Mikrometergroße Siegelnahtfehler während des Verpackungsprozesses erkennen

Im Rahmen des öffentlich geförderten Projekts OCTInline wird die optische Kohärenztomographie für die Inline-Qualitätskontrolle von Folienverpackungen eingesetzt. Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS hat die Prüftechnologie in eine Verpackungsmaschine der Kallfass Verpackungsmaschinen GmbH integriert. Ziel sind Anwendungen, bei denen die Dichtheit von Siegelnähten entscheidend ist, darunter Lebensmittel- und Medizinverpackungen.

Inline-Prüfung der Siegelnahtintegrität
Versiegelte Folienverpackungen können Poren, Lufteinschlüsse oder unvollständig verbundene Bereiche aufweisen, die die Integrität der Siegelnaht beeinträchtigen. Bei recyclingfähigen Monomaterialfolien gewinnt diese Herausforderung zusätzlich an Bedeutung, da sie anfälliger für Siegelnahtfehler sein können als mehrschichtige Verbundmaterialien.

Fraunhofer IKTS setzt zur Erkennung solcher Fehler die optische Kohärenztomographie (OCT) ein, ein bildgebendes Verfahren auf Basis von Nahinfrarotlicht. Dabei wird Licht in transparente oder semitransparente Materialien eingestrahlt. Die reflektierten Signale werden verarbeitet, um dreidimensionale Informationen über Strukturen unterhalb der Materialoberfläche zu erzeugen.

Dadurch lassen sich interne Defekte erkennen, ohne die Verpackung zu öffnen oder zu beschädigen.

Integration in Verpackungsmaschinen
Im Rahmen von OCTInline integrierten Forschende des Fraunhofer IKTS das OCT-Prüfsystem direkt in den Siegelprozess einer industriellen Verpackungsmaschine. Das System führt während des laufenden Produktionsprozesses kontinuierliche Prüfungen bei Geschwindigkeiten von bis zu 25 Metern pro Minute durch.

Das System kann Poren in der Siegelnaht bis zu einer Größe von acht Mikrometern erkennen und visualisieren. Um diese Auflösung bei Produktionsgeschwindigkeit zu erreichen, müssen Abbildungstiefe, Belichtungszeit, Datenverarbeitung und Folienbewegung aufeinander abgestimmt werden. Auch mechanische Schwingungen müssen berücksichtigt werden, da bereits geringe Bewegungen der Folie die Messgenauigkeit beeinflussen können.

Kallfass Verpackungsmaschinen stellt die industrielle Umgebung bereit, in der das Prüfverfahren unter realen Betriebsbedingungen einer Verpackungsmaschine erprobt werden kann. Seit Juli 2026 wird am Unternehmensstandort in Nürtingen ein Demonstrationssystem betrieben.

Prüfdaten unterstützen die Prozesskontrolle
Die OCT-Daten liefern Informationen, die über eine reine Gut-Schlecht-Bewertung hinausgehen. Veränderungen der Siegelnahtqualität können auf ungeeignete Kombinationen von Siegeldruck und Temperatur oder auf fortschreitenden Werkzeugverschleiß hinweisen.

Durch die kontinuierliche Überwachung lassen sich Abweichungen bereits während der Produktion erkennen, anstatt ausschließlich nachgelagerte Stichprobenprüfungen durchzuführen. Eine frühzeitige Fehlererkennung kann die Menge fehlerhaft produzierter Verpackungen vor einem korrigierenden Eingriff reduzieren und Informationen für Wartungsentscheidungen wie einen erforderlichen Werkzeugwechsel liefern.

Anwendungen über Folienverpackungen hinaus
Das Prüfprinzip lässt sich auch an andere transparente und semitransparente Materialien anpassen, bei denen interne Strukturen oder dünne Schichten zerstörungsfrei untersucht werden müssen.

Mögliche Anwendungen in der industriellen Qualitätssicherung umfassen Funktionsbeschichtungen, keramische Bauteile und die additive Fertigung. Das zugrunde liegende OCT-Verfahren eignet sich insbesondere für Anwendungen, bei denen interne Defekte im Mikrometerbereich erkannt werden müssen, ohne das Bauteil aufzutrennen oder anderweitig zu beschädigen.

Redigiert von Sucithra Mani, Induportals-Redakteurin – mit KI-Unterstützung bearbeitet.

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