Das entwickelte Inline-Ellipsometriesystem der TU Wien nutzt robuste SVS-Vistek Polarisationskameras zur Echtzeit-Messung von Schichtdicken und Qualitätsparametern. Anwender erfassen neben linearer Polarisation auch zirkuläre Komponenten und berechnen daraus R45 und Rz. Auf diese Weise lassen sich Beschichtungen in Elektronik-, Pharma-, Kunststoff- und Glasfertigung kontinuierlich überwachen und Defekte direkt in der Produktionslinie erkennen. Die kompakte Einheit integriert sich nahtlos in bestehende Anlagen und erfordert keine Produktkontakt. Die hohe Bildrate ermöglicht schnelle Qualitätsentscheidungen.
Inhaltsverzeichnis: Das erwartet Sie im Artikel
Schwierige Oberflächenkontrolle und schwarz-auf-schwarz Lesen dank innovativer hochpräziser Polarisationsbildverarbeitungstechnologie
Industrieübergreifend nutzen Fertigungsbetriebe Polarisations-Bildverarbeitungslösungen, um transparente Bauteile auf mikroskopische Spannungsfelder zu prüfen, komplexe Geometrien und Oberflächenrauheiten automatisiert zu untersuchen sowie kontrastarme schwarz-auf-schwarz Drucke zuverlässig zu lesen. In der Reifenproduktion unterstützen diese Verfahren die Kontrolle von Laufflächenhomogenität und Materialintegrität. In der Pharmaindustrie optimieren sie Blisterinspektionen, indem sie fehlerhaft verschlossene Verpackungen oder defekte Tabletten frühzeitig identifizieren und so den hohen Anforderungen an Prozesssicherheit und Produkthygiene gerecht werden und dabei erhebliche Wartungskosten reduzieren.
Mathematisches Modell wandelt Intensitätsverhältnisse in Ellipsometriewinkel ? und ?
Die neu entwickelte Inline-Technologie der TU-Wien-Forschungsgruppe Prozesstechnik nutzt Ellipsometrie statt klassischer Transmission für die Schichtanalyse. Unter der Leitung von Ferdinand Bammer werden Polarisationsvariationen des zurückgeworfenen Lichts in vier festen Winkelstellungen (0°, 45°, 90°, 135°) gemessen. Ein präzises mathematisches Modell wandelt die Intensitätsverhältnisse in die Ellipsometriewinkel ? und ? um. Diese Parameter liefern zuverlässige Informationen über Schichtdicke und Materialbeschaffenheit und unterstützen die fehlerfreie Fertigungssteuerung und gewährleisten eine schnelle Online-Qualitätssicherung im Produktionsablauf.
Dank der kombinierten Messung linearer und zirkularer Polarisation bietet die im System platzierte Viertelwellenplatte eine vollständige Bestimmung des elliptischen Polarisationszustands. Diese umfassende Datenerfassung erlaubt eine präzise Modellierung der Phasen- und Amplitudenverschiebungen beim Lichtreflexionsvorgang. Der daraus resultierende Einsatzzweck in Inline-Kontrollen sichert schnelle Prozessrückmeldungen, erhöht die Detektionsrate von Fehlbeschichtungen und optimiert die Qualitätsprüfung in Elektronik-, Pharma- und Kunststofffertigung erheblich. Außerdem wird die Sensorintegration vereinfacht, da das modulare Design eine schnelle Nachrüstung erlaubt.
Die vier linearen Polarisationsmessungen allein reichen nicht aus, um die Drehrichtung der Polarisationsellipse aufzuklären. Indem die Wiener Gruppe eine exakt kalibrierte Viertelwellenplatte in den Strahlengang einführt, wird das zirkular polarisierte Komponentensignal ausgelesen. Auf Basis der so gewonnenen Intensitätswerte berechnen sie die Parameter R45 und Rz. Diese vollständige Polarisationsanalyse ermöglicht eine zuverlässige Schichtdicken- und Materialqualitätsprüfung in Echtzeit und garantiert industrielle Reproduzierbarkeit durch Optimierung der Messgeometrie und softwaregestützte Datenauswertung werden Messfehler minimiert.
Industrie 4.0 fordert inlinefähige Ellipsometriesysteme für OLED, Batterie, Pharma-Industrie
Angesichts komplexer Schichtaufbauten in modernen Fertigungsverfahren wächst der Bedarf an Inline-Ellipsometriesystemen rasant. In der Elektronik- und OLED-Display-Produktion sichern sie die Gleichmäßigkeit ultradünner Funktionsebenen. Gleichzeitig liefern diese Lösungen in der Herstellung von Brennstoffzellenmembranen und Lithium-Ionen-Batterie-Elektroden exakte Dickenprofile zur Leistungsoptimierung. Auch in der Solarzellenfertigung sowie in Pharma-, Lebensmittel- und Getränkeindustrien gewährleistet die berührungslose Prozessüberwachung eine konstante Qualität und minimiert Ausschuss. Durch die Inlineintegration entfallen zeitintensive Probenvorbereitungen und Labormessungen, was die Effizienz steigert und Stillstandzeiten reduziert.
Exo250ZGE, exo250ZU3 und exo253ZU3 decken alle Bildrateanforderungen optimal ab
Bammer nutzt für Aufnahmeraten bis zu 24,5 Bildern pro Sekunde das GigE Vision-Modell exo250ZGE mit 5 Megapixel Auflösung. Für gesteigerte Bildwiederholraten von bis zu 75 Bildern/s setzt er auf die USB3-basierte exo250ZU3, um schnelle Bildfolgen zu realisieren. Erhöht sich der Bedarf an feiner Detaildarstellung, greift er zur exo253ZU3 mit 12,3 Megapixeln. SVS-Vistek garantiert dabei bestmögliche Rauscharmut im aktuellen Kamerasegment. Diese Kameras eignen sich optimal für Inline-Inspektionen in verschiedensten Produktionsumgebungen effizient.
