imanto® - imaging tools

imanto® - imaging tools

imanto® - image analysis tools
© Fraunhofer IWS Dresden

imanto® - image analysis tools

imanto® - TOOLS, SOFTWARE & APPLICATIONS,  Non-destructive screening, 100 % inspection and characterization
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imanto® - TOOLS, SOFTWARE & APPLICATIONS, Non-destructive screening, 100 % inspection and characterization

imanto® bietet eine ideale Plattform anwendungs- und kundenorientierte Lösungen für das Hyperspectral Imaging und die optische Bildgebung zu entwickeln. Neben der Etablierung von Systemen zur Prozesskontrolle können ebenso Arbeitsplatzlösungen und spezialisierte Entwicklungen angeboten werden.

Die imanto®-Plattform umfasst das vollständige Angebot von Hardware-Lösungen, der flexiblen Softwareplattform imanto®pro und Entwicklungslösungen für spezifische Auswertung und Verarbeitung der Daten entsprechend Ihren Fragestellungen. Die Systeme sind nach Bedarf ebenfalls inline-fähig bzw. für den Echtzeit-Einsatz ausgelegt.
 

Highlights der imanto®-Plattform

  • Labor-/Tischgerät imanto® obsidian
  • kundenspezifische Messaufbauten und Großgeräte sowie at-line, on-line und in-line Prozessadaptionen
  • flexible Beleuchtungslösungen imanto® lighting
  • Hyperspektrales Mikroskop-Imaging imanto® microscopy für höchste Ortsauflösung und der Option für den nahen Infrarotbereich
  • Softwarelösung  imanto® pro für Echtzeit-Berechnungen und -auswertungen, hoch optimiert für schnellste Berechnungen

Software imanto® viewer

Zur Ansicht von hyperspektralen Daten (z. B. im ENVI Format) können Sie unseren freien imanto® viewer verwenden.

Leistungsangebot

Gezielte Anpassungen der Hardware und Software ermöglichen die einfache Adaption der HSI-Systeme an Ihre gewünschten Zielparameter und. Die Bildgebung des Hyperspectral Imaging ermöglicht Ihnen dabei praktisch eine 100 % - Kontrolle Ihres Produktes oder Prozesses, ein Vorteil der weitergeben werden kann. Neben der technischen Adaption übernehmen wir auch gerne die Anwendungsentwicklung für Ihren Prozess oder Messplatz!

Mikroskopische Leitfähigkeitsuntersuchung an der Kante einer leitfähigen Beschichtung
© Fraunhofer IWS Dresden

Mikroskopische Leitfähigkeitsuntersuchung an der Kante einer leitfähigen Beschichtung

Alles aus einer Hand - wir entwickeln nach Ihren Anforderungen

  • Adaption der HSI-Systeme an Ihren Prozess
  • Evaluation, Bewertung noch ungelöster Fragestellungen
  • Etablierung der HSI-Technologie in neuen Anwendungsