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Inline Materialsensoren - für organische Materialien
In materialintensiven Produktionsprozessen können unsere Materialsensoren Unternehmen helfen,
- die Produkt- und/oder Prozessqualität zu optimieren
- Fehlbeschickungen zu vermeiden
- interne Recyclingkreisläufe zu etablieren
- den Rohstoffeinsatz und damit ihren ökologischen Fussabdruck zu reduzieren
Erfahren Sie mehr über unsere Materialsensoren, deren Anwendungsmöglichkeiten und Wirkungsweise.
Sensorik Austria – Pionier der materialsensitiven Sensorik
Mit dem Mehrwellenlängensensor tri²dent (sprich tri-ident), unserem Materialsensor der ersten Generation, ist Sensorik Austria seit mehr als 10 Jahren einer der Wegbereiter der industriellen Materialsensorik: Der Sensor eröffnete erstmals die Möglichkeit, im Produktionsprozess nicht nur die Anwesenheit eines Objektes oder seine Farbe zu erfassen, sondern auch dessen materialspezifischen Eigenschaften.
Die berührungslosen, optischen Material-Sensoren sind in der Lage, die materialspezifische Absorption infraroten Lichts durch organische Moleküle (=“Fingerprint“) auszuwerten und so – einmal auf die relevanten Substanzen eingeteacht – diese zu identifizieren und zu unterscheiden. Und dies dank des robusten faseroptischen Aufbaus auch unter rauen industriellen Umgebungen.
Faseroptische tri²dent-Sensoren sind bereits seit etlichen Jahren erfolgreich in Papiermaschinen im Einsatz, wo sie unter anspruchsvollsten Umgebungsbedingungen für eine zuverlässige Abrisserkennung durch Differenzierung von Papier und Kunststoff ermöglichen.
Nach dem Mehrwellenlängensensor tri²dent folgt mit der neuen Sensorplattform polyIdent nun der nächste Meilenstein!
Neue Sensorplattform polyIdent
Die neuen polyIdent Material-Sensoren bieten Kunden nunmehr die Möglichkeit, ganze Teilspektren im sogenannten SWIR- („short wave infra red“) Bereich auszuwerten und in weiterer Folge einen Sensor selbst auf einzelne Wellenlängen einzustellen und einzuteachen.
Damit können neue Messaufgaben nicht nur viel rascher und effizienter realisiert werden als bisher, sondern auch mit deutlich höherer Selektivität!
Damit eröffnet sich vielen Betrieben erstmals eine kosteneffiziente Alternative zu teuren Prozessspektrometern oder traditioneller, aber lückenhafter (und damit u.U. noch teurerer) off-line Kontrolle mittels Stichprobenprüfung im Labor.
Technische Daten
| polyIdent PID-R | |
|---|---|
| Messprinzip: | 1-Punkt-Messung |
| Aufbau: | voll-integriert |
| Detektor: | parametrierbare Photodiode |
| Lichtstärke: | hoch |
| Anz. Wellenlängen: | bis 30 |
| Wellenlängenauflösung: | 10nm |
| Messabstand: | bis 50 mm |
| Messbreite: | wenige cm, abh. vom Messabstand |
| Temperatur Messstelle: | bis 40 °C |
| -> Mehr erfahren |
Funktionsweise optischer Materialsensoren
Materialsensorik – die Charakterisierung organischer Materialien – ist eine noch junge Disziplin in der industriellen Sensorik. Unsere Materialsensoren ermöglichen die Erkennung und Unterscheidung von organischen Materialien aufgrund ihrer materialspezifischen Absorptionsprofile und damit eine durchgängige Materialüberwachung vor, während oder nach einem Produktionsprozess. Doch nicht nur die kontinuierliche Charakterisierung und Unterscheidung von Materialien aufgrund ihrer Fingerprints ist damit möglich, die Sensoren können auch zur Überwachung von Inhaltsstoffen oder der Bewertung des Materialauftrags bei Beschichtungsprozessen eingesetzt werden.
Doch wie funktioniert ein Materialsensor? Wir haben für Sie die Funktionsweise kurz zusammengefasst:
- Organische Materialien weisen in der Regel im Nah-Infrarot-Bereich (SWIR = „short-wave-IR“) ein charakteristisches Absorptionsprofil auf, d. h. sie absorbieren bei bestimmten Wellenlängen mehr Licht als bei anderen. Diese Wellenlängen werden als “Absorptionsbanden“ bezeichnet, das breitere Absorptionsprofil auch als „Fingerprint“ des Materials.
- Diese Eigenschaft nutzen die Material-Sensoren: die Sensoren verfügen über eine Lichtquelle aus leistungsstarken LEDs, die Licht im SWIR-Bereich emittieren. Das abgestrahlte Licht wird nach dem Auftreffen an der Materialoberfläche in unterschiedlichem Ausmaß reflektiert: in signifikanten Wellenlängen wird stärker als in anderen absorbiert und damit weniger reflektiert.
Das um die materialspezifische Absorption vermindert reflektierte Licht wird vom Detektor des Sensors empfangen und ausgewertet. Die Sensoren werten dabei nur reflektiertes Eigenlicht aus, werden also z.B. von wechselndem Tageslicht nicht beeinflusst!
