Der Sensor ‚Film-inspect‘, entwickelt vom Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Kooperation mit dem Plasmaanlagen-Spezialisten Plasma Electronic, nutzt Infrarotmesstechnik, um dünne Beschichtungen mit einer Stärke von unter 10 nm bis 200 nm inline zu erfassen. Plasma-Beschichtungen werden beispielsweise auf Kunststoffverpackungen aufgebracht, um Lebensmittel zu schützen. Hier bewahrt eine diffusionsdichte Schicht – zum Beispiel aus Siliziumoxid (SiOx) oder Aluminiumoxid (AlOx) – Produkte wie Kaffee oder Nüsse vor schädlichen äußeren Einflüssen oder Aromaverlust. Vergleichbare Dünnschichten kommen aber auch in völlig anderen Bereichen zum Einsatz – etwa bei Pharmaprodukten, in Haushaltsgeräten, in Brennstoffzellen oder auf Fahrzeugteilen. Sie können eingesetzt werden, um die Benetzbarkeit, die Haftungseigenschaften oder die Oberflächenchemie zu optimieren, oder um vor Korrosion zu schützen.

Der von Fraunhofer IPM entwickelte Sensor ermöglicht eine prozessintegrierte 100-%-Einzelteilprüfung im Produktionstakt – auch für dreidimensional geformte, komplexe Oberflächen wie sie beispielsweise für Verpackungen typisch sind. Die Forschenden nutzen die Infrarot-optischen Eigenschaften der Beschichtungen für die Qualitätskontrolle: Die chemische Bindung zwischen Atomen kann durch Infrarotlicht der passenden Wellenlänge resonant angeregt werden. Aus der Intensität des reflektierten Lichts lässt sich die Schichtdicke bestimmen. Die Wahl der Wellenlänge hängt vom Beschichtungsmaterial ab und ist materialspezifisch konfigurierbar. Der kompakte Sensor ist nur circa 20 × 40 × 80 mm3 groß und kann somit problemlos in die Produktionslinie integriert werden. In Produktionsprozessen können mehrere Sensoren gekoppelt werden und via Profinet und OPC-UA mit der Anlagensteuerung kommunizieren. Für einfachere Anwendungen mit Einzelsensoren steht eine USB-Schnittstelle und eine Auswertesoftware zur Verfügung.

Beim Projektpartner Plasma Electronic wurde ein Array von acht Sensoren erfolgreich in eine Plasma-Beschichtungsanlage integriert und getestet. Neben der dort gezeigten Anwendung in einem Batch-Prozess kann Film-Inspect auch in kontinuierlichen Verfahren eingesetzt werden. Ebenso ist die Überwachung einer Rolle-zu-Rolle Beschichtungsanlage möglich.

Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten fanden im Rahmen des Projekts ‚O-Kuba – Optische Prozesskontrolle für ultradünne Barriereschichten‘ statt. O-Kuba wird im Rahmen des Förderprogramms Invest BW – Innovation II durch das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg gefördert.