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Partikel im Streiflicht

12.12.2003 - (idw) Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Partikuläre Verunreinigungen bereiten einer ganzen Reihe von Branchen Probleme. Der handliche "ParticleGuard" - von Ralf Grimme und Markus Rochowicz unter dem Arbeitstitel "Surface Contamination Counter - SCC" entwickelt - ermittelt schnell, exakt und kostengünstig die Sauberkeit bzw. Partikelbelegung einer technischen Oberfläche im Reinraum und außerhalb. Das tragbare Messsystem läßt sich problemlos in fast jeder Fertigungsumgebung einsetzen und schließt eine seit langem vorhandene Lücke innerhalb der Partikelmesstechnik.


Messkopf und Auswerteeinheit des "Surface Contamination Counter" (oben) im Einsatz
Markus Rochowicz und Ralf Grimme (rechts) wurden für die Entwicklung des "ParticleGuard" mit dem IPA-Innovationspreis 2003 ausgezeichnet © Fraunhofer IPA/Anne Mildner Fliegende Pollen in der lauen Frühlingsluft machen Allergikern das Leben zur Hölle. Verirren sich Pollen in sensible Abschnitte der industriellen Produktion, kommt zum Heuschnupfen oft noch der wirtschaftliche Schaden. Pollen und andere partikuläre Verunreinigungen auf technischen Oberflächen können nicht nur Qualtität und Funktionstüchtigkeit eines Produkts erheblich einschränken. Sie können es im schlimmsten Fall auch ganz unbrauchbar machen. Partikuläre Verunreinigungen bereiten in einer ganzen Reihe von Branchen Probleme: Von der Halbleiter- über die Medizintechnik- bis hin zur Automobilindustrie. "Genaue Zahlen liegen uns zwar nicht vor, aber weltweit und über alle Branchen betrachtet bewegt sich der Schaden sicher in astronomischen Größenordnungen", ist sich Ralf Grimme vom Fraunhofer IPA sicher. Der Experte für Reinst- und Mikroproduktion entwickelt seit 14 Jahren Reinraumlösungen für die unterschiedlichsten Unternehmen.

Die Größe "Sauberkeit" messtechnisch zu erfassen und dokumentierbar zu machen ist mit steigenden Ansprüchen an die Qualität und dem Vormarsch immer kleinerer Bauteile zu einer Notwendigkeit geworden. "Dabei muss die Sauberkeit nicht nur auf den eigentlich betroffenen Materialien, Halbzeugen und Produkten ermittelt werden, wie dies bei anderen Qualitätsmerkmalen - z. B. Maßhaltigkeit - der Fall ist. Es muss die komplette Produkt- und Fertigungsumgebung mit einbezogen werden", stellt Grimme fest. Die dazu in der Vergangenheit benutzten Messverfahren zeigten meist eine oder mehrere Schwachstellen: Sie waren teuer und stark produktbezogen, personalintensiv, an ein Labor gebunden, von mangelnder Aussagekraft und lieferten nur selten reproduzierbare Ergebnisse. Vor diesem Hintergrund entstand am Fraunhofer IPA die Idee, ein transportables, hochflexibles und einfach zu bedienendes Analysesystem zur Reinheitsüberwachung zu entwickeln. Das Ergebnis ist der "ParticleGuard" - ein weltweit einzigartiges Messsystem zur direkten Erfassung partikelartiger Verschmutzungen auf technischen Oberflächen. Er ermittelt schnell, exakt und kostengünstig die Sauberkeit bzw. die Partikelbelegung einer Oberfläche. Als "Surface Contamination Counter - SCC" wurde er bereits mit großem Erfolg dem Fachpublikum vorgestellt.

"Mit dem "ParticleGuard" ist es möglich, Reinheitsanalysen auf Laborniveau in Echtzeit direkt im industriellen Umfeld durchzuführen und daraus die erforderlichen Maßnahmen abzuleiten", erklärt Grimme. Ist erst geklärt, wo und wann Verschmutzungen auftreten, lässt sich oft mit geringem Aufwand Abhilfe schaffen. "Die Palette möglicher Aktionen reicht von Personalschulungen über den Wechsel des Verpackungsmaterials bis hin zum Zwischenschalten kurzer Regelkreise zur Prozesssteuerung einer Reinigungsanlage", zählt Grimmes Teamkollege Markus Rochowicz auf. "Selbst einfache Maßnahmen können direkt oder mittelbar Produktqualität und Produktsicherheit steigern und Kosten senken oder ganz vermeiden helfen", versichert er.

Das patentierte Messsystem von Grimme und Rochowicz besteht aus einem Messkopf und einer Auswerteeinheit, welche die vom Messkopf erhaltene Daten verarbeitet, darstellt und für Dokumentationszwecke speichert. Der Messkopf enthält ein miniaturisiertes Mikroskop mit integrierter CCD-Kamera sowie eine Beleuchtungseinheit. Letztere ist so angeordnet, dass sie durch Streiflicht einen möglichst großen Kontrast zwischen Partikel und Oberfläche erzeugt: der größte Teil des Lichts wird entsprechend des Einfallwinkels seitlich von der Oberfläche reflektiert und gelangt nicht in die Kamera. Die Oberfläche erscheint dadurch dunkel. Licht, das auf einen Partikel auf der Oberfläche trifft, wird dagegen in alle Richtungen reflektiert - auch in Richtung Kamera. So leuchten selbst Partikel auf, die aus demselben Material wie die Oberfläche bestehen oder dieselbe Farbe besitzen. Nach der Aufnahme wertet das System das Bild mit Hilfe automatisierter Bildverarbeitungsmethoden aus. Es erfasst und vermisst die hellen Bereiche im Bild, die Partikel anzeigen. Der gesamte Bildaufnahme- und Auswertevorgang ist innerhalb von 30 ms abgeschlossen und das Ergebnis - die Partikelgrößenverteilung der Testfläche - erscheint auf dem Monitor.

Direkt und schnell detektiert "ParticleGuard" Verschmutzungen auf allen glatten Oberflächen in reinen Fertigungen. Das Messverfahren und das Messgerät wurden vollständig am Fraunhofer IPA entwickelt und bis zur Serientauglichkeit optimiert. Produktion und Vermarktung des patentierten Messverfahrens übernahm in Lizenz die acp - advanced clean production GmbH, Stuttgart, (www.acp-micron.com). Darüber hinaus ist das System auch international über Lighthouse, Milipitas, Kalifornien, (www.golighthouse.com) erhältlich.


Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dipl.-Ing. (FH) Ralf Grimme
Telefon: +49(0)711/970-1180, E-Mail: ralf.grimme@ipa.fraunhofer.de
Dipl.-Phys. Markus Rochowicz
Telefon: +49(0)711/970-1175, E-Mail: markus.rochowicz@ipa.fraunhofer.de
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