Kleinste Defekte frühzeitig erkennen
Fraunhofer IKTS integrierte das bildgebende Infrarotverfahren direkt in den Versiegelungsprozess einer Verpackungsmaschine
Milliarden von Produkten werden jährlich in Folienverpackungen eingeschweißt. Besonders in regulierten Bereichen wie der Medizin- und Lebensmittelindustrie müssen diese zuverlässig dicht sein. Im Projekt »OCTInline« haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS ein neuartiges Prüfsystem entwickelt. Mithilfe der Optischen Kohärenztomographie (OCT) können Fehler in Siegelnähten noch während des Verpackungsprozesses in Echtzeit erkannt werden – zerstörungsfrei und mit einer Auflösung bis in den Mikrometerbereich.
»Die Optische Kohärenztomographie ist ein bildgebendes Verfahren auf Basis von Infrarotlicht«, erläutert Conner Phillips, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Gruppe Charakterisierungsverfahren am Fraunhofer IKTS. »Es wurde ursprünglich für die Augenheilkunde entwickelt, kann aber die Struktur verschiedenster Materialien unterhalb der Oberfläche dreidimensional und zerstörungsfrei abbilden und so erkennen, wo Inhomogenitäten oder Defekte vorliegen.« Dazu sendet das System nahinfrarotes Licht in das Material und erfasst die reflektierten Signale. Aus diesen Daten entstehen hochaufgelöste dreidimensionale Bilder der inneren Struktur. Materialfehler, Lufteinschlüsse oder unzureichend verschweißte Bereiche werden sichtbar, ohne Verpackung oder Produkt zu beschädigen.
Kleinste Defekte bis zu acht Mikrometern kontinuierlich erkennen
Im öffentlich geförderten Projekt »OCTInline« integrierten die IKTS- Forschenden die OCT-Technologie direkt in den Versiegelungsprozess der Verpackungsmaschine eines Industriepartners. So prüft das System im laufenden Prozess in Echtzeit bei einer Produktionsgeschwindigkeit von bis zu 25 Metern pro Minute kontinuierlich und zerstörungsfrei die Qualität der entstehenden Siegelnaht. »Wir können dabei verschiedene Poren bis zu einer Größe von acht Mikrometern in der Siegelnaht entdecken und visualisieren«, sagt Ralf Schallert, Gruppenleiter für Charakterisierungsverfahren am Fraunhofer IKTS.
Die eigentliche Herausforderung liegt in der Kombination von hoher Auflösung und hoher Produktionsgeschwindigkeit. Je kleiner die Defekte, desto mehr Daten müssen erfasst und verarbeitet werden. Auch die Integration in den industriellen Prozess stellte das Projektteam vor Herausforderungen. Bereits kleinste Schwingungen der Folie können die Messung beeinflussen. »Wir mussten einen Balancepunkt zwischen Schärfentiefe, Belichtungszeit und der Bewegung der Folie finden«, so Phillips.
Neue Anforderungen an die Nachhaltigkeit von Verpackungen steigern die Bedeutung einer zuverlässigen Siegelnahtprüfung. Immer mehr Hersteller setzen auf recyclingfähige Monofolien, die sich besser wiederverwerten lassen als mehrschichtige Verbundmaterialien. »Monofolien sind aus ökologischer Sicht sehr interessant, leider treten hier aber häufiger fehlerhafte Siegelnähte auf«, sagt Schallert. »Dadurch steigt der Bedarf an einer kontinuierlichen Kontrolle.«
Weniger Ausschuss, mehr Prozesssicherheit
Für Hersteller bietet die Echtzeitprüfung mehrere Vorteile. Durch eine schnelle Fehlererkennung lassen sich Ausschuss und Materialverbrauch reduzieren. Zusätzlich liefert das System neben der eigentlichen Fehlererkennung auch Informationen über den Zustand von Maschinen und Werkzeugen.
»Viele Fehler entstehen, weil Druck und Temperatur nicht optimal auf das Material abgestimmt sind oder weil sich das Werkzeug mit der Zeit abnutzt«, erläutert Schallert. »Mit den OCT-Daten können wir solche Veränderungen sichtbar machen und auch frühzeitig erkennen, wann beispielsweise ein Werkzeugwechsel notwendig wird.«
Ein Demonstrator des Systems wird seit Juli 2026 beim Projektpartner Kallfass Verpackungsmaschinen GmbH in Nürtingen eingesetzt und dort potenziellen Kunden vorgestellt.
Flexibel einsetzbar für verschiedene Anwendungen
»Die Verpackungsindustrie ist nur eines von vielen Einsatzfeldern dieser Technologie«, ergänzt Schallert. Die Systeme können individuell an unterschiedliche Materialien und Anforderungen anpasst werden. Dadurch lässt sich die Technologie für sehr unterschiedliche industrielle Fragestellungen nutzen.
Sie eignet sich grundsätzlich für transparente und teiltransparente Materialien sowie für zahlreiche Aufgaben der industriellen Qualitätssicherung. Neben Verpackungen können beispielsweise auch funktionale Beschichtungen, keramische Komponenten oder additiv gefertigte Bauteile untersucht werden. »Überall dort, wo dünne Schichten, innere Strukturen oder kleinste Defekte zuverlässig erkannt werden müssen, kann die OCT einen wichtigen Beitrag leisten – von der Medizintechnik über funktionalisierte Oberflächen bis hin zum industriellen 3D-Druck«, so Schallert.
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