Détection précoce des défauts les plus infimes
Chaque année, des milliards de produits sont conditionnés dans des emballages sous film. Ces emballages doivent présenter une étanchéité fiable, en particulier dans les secteurs soumis à une réglementation stricte, tels que l'industrie médicale et agroalimentaire. Dans le cadre du projet OCTInline, les chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour les technologies et systèmes céramiques (IKTS) ont mis au point un système de contrôle innovant. La tomographie par cohérence optique (OCT) permet de détecter de manière non destructive et en temps réel les défauts au niveau des soudures pendant le processus d’emballage, avec une résolution de l’ordre du micromètre.
« La tomographie par cohérence optique est une méthode d’imagerie qui utilise la lumière infrarouge », explique Conner Phillips, chercheur au sein du groupe Technologies de caractérisation de l’Institut Fraunhofer IKTS. « À l’origine, cette méthode a été développée pour l’ophtalmologie, mais elle permet de générer de manière non destructive des images tridimensionnelles de la structure sous-jacente d’une grande variété de matériaux et de détecter la présence d’irrégularités ou de défauts. » Le système fonctionne en envoyant de la lumière dans le proche infrarouge à l’intérieur du matériau et en détectant les signaux réfléchis. Ces données permettent de produire des images tridimensionnelles haute résolution de la structure interne. Les défauts du matériau, les poches d’air ou les zones mal scellées sont ainsi rendus visibles sans endommager l’emballage ni le produit.
Détection en continu de défauts aussi petits que huit micromètres
Dans le cadre du projet OCTInline, financé par des fonds publics, les chercheurs de l’IKTS ont intégré la technologie OCT directement dans le processus de scellage de la machine d’emballage d’un partenaire industriel. Le système contrôle en continu et de manière non destructive la qualité du scellage de l’emballage en temps réel, alors que le processus se déroule à des cadences de production pouvant atteindre 25 mètres par minute. « Nous pouvons détecter et visualiser divers pores dans le joint, jusqu’à une taille de huit micromètres », explique Ralf Schallert, responsable du groupe Technologies de caractérisation à l’Institut Fraunhofer IKTS.
Le véritable défi réside dans la combinaison de cette haute résolution avec un rythme de production élevé. Plus les défauts sont petits, plus il faut collecter et analyser de données. L’intégration du système dans le processus industriel a également posé des défis à l’équipe du projet. Même la plus légère vibration du film peut affecter la mesure. « Nous avons dû trouver un équilibre entre la profondeur de champ, le temps d’exposition et le mouvement du film », explique M. Phillips.
Les nouvelles exigences en matière d’emballages durables rendent les tests fiables d’intégrité des soudures encore plus importants. De plus en plus de fabricants se tournent vers des films mono-matériaux recyclables. Ceux-ci sont plus faciles à recycler que les matériaux composites multicouches. « Les films mono-matériaux sont très intéressants d’un point de vue environnemental, mais ils sont malheureusement plus sujets aux défauts de soudure », explique M. Schallert. « Cela renforce la nécessité d’une surveillance continue. »
Réduction des taux de rebut, fiabilité accrue des processus
Les contrôles en temps réel présentent de multiples avantages pour les fabricants. Une détection plus rapide des défauts réduit les rebuts et la consommation de matière. Outre la détection des défauts proprement dits, le système fournit également des informations sur l’état des machines et des outillages.
« De nombreux défauts surviennent parce que la pression et la température ne sont pas optimisées pour le matériau ou parce que les outils s’usent avec le temps », explique M. Schallert. « Les données OCT nous permettent de visualiser ce type de changements et de les détecter à un stade précoce, par exemple lorsqu’un changement d’outil s’impose. »
Un système de démonstration est utilisé depuis juillet 2026 chez le partenaire du projet, Kallfass Verpackungsmaschinen GmbH, à Nürtingen, où il est également présenté à des clients potentiels.
Flexibilité pour différentes applications
« L’industrie de l’emballage n’est qu’un des nombreux domaines potentiels dans lesquels cette technologie peut être utilisée », ajoute M. Schallert. Les systèmes peuvent être adaptés individuellement à différents matériaux et exigences. La technologie peut ainsi être utilisée pour un large éventail d’applications industrielles.
Elle convient aux matériaux transparents et semi-transparents, ainsi qu’à de nombreuses tâches dans le domaine de l’assurance qualité industrielle. Par exemple, outre les emballages, il est possible de tester des revêtements fonctionnels, des composants céramiques ou des pièces issues de la fabrication additive. « L’OCT peut jouer un rôle important partout où il est nécessaire de détecter de manière fiable des couches minces, des structures internes ou les défauts les plus infimes. Les applications potentielles vont de la technologie médicale aux surfaces fonctionnelles en passant par l’impression 3D industrielle », explique M. Schallert.
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