Un sensor óptico permite controlar al cien por cien la calidad de las capas barrera ultrafinas

30.05.2024

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Un nuevo tipo de sensor permite probar por primera vez capas funcionales de barrera en productos plásticos a velocidad de producción. El sistema de ensayo Film-Inspect ha sido desarrollado por el Instituto Fraunhofer de Técnicas de Medición Física IPM en colaboración con Plasma Electronic GmbH, especialista en sistemas de plasma. El sensor utiliza tecnología de medición por infrarrojos para detectar en línea revestimientos finos con un grosor de entre menos de 10 nm y 200 nm.

Los recubrimientos de plasma se aplican a los envases de plástico, por ejemplo, para proteger los alimentos. Aquí, una capa estanca a la difusión, por ejemplo de óxido de silicio (SiOx) u óxido de aluminio (AlOx), protege productos como el café o los frutos secos de influencias externas nocivas o de la pérdida de sabor. Sin embargo, las láminas delgadas comparables también se utilizan en ámbitos completamente distintos: por ejemplo, en productos farmacéuticos, electrodomésticos, pilas de combustible, piezas de vehículos y muchas otras industrias. Pueden utilizarse para optimizar la humectabilidad, las propiedades de adherencia o la química de las superficies, o para proteger contra la corrosión. Hasta ahora, no existía ninguna forma de probar la calidad de los recubrimientos de plasma en línea y de forma no destructiva. El estado actual de la técnica consiste en realizar pruebas de calidad aleatorias mediante procedimientos de laboratorio que requieren mucho tiempo. El innovador sensor desarrollado por Fraunhofer IPM permite ahora realizar pruebas de piezas individuales integradas al 100% en el proceso de producción, incluso en superficies complejas con formas tridimensionales, como las que suelen utilizarse para envases.

Su diseño compacto facilita la integración en la línea

Los investigadores aprovechan las propiedades ópticas infrarrojas de los revestimientos para el control de calidad: el enlace químico entre átomos puede excitarse de forma resonante con luz infrarroja de la longitud de onda adecuada. El grosor del revestimiento puede determinarse a partir de la intensidad de la luz reflejada. La elección de la longitud de onda depende del material de revestimiento y puede configurarse en función del material específico. El sensor compacto sólo tiene un tamaño aproximado de 20 × 40 × 80 mm3 , por lo que puede integrarse fácilmente en la línea de producción. Pueden acoplarse varios sensores en los procesos de producción y comunicarse con el control del sistema a través de Profinet y OPC-UA. Para aplicaciones más sencillas con sensores individuales se dispone de una interfaz USB y un software de evaluación.

En Plasma Electronic GmbH, socio del proyecto, se integró y probó con éxito una matriz de ocho sensores en un sistema de recubrimiento por plasma. Además de la aplicación mostrada allí en un proceso por lotes, Film-Inspect también puede utilizarse en procesos continuos. De este modo, también es posible supervisar un sistema de recubrimiento rollo a rollo.

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