FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR PHYSIKALISCHE MESSTECHNIK IPM 1 2 1 Mit einer gewöhnlichen Kamera ist die eingebettete Elektronik eines Schlüsselchips kaum zu erkennen (links). Eine SWIR-Kamera macht den Chip sichtbar (rechts). 2 Das SWIR-Spektrum (»shortwave SWIR-INSPEKTION BILDGEBENDE INLINE-ANALYTIK JENSEITS DES SICHTBAREN SPEKTRALBEREICHS infrared«) schließt direkt an den sichtbaren Spektralbereich an. Unsichtbare Materialkontraste Fraunhofer-Institut für Voruntersuchungen und Systemintegration Physikalische Messtechnik IPM Das menschliche Auge kann unterschiedli- Heidenhofstraße 8 che Farben und Helligkeiten hervorragend Fraunhofer IPM hat das Know-how, um 79110 Freiburg erfassen – allerdings nur im sichtbaren Wel- herausfordernde optische Messaufgaben lenlängenbereich zwischen rund 400 und zu lösen – beginnend mit einer Machbar- 800 nm. Doch optische Kontraste sind nicht keitsstudie bis hin zur Auslieferung und Ansprechpartner allein auf den sichtbaren Spektralbereich Instandhaltung individueller Inline-Prüfsys- Dr. Benedikt Hauer beschränkt. Für die Analytik wertvolle teme für die Produktionskontrolle. Für die Optische Oberflächenanalytik Kontrastunterschiede zeigen Substanzen Untersuchung und Charakterisierung von Telefon +49 761 8857-516 häufig erst im kurzwelligen Infrarotbereich Musterbauteilen stehen neben Standardver- [email protected] zwischen 900 und 1700 nm (Abb. 2). Im fahren auch speziell entwickelte Messplätze Gegensatz zum Auge oder zu gewöhnlichen zur Verfügung. PD Dr.-Ing. Albrecht Brandenburg Kameras sind sogenannte SWIR-Kameras Gruppenleiter mit InGaAs-Sensor in diesem Bereich sensi- Für den SWIR-Bereich wurde zur Untersu- Optische Oberflächenanalytik tiv. SWIR-Kameras liefern im nahen Infrarot chung von Kundenbauteilen ein Teststand Telefon +49 761 8857-306 (SWIR – shortwave infrared) hervorragende mit spektral durchstimmbarer Lichtquelle [email protected] Abbildungen. Mit ihnen lassen sich Werk- und Kamera für den Wellenlängenbereich stücke und Materialzusammensetzungen zwischen 900 und 1700 nm aufgebaut. untersuchen, die für herkömmliche Kameras Anhand der Ergebnisse können optimale keinen Kontrast aufweisen. Konfigurationen für Prüfaufgaben in www.ipm.fraunhofer.de 3 4 der Produktionslinie ermittelt und Algo Hierzu gehören einige Kunststoffe und die 1500 nm (Abb. 3). Diese Eigenschaft rithmen zur schnellen, automatisierten auch Silizium. Diese Infrarot-Transparenz kann unter anderem zur Messung von Defekterkennung entwickelt werden.Fraun- kann genutzt werden, um verdeckte Feuchtigkeit herangezogen werden. hofer IPM verfügt darüber hinaus über Elemente wie beispielsweise eingegossene Weitere Anwendungen betreffen die langjährige Erfahrung in der Entwicklung Elektronik sichtbar zu machen (Abb.1). In Untersuchung von Sicherheitsmerkmalen, und Integration von Inspektionsgeräten zur Silizium werden selbst mikroskopisch kleine beispielsweise durch die Inspektion von Produktionskontrolle, die auch unter rauen Risse als deutliche Schatten erkennbar. Druckfarben im Infrarotspektrum. ten. Hierdurch ist es möglich, individuelle, Darüber hinaus ermöglicht die reduzierte SWIR-Kameras sind bei Raumtemperatur schlüsselfertige Komplettlösungen aus einer Lichtstreuung im Infrarot-Bereich bei- unempfindlich gegenüber Wärmestrahlung. Hand anzubieten. spielsweise Prozess-Überwachungen in Dies stellt einen erheblichen Vorteil dampf- oder rauchhaltigen Umgebungen. gegenüber typischen Infrarotkameras dar, Umgekehrt zeigen viele transparente Stoffe deren Empfindlichkeit bei sehr großen im Infrarotspektrum charakteristische Wellenlängen jenseits von 8 µm liegt. Bei Umgebungsbedingungen zuverlässig arbei- Überraschende Materialeigenschaften Absorptionsbanden, die es ermöglichen, Temperaturen ab etwa 140° C können Die spektrale Abhängigkeit von Absorp- solche Materialien zu unterscheiden. Bei- SWIR-Kameras jedoch auch zur Tempera- tions- und Streueigenschaften bewirkt, spiele hierfür sind transparente Kunststoffe turmessung und somit beispielsweise zur dass viele intransparente Materialien für und Lösungsmittel. Insbesondere Wasser Prozessüberwachung eingesetzt werden. eine SWIR-Kamera durchsichtig erscheinen. zeigt eine starke Absorption von Licht um Beleuchtungseigenschaften 3 Unterschiedliche Lösungsmittel, © Fraunhofer IPM 04/2016; Bilder: Fraunhofer IPM die für das Auge gleich transparent individuell ausgelegte LED-Beleuchtung erscheinen, haben unterschiedliche Identifikation geeigneter Wellenlänge(n) mittels stufenlos durchstimmbarer Laborlichtquelle Absorptionsbanden im SWIR-Spek- augensichere Auslegung trum. Dies führt dazu, dass z. B. Wasser im Gegensatz zu Aceton bei 1550 nm schwarz erscheint. Kameraeigenschaften 4 Eine industrietaugliche SWIRSpektralbereich 900 – 1700 nm Kamera in Kombination mit ver- Sensor-Typ thermoelektrisch gekühlter InGaAs-Sensor schiedenen Beleuchtungsoptionen übliche Auflösung 640 × 512 Pixel ermöglicht umfangreiche Untersu- Belichtungszeiten ab 30 ms chungen, anhand derer Inspektionssysteme für spezielle Aufgaben Angaben freibleibend, technische Änderungen vorbehalten. in der Fertigung optimal ausgelegt werden können.
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