Materialprüfung

Elementanalyse von Beschichtungen und Schichtdickenmessung mithilfe von LIBS

Die Qualitätsanforderungen an die Beschichtungsqualität vieler industriell gefertigter Bauteile steigen stetig, denn fehlerhaft applizierte oder inhomogene Beschichtungen können die Funktion von Bauteilen beeinträchtigen. Messsysteme, die Schichtdicken und Schichtqualität im Prozess präzise messen und je nach Bedarf als Regelgröße ausgeben, sind daher von großem Nutzen für die Industrie.  

Fraunhofer IPM entwickelt Inline-Messsysteme für die Analyse der elementaren Zusammensetzung von Metallen und funktionellen Beschichtungen. Die Systeme basieren auf laserinduzierter Plasmaspektroskopie (Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS) und bestimmen die elementare Zusammensetzung und Homogenität  von Oberflächenbeschichtungen mithilfe von Kurzpulslasern –zuverlässig, präzise und innerhalb von Millisekunden. Je nach Bedarf prüfen die Messsysteme Bauteile stichprobenartig im Labor oder messen in der Produktionslinie, um z. B: Beschichtungs-, Ätz oder Laserbearbeitungsprozesse gezielt zu regeln.

Echtzeit-Analyse von plasmainduzierten Entladungen - zur Inline-Prozessregelung von Laserbearbeitungsprozessen

Bei bestimmten industriellen Fertigungsprozessen wie beispielsweise der Laserbearbeitung analysieren wir das im Prozess entstehende Plasma und erzeugen so Regelgrößen für die Prozessregelung. Dazu nutzen wir ein ultraschnelles Spektroskopiemodul, das auf Laserinduzierter Plasmaspektroskopie (Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS) basiert. Der Sensor wird in den Strahlengang integriert und analysiert die Elementzusammensetzung des Plasmas innerhalb weniger Nanosekunden. Dies erlaubt Aussagen über Materialübergänge, die beim Bohren, Abtragen, Ausdünnen oder Schneiden mit Lasern entscheidend sind. 

Qualitätssicherung moderner Kunststoffe und Verpackungen anhand von Infrarot-Signatur

Die Prüfung ultradünner Beschichtungen – etwa für Lebensmittelverpackungen oder Medizinprodukte – spielt eine wichtige Rolle bei der Qualitätssicherung moderner Kunststoffprodukte. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften und der geringen Dicke des Beschichtungsmaterials kommt eine konventionelle Bildverarbeitung dafür jedoch nicht in Frage. Doch optische Kontraste sind nicht allein auf den sichtbaren Spektralbereich beschränkt: Kunststoffprodukte offenbaren ihre Eigenschaften häufig bereits im Infraroten.

Fraunhofer IPM setzt daher Infrarot-Kameras oder Spektrometer ein, um die Materialzusammensetzung von Kunststoffen zu untersuchen oder verdeckte Elemente sichtbar zu machen. Ein von Fraunhofer IPM entwickeltes Prüfsystem erfasst die Qualität ultradünne Beschichtungen – auch auf dreidimensional geformten Oberflächen – schnell, genau und zerstörungsfrei.

Qualitätssicherung ferromagnetischer Materialien mithilfe von Quantentechnologie

Quantensensoren eröffnen neue Möglichkeiten für die Materialprüfung. Risse oder Fehlstellen in ferromagnetischen Materialien erzeugen magnetische Streufelder. Mit optisch gepumpten Magnetometern (OPM) können wir Schäden anhand ihres magnetischen Fingerabdrucks sehr empfindlich und mit hoher Ortsauflösung messen – und damit Defekte erkennen, bevor sie sich zu größeren Schäden auswachsen. Anders als andere optische Verfahren spüren Quantenmagnetometer auch Fehlstellen im Probeninneren auf.