Fachliche Expertise und schneller Support verkürzen die Entwicklungszyklen maßgeblich
Die Kooperation zwischen SVS-Vistek und der TU-Wien-Forschungsgruppe zeichnete sich in den ersten Projektphasen durch schnelles Reaktionsvermögen und tiefgehendes Fachwissen des Kameraherstellers aus. Kernstück war die enge Abstimmung aller technischen Anforderungen, die eine reibungslose Integration der exo-Kameras in das Ellipsometriesystem gewährleistete. Durch diesen koordinierten Ansatz konnten Entwicklungszyklen signifikant verkürzt werden, wodurch frühzeitig aussagekräftige Ergebnisse vorlagen und interne Optimierungsprozesse effizient umgesetzt werden konnten und die Markteinführung wesentlich erheblich spürbar schneller beschleunigten.
Laborleistung zuverlässig in effiziente Inline-Schichtmessung für industrielle Anwender übertragen
Die Herausforderung besteht darin, den komplexen Prozess der Polarisationsmessung so zu vereinfachen, dass eine zuverlässige Inline-Kontrolle entstehen kann. Bammer unterstreicht, dass technisches Fachwissen in eine klare, modulare Methodik übersetzt werden muss, um Fehlinterpretationen durch Nicht-Spezialisten zu vermeiden. Erst eine robuste Kombination aus anschaulichen Visualisierungen und reduzierten, präzisen, validierten Messgrößen garantiert, dass die im Labor demonstrierte Messgenauigkeit auch unter den rauen Bedingungen der industriellen Fertigung stabil, reproduzierbar und unmittelbar anwendbar ist.
Erste Anwender setzen Wiener Ellipsometrie erfolgreich für PET-Prüfungen ein
In Pilotumgebungen haben Anwender das Ellipsometriesystem der TU Wien in PET-Flaschenprüfständen eingesetzt und profitieren von Inline-Funktionen. Zwar erreicht das System nicht die subnanometergenaue Auflösung klassischer Laborellipsometer, doch die Schichtdickenbestimmung mit einer Präzision von circa zehn Prozent genügt den Anforderungen vieler Verpackungsprozesse. Die Kombination aus schneller Bildaufnahme, automatischer Auswertung und einfacher Integration erlaubt eine kontinuierliche Qualitätskontrolle direkt in der Produktionslinie ohne nennenswerten Eingriff in den Prozess und senkt gleichzeitig effektiv Stillstandszeiten.
Bammer prognostiziert wachsende Bedeutung der zuverlässigen Inline-Ellipsometrie für Zukunftstechnologien
Die zunehmende Nachfrage nach flächigen Qualitätsprüfungen in Zukunftstechnologien wie OLED-Displays, Photovoltaikmodulen, Batterie-Stacks oder katalytischen Schichten unterstreicht laut Bammer das Potenzial der Polarisations- und Ellipsometrietechnik. Fortschrittliche Polarisationskamera-Systeme detektieren neben linearen auch zirkulare Polarisationskomponenten und ermöglichen exakte Bestimmung von Schichtdicke, Brechungsindex und Oberflächenzustand. Durch Echtzeitmessungen können Abweichungen sofort erkannt, dokumentiert und Prozessparameter automatisiert nachgeregelt werden. Diese Technologie verspricht eine breit skalierbare Inline-Überwachung für moderne Fertigungsprozesse, die Effizienz steigert und Materialkosten signifikant reduziert.
Reflexionsbasierte Polarisationserfassung steigert Genauigkeit von Inline-Bildverarbeitungssystemen zur effizienten Schichtanalyse
Durch die Polarisationsanalyse lassen sich die Ausbreitungsrichtung und elliptische Form elektromagnetischer Lichtschwingungen bestimmen. Filter selektieren lineare oder zirkulare Polarisationszustände, die nach Reflexion an einer Probe in Abhängigkeit von Schichtstärke und optischen Eigenschaften modifiziert werden. Bildverarbeitungseinheiten erfassen diese Modi, berechnen aus Intensitätsverhältnissen relevante Kenngrößen und erstellen präzise Profilkarten zur Schichtdickenkontrolle und Materialbeurteilung. Diese berührungslose Technik minimiert Prüfzeiten und optimiert Produktionsqualität kontinuierlich. Sie ermöglicht zudem eine Fehleranalyse, Rückführung an Prozessschritte und Echtzeitkorrekturen.
Polarisationskamera-Ellipsometrie optimiert Produktionsqualität mit schneller Fehlererkennung und präzisen Schichtmessungen
Durch den Einsatz von SVS-Vistek Polarisationskameras in einem inlinefähigen Ellipsometriesystem der TU Wien lassen sich dünne Beschichtungen lückenlos überwachen. Das System misst Polarisationswinkel ? und ? sowie zirkulare Komponenten und wandelt sie in Informationen zur Schichtdicke und Oberflächenqualität um. Anwender in Elektronikfertigung, Photovoltaik, Batterieproduktion oder Pharmaindustrie profitieren von einer schnellen Identifikation von Abweichungen und einer signifikanten Reduktion manueller Stichprobenkontrollen im kontinuierlichen Produktionsumfeld bei gleichzeitiger Steigerung der Prozessstabilität und optimierter Datenanalyse.
