08.09.2014

Dr.-Ing. Albrecht Brandenburg, Fraunhofer IPM: Oberflächlich sauber

Dr.-Ing. Albrecht Brandenburg, Fraunhofer IPM

Das Fraunhofer IPM ist darauf spezialisiert, Systeme für hochempfindliche Fluoreszenzdetektion zu entwickeln, mit denen makro- bis mikroskopische Objekte erkannt und analysiert werden. Dr.-Ing. Albrecht Brandenburg ist Gruppenleiter „Optische Oberflächenanalytik“.

1. Ein neuartiges, bildgebendes Fluoreszenz-Detektionssystem erkennt störende Verunreinigungen auf quadratmetergroßen Oberflächen. Können Sie uns kurz erklären, wie Fluoreszenzdetektion funktioniert?

Dr.-Ing. Albrecht Brandenburg: Bei der Fluoreszenz werden Elektronen durch Lichtabsorption von ihrem energetischen Grundzustand aus in einen energiereicheren Zustand angehoben. Diese angeregten Zustände sind nicht stabil und das Elektron fällt daher über Zwischenstufen wieder auf seinen energetischen Grundzustand zurück. Die hierbei frei werdende Energie kann entweder durch strahlungslose Deaktivierung in Form von Wärme abgegeben werden oder durch Photonenemission als Fluoreszenzlicht.

Die Wahrscheinlichkeit, dass bei Abgabe der Energie Photonen emittiert werden, heißt Quanteneffizienz. Da stets ein Teil der Energie strahlungslos abgegeben wird, ist die Energie des emittierten Lichts geringer als die ursprünglich absorbierte Energie. Somit ist die Wellenlänge des emittierten Lichts größer als die Wellenlänge des absorbierten Lichts.

2. Was ist das besondere an Ihrem neuen Verfahren?

Dr.-Ing. Albrecht Brandenburg: Herkömmliche Methoden zur Reinheitsprüfung benötigen in der Regel eine vorhergehende Probenahme. Neu an unserem Verfahren ist, dass wir die Möglichkeit zur Reinheitsprüfung ohne vorherige Probenahme als Inline-Kontrolle entwickelt haben. Das heißt, wir können mit der bildgebenden Fluoreszenzanalyse Sauberkeitskontrollen direkt in der Maschine mit sofortiger Auswertung durchführen.

3. Wie „groß“ müssen die kleinsten Verunreinigungen sein, um sie noch feststellen zu können?

Dr.-Ing. Albrecht Brandenburg: Mit unserem Fluoreszenz-Verfahren lassen sich selbst geringe Mengen an unerwünschten Rückständen erkennen. Das System detektiert bereits wenige Mikrogramm pro Quadratzentimeter Oberfläche mit einer Kamera. Partikel mit Größen im Mikrometer-Bereich wurden mit diesem Verfahren eindeutig erkannt.

4. Haben scannende Verfahren grundsätzliche Vorteile gegenüber der parallelen Detektion mithilfe von LEDs und einer CCD-Kamera?

Dr.-Ing. Albrecht Brandenburg: Durch den Einsatz des Laserscanners können wir störende Verunreinigungen auf Oberflächen im Quadratmeterbereich erkennen. Bisher konnten in der bildgebenden Fluoreszenz-Detektion nur kleine Flächen erfasst werden. Die Größenbeschränkung ergab sich aus der Beleuchtung mit LEDs und der parallelen Detektion der gesamten Oberfläche mit Hilfe einer CCD-Kamera.

Zur Untersuchung größerer Flächen haben wir nun erstmals ein scannendes System aufgebaut: Der Strahl eines UV-Lasers wird mithilfe von Spiegeln über einen Scanbereich von +/– 20 ° abgelenkt. Bei einem Abstand zur zu untersuchenden Fläche von 60 cm können wir Bauteile auf einer Fläche von 50 cm × 50 cm untersuchen. Die auf der Oberfläche angeregte Fluoreszenz wird dann detektiert.

Eine Software setzt die gewonnenen Daten der einzelnen Messpunkte zu einem Bild der Oberfläche zusammen. Dieses Bild wird so weiterverarbeitet, dass z. B. Bereiche hoher Intensität, also mit starker Verunreinigung, automatisch erkannt und ausgewertet werden können.

5. Wie sieht es mit der Geschwindigkeit der beiden Verfahren aus? Gerade in der Produktion ein wichtiger Punkt?

Dr.-Ing. Albrecht Brandenburg: Wir messen Verunreinigungen oder Defekte innerhalb von Millisekunden berührungslos auf Flächen von einigen Quadratzentimetern. Deshalb können wir direkt in der Produktionslinie messen.

6. In welchen Anwendungen wird man die Reinheitsprüfung mit Laserscannern in Zukunft sehen?

Dr.-Ing. Albrecht Brandenburg: Die Reinheitsprüfung von metallischen Oberflächen ist ein wesentliches Einsatzgebiet, für das starke Nachfrage zu beobachten ist. Andere funktionale Oberflächen und photolithographische Belichtungssysteme stellen ein anderes Einsatzfeld dar. Es kann bei der Fertigung von Komponenten im Maschinenbau, in der Automobilindustrie oder in der Medizintechnik eingesetzt werden. Also überall dort, wo die Reinheit der Oberfläche eines Bauteils besonders wichtig ist. Produktionsabläufe können mit der Fluoreszenzmesstechnik zuverlässig geprüft, dokumentiert und damit auch dauerhaft optimiert werden.

Danke für das Interview.

Mehr Informationen:
www.ipm.fraunhofer.de

 
 
 
 
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