Das Ergebnis einer solchen Messung auf eine (organische!) Substanz stellt den spezifischen „Fingerprint“ dieser Substanz dar, auf Basis dessen diese Substanz wiedererkannt und von anderen Materialien unterschieden werden kann. - Die solcherart aufgenommenen Fingerprints können dann für Ihre Messaufgabe genutzt werden, sei es für qualitative Messungen (Materialdifferenzierung) oder quantitative Messungen (wie Konzentrationsmessung, Schichtdickenmessung).
Nähere Details zu unseren Sensoren und wie diese Sie bei der konkreten Umsetzung Ihrer Anwendung unterstützen können finden Sie hier.
Materialsensorik - Neue Möglichkeiten der Messtechnik
Die Anwendungen für einen Materialsensor gliedern sich in 3 große Einsatzgebiete:
- Material-Identifizierung/Unterscheidung
Durch kontinuierliche Identifikation und Unterscheidung von (organischen) Materialien kann z.B. in der Materialzuführung sichergestellt werden, dass auch tatsächlich und nur die benötigten Materialien in einem Prozessschritt zugeführt werden.
Andererseits ist es zur Unterstützung der innerbetrieblichen Kreislaufwirtschaft von eminenter Bedeutung, Produktionsreststoffe zu charakterisieren, um eine sichere Rückführung in den Prozess zu gewährleisten.
- Beschichtungsüberwachung
Traditionell wird in vielen Betrieben die Qualität einer Beschichtung (Zusammensetzung, Schichtstärke,…) durch regelmäßige Stichprobennahme und deren Analyse im Labor überprüft. Dies hat jedoch den Nachteil, dass diese Qualitätsinformationen erst mit deutlicher Verspätung vorliegen, womit im Falle von Abweichungen teurer und unnötiger Ausschuss produziert u.U. sogar an den Kunden ausgeliefert wird. Mit kontinuierlicher Beschichtungsüberwachung können Abweichungen sofort festgestellt und unmittelbar Korrekturmaßnahmen gesetzt werden um Ausschuss zu vermeiden.
Aber nicht nur das: bei ausreichender Abbildung im spektralen Verhalten kann mit einem Materialsensor gegebenenfalls auch der Aushärtegrad einer Beschichtung überwacht und optimiert werden.
- Überwachung der Materialzusammensetzung / Konzentrationsmessung
Je höher die Qualitätsanforderungen an ein Produkt zw. einen Prozess, desto weniger kann einfach unhinterfragt angenommen werden, dass eine einmal eingestellte Rezeptur im Zeitablauf unverändert eingehalten wird. Mit unseren NIR-Materialsensoren kann die laufende Einhaltung von Zusammensetzungen/Rezepturen organischer Materialien überwacht, sichergestellt und in weiterer Folge auch dokumentiert werden. Voraussetzung dafür sind ausreichende Transparenz und NIR-Signifikanz der Materialien sowie bei Flüssigkeiten ein geeigneter Messaufbau (z.B. Bypass, Sonde).
So können Sie Ihr Projekt mit unseren polyIdent-Materialsensoren umsetzen
Je nach geplanter Aufgabenstellung haben Sie folgende Möglichkeiten:
- Bei einfachen Differenzierungsaufgaben mit klar unterscheidbaren Absorptionsbanden können vom Kunden die zur Unterscheidung nutzbaren Wellenlängen selbst ermittelt und am Sensor ausgewählt werden, ehe die Materialien mittels Knopfdruck eingeteacht werden.
Im operativen Messbetrieb vergleicht der Sensor die aktuellen Messdaten mit den geteachten Profilen und kann so auf das jeweilige Material rückschließen.
Das Ergebnis gibt der Sensor über Analogsignal oder über MQTT-Schnittstelle aus. - Für komplexe Differenzierungsaufgaben ist ein leistungsfähiges KI-Werkzeug namens „AIMaC“ (Artificial Intelligence based Material Characterisation) verfügbar, mit dem der Sensor auf die zu unterscheidenden Materialien eingelernt werden kann.
Im operativen Messbetrieb übernimmt AIMaC dann auch die Auswertung der Sensordaten, d.h. die KI vergleicht die Messdaten mit den gespeicherten Profilen und schließt daraus, um welches Material es sich handelt.
Das Ergebnis wird am User-Dashboard angezeigt und kann über MQTT (eingeschränkt auch über Analogausgang) an die Steuerung übergeben werden. - Für quantitative Messaufgaben wie Konzentrationsmessung oder Schichtdickenmessung o.ä. sind in einem Vorprojekt durch uns die nutzbaren Wellenlängen zu identifizieren, und in weiterer Folge ein Auswerte- (oder chemometrisches) Modell auf Basis geeigneter Wellenlängen zu erarbeiten.
Dieses wird am Sensor abgespeichert und errechnet auf Basis der aktuellen Absorptionsmesswerte dann den jeweiligen Zielwert (%, mm,…).
Das Ergebnis kann über Analogsignal oder über MQTT-Schnittstelle ausgegeben werden.
Sensorik Austria GmbH – Ihr Profi für Sensorlösungen
Entdecken Sie aber auch unsere anderen Sensoren: Vom Hochleistungs-Fotosensor über Farbsensoren bis hin zu Geschwindigkeitssensoren bieten wir Ihnen Spezialisten für anspruchsvolle Projekte der industriellen Prozessüberwachung. Sie haben Fragen oder wünschen sich eine kompetente Beratung? Melden Sie sich bei uns, wir helfen Ihnen gerne!