Schweißnähte im Blick

Der Aufwand, der in die perfekte Verpackung gesteckt wird, ist oft beträchtlich. Unter anderem können Design, Material, Vorlieferanten und Qualitätsprüfung immense Kosten verursachen. Für letztere können auch Technologien aus dem Feld der zerstörungsfreien Prüfung eine wesentliche Rolle spielen – und helfen, Kosten zu sparen.

So setzt zum Beispiel das Linzer Forschungsunternehmen Recendt (Research Center for Non-Destructive Testing), das auf die Entwicklung zerstörungsfreier Prüfmethoden spezialisiert ist, seine Expertise unter anderem im Sektor der Verpackungen ein. Verschiedene Technologien können dabei unterschiedlichen Nutzen stiften. Beispielsweise können Kunststoffe beziehungsweise Klebe- oder Schweißverbindungen inline im Prozess oder am fertigen Produkt überprüft werden. Ebenso wird die Analyse von Siegelnähten bei Aluminiumverpackungen angeboten. Mittels kamerabasierter Systeme ist eine Kontrolle fertig verpackter Güter möglich – mit anderen Technologien kann auch der Inhalt von abgepackten und verschlossenen Produkten überprüft werden.

Die optische Kohärenztomographie ist eine Abbildungsmethode, die es ermöglicht, zerstörungsfrei und berührungslos in Echtzeit Informationen über Materialstrukturen zu erhalten. Dabei können eindimensionale (1D – Messpunkte), zweidimensionale (zerstörungsfreie 2D-Querschnitte) oder dreidimensionale Abbildungen (3D-Volumina) der inneren Strukturen aufgenommen werden.

OCT verfügt über eine Tiefenauflösung von bis zu 1 µm und kann verwendet werden, um qualitative oder quantitative Aussagen über eine Probe zu treffen. Mittels ausgereifter Algorithmen ist es einerseits möglich, Strukturen und Grenzflächen automatisch zu erkennen und andererseits ebenso automatisch quantitative Messwerte aus den Bildern oder den Rohdaten zu extrahieren.

In der Verpackungsindustrie kann OCT beispielsweise für die Überprüfung mehrschichtiger Kunststofffolien eingesetzt werden. Mithilfe dieser Technologie wird die innere Struktur der Folien sichtbar, wodurch Fehlstellen, Einschlüsse oder mangelhafte Schweißnähte erkennbar sind. Vor allem bei Fleisch- und Wurstwaren sowie Käse spielt eine einwandfreie und luftdichte Verpackung eine tragende Rolle, um die Produkte vor Verderb zu schützen.

Die zwischen Mikrowellen- und Infrarotstrahlung liegenden Terahertzwellen weisen eine hohe Eindringtiefe von bis zu mehreren Zentimetern in vielen Kunststoffen und nichtleitenden Materialien auf. Die Auflösung ist bei THz-Bildgebung zwar geringer als etwa beim Einsatz von Röntgenstrahlen mit viel kürzerer Wellenlänge, dafür aber ist die Technologie für Menschen völlig ungefährlich. Mittels gepulster THz-Strahlung und phasensensitiver Detektion ist eine tiefenaufgelöste Untersuchung von Oberflächen und Grenzflächen einfach möglich.

Durch Abtasten der Probe mit einem Terahertzstrahl werden dreidimensionale Bilder auch aus dem Inneren des Messobjekts erzeugt. Mittels Bildanalyse können dann Fehlstellen, Einschlüsse etc. detektiert werden. Dieses Verfahren wird etwa für die selektive Untersuchung von Defekten in Klebeschichten von Kunststoffen eingesetzt. Eine weitere Anwendung ist die Überprüfung von Materialien im Inneren von nicht transparenten Verpackungen (zum Beispiel Kartonagen).

Schwingungsspektroskopische Messverfahren wie die IR-Spektroskopie beruhen auf der Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung (zum Beispiel Licht) mit Materie und erlauben somit eine chemische Charakterisierung von qualitätskritischen Parametern. Eine Vielzahl von chemischen Messungen kann gleichzeitig, ohne Probenvorbereitung – also inline im Prozess und in Echtzeit – durchgeführt werden, was einen deutlichen Zeit- und Kostenvorteil gegenüber konventioneller Laboranalytik darstellt.

Bei diesen Verfahren werden pro Messpunkt „Spektren“ aufgenommen, die charakteristische Informationen über die chemische Zusammensetzung der Proben enthalten. Daraus können beispielsweise die Konzentrationen verschiedener Bestandteile in Prozessflüssigkeiten ermittelt, Oberflächen berührungslos überwacht oder Reaktionsfortschritte verfolgt werden.

Neben der bloßen chemischen Zusammensetzung erlauben spezielle, polarisationsmodulierte IR-Messmethoden auch einen Einblick in mechanische Verspannungen etwa von Kunststofffolien. Die Raman-Spektroskopie wiederum bietet beispielsweise die Möglichkeit, von außen in verschlossene Kunststoff- oder Glasgefäße hineinzumessen und die chemischen Eigenschaften des Produktes im Inneren zu detektieren.

Speziell für die fertigungsbegleitende Kontrolle der Versiegelung von Aluminiumverpackungen steht den Experten von Recendt mit einem für die Siegelnahtprüfung optimierten Laser-Ultraschall-System ein mächtiges Werkzeug zur Verfügung. Beim Laser-Ultraschall-Verfahren wird durch einen sehr fein fokussierten ultrakurzen Laserpuls eine hochfrequente Ultraschallwelle im zu prüfenden Material erzeugt. Durch Auswertung des Ultraschallsignals ist danach eine Prüfung von mehrschichtigen Strukturen und eine Erkennung von inneren Fehlstellen im Mikrometerbereich möglich. ■