiej gamy materiałów i wykrywanie wad czy różnego rodzaju nieprawidłowości.
System ten działa na zasadzie wysyłania światła bliskiej podczerwieni do wnętrza materiału i wykrywania odbijanych sygnałów. Dane te pozwalają uzyskać trójwymiarowe obrazy struktury wewnętrznej o wysokiej rozdzielczości. Wady materiałowe, pęcherzyki powietrza lub niedostatecznie uszczelnione obszary są dzięki temu widoczne bez uszkadzania opakowania ani produktu.
Wykrywanie wad o wielkości zaledwie ośmiu mikrometrów
W ramach finansowanego ze środków publicznych projektu OCTInline naukowcy z instytutu Fraunhofera IKTS zintegrowali technologię OCT bezpośrednio z procesem zgrzewania w maszynie pakującej. System bezinwazyjnie sprawdza jakość zgrzewu w czasie rzeczywistym podczas procesu, który przebiega z prędkością produkcyjną sięgającą do 25 metrów na minutę.
– Jesteśmy w stanie wykrywać i wizualizować różne pory w zgrzewach o wielkości nawet ośmiu mikrometrów – mówi Ralf Schallert, kierownik grupy realizującej ten projekt.
Prawdziwym wyzwaniem jest połączenie tak wysokiej rozdzielczości z wysoką wydajnością produkcyjną. Im mniejsze są wady, tym więcej danych trzeba zebrać i przeanalizować. Integracja systemu z procesem przemysłowym również stanowiła wyzwanie dla zespołu projektowego. Nawet najmniejsze drgania folii mogą bowiem wpływać na pomiar.
– Musieliśmy osiągnąć równowagę między głębią ostrości, czasem naświetlania i ruchem folii – mówi Conner Phillips.
Nowe wymagania dotyczące opakowań zgodnych z zasadami zrównoważonego rozwoju sprawiają, że niezawodne testowanie integralności zgrzewów staje się jeszcze ważniejsze. Coraz więcej producentów sięga po folie jednorodne, które nadają się do recyklingu. Są one o wiele łatwiejsze do przetworzenia niż wielowarstwowe materiały kompozytowe.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
– Folie jednorodne są bardzo atrakcyjne z punktu widzenia ochrony środowiska, ale niestety są bardziej podatne na wady zgrzewów – dodaje Ralf Schallert. – Zwiększa to więc potrzebę ciągłego monitorowania.
Niższy poziom braków, wyższa niezawodność procesu
Testowanie w czasie rzeczywistym przynosi producentom wiele korzyści. Szybsze wykrywanie wad zmniejsza ilość odpadów i zużycie materiału. Oprócz wykrywania rzeczywistych wad system dostarcza również informacje o stanie maszyn i oprzyrządowania.
– Wiele wad wynika z tego, że ciśnienie i temperatura nie są dostosowane do danego materiału, a narzędzia z czasem ulegają zużyciu – wyjaśnia Ralf Schallert. – Dane pozyskane dzięki technologii OCT pozwalają nam wizualizować tego typu zmiany i wykrywać je na wczesnym etapie, na przykład gdy konieczna jest wymiana narzędzia.
Od lipca tego roku system demonstracyjny jest używany u partnera projektu, firmy Kallfass Verpackungsmaschinen, gdzie jest również prezentowany potencjalnym klientom.
Elastyczność w różnych zastosowaniach
– Przemysł opakowaniowy to tylko jeden z wielu potencjalnych obszarów, w których można wykorzystać tę technologię – dodaje Schallert. Systemy można indywidualnie dostosować do różnych materiałów i wymagań. Technologia ta może zatem znaleźć zastosowanie w szerokim zakresie zastosowań przemysłowych.
Nadaje się do materiałów przezroczystych i półprzezroczystych oraz do wielu zadań związanych z przemysłową kontrolą jakości. Na przykład, oprócz opakowań, można badać powłoki funkcjonalne, elementy ceramiczne lub części wytwarzane metodą druku 3D.
– Technologia OCT może odgrywać ważną rolę wszędzie tam, gdzie konieczne jest niezawodne wykrywanie cienkich warstw, struktur wewnętrznych lub najmniejszych wad. Potencjalne zastosowania obejmują zarówno technologię medyczną, jak i powierzchnie funkcjonalne oraz przemysłowy druk 3D – dodaje na zakończenie Ralf Schallert.
źródło: Fraunhofer IKTS
