Papierdicken schnell und genau messen

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT stellt den interferometrischen Sensor bd-2 für Dickenmessungen an Papier- und Kartonbahnen vor. In einem Bereich von 8 Millimetern kann das System die Dicke und Prägetiefen mit einer Präzision besser als 200 nm vermessen. Der kleine Sensorkopf und die schnelle Datenverarbeitung erlauben Inline-Messungen in der Produktionslinie.

Papierbahnen im Produktionsprozess / Bildquelle: fotolia

In der papierverarbeitenden Industrie werden immer höhere Anforderungen an die Material- und Qualitätskontrolle gestellt. Bei der Dickenmessung beispielsweise müssen Sensoren inzwischen bis in den Sub-Mikrometerbereich hinein genau sein und dennoch sollen sie möglichst schnell und wartungsarm in der Produktionslinie funktionieren.

Für diese Anforderungen wurde am Fraunhofer ILT der optische Dickensensor bd-2 (bd steht für bidirektionale Messungen) entwickelt. Der Sensor schickt einen Messstrahl auf die Materialoberfläche und aus dem reflektierten Signal wird die Entfernung mit einer Präzision besser als 200 nm bestimmt. Das System wurde bislang unter anderem für die Vermessung kaltgewalzter Metallbleche eingesetzt

Ein besonderes Leistungsmerkmal ist die Messfrequenz von bis zu 70 kHz. Damit lässt sich der Abstand zur Oberfläche bei laufender Fertigung absolut und kontinuierlich messen. Mit einer Abstandsmessung von zwei Seiten über zwei Messköpfe in einem C Rahmen lässt sich die Dicke des durchgeführten Produkts genau verfolgen.

Der interferometrische Dicken- und Abstandssensor bd-2 eignet sich für die Dickenmessung von Papier- und Kartonbahnen im Bereich 10 µm bis zu einigen Millimetern. Unbehandelte Oberflächen werden ebenso sicher gemessen wie gestrichene, geprägte, geglättete oder satinierte.

Im Vergleich zu etablierten radiometrischen, kapazitiven oder induktiven Verfahren bietet der neue Sensor mehrere Vorteile: Mit einem Gewicht von 100 g ist der Messkopf relativ klein und dank der interferometrischen Technik braucht er deutlich weniger Justierung.

Der Sensor sendet und empfängt seinen Messstrahl durch ein kleines Fenster mit nur 2 mm Durchmesser, das durch einen Luftstrom auch in rauesten Umgebungen zuverlässig vor Verunreinigungen geschützt wird. Sein Messfleckdurchmesser beträgt rund 100 µm, so dass auch kleinste Strukturen erfasst werden können.

Der neue Sensor bd-2 bietet die Präzision interferometrischer Messmethoden und ist deutlich schneller als die etablierten Messverfahren. Das Gesamtsystem verarbeitet bis zu 70.000 Dickenmessungen pro Sekunde. Dadurch sind auch bei hohen Produktgeschwindigkeiten Inline-Messungen möglich, die für die aktive Prozessregelung und -optimierung genutzt werden können.

Bei Geschwindigkeit und Integrierbarkeit setzt bd-2 neue Maßstäbe für die Prozessführung und Qualitätssicherung in verschiedenen Industriebereichen. Das Verfahren erlaubt den Übergang von der laborgestützten Einzelmessung zur kontinuierlichen Inline-Fertigungssteuerung.

Die Experten vom Fraunhofer ILT wenden sich damit an Industriekunden, die höhere Genauigkeitsanforderungen in der Serienproduktion umsetzen wollen. Sie bieten Ihnen nicht nur Komplettsysteme an, sondern auch eine umfangreiche Beratung bei der Prozessintegration. Die Sensoren wurden bislang umfangreichen Tests im Technikumsbetrieb unterworfen, erste Industriepartner haben mit dem System bereits Testläufe in ihren Fertigungslinien durchgeführt.

Der interferometrische Dickensensor bd-2 bei der diesjährigen CONTROL in Stuttgart auf dem Stand 1502 der Fraunhofer-Allianz Vision in Halle 1 gezeigt.

http://www.ilt.fraunhofer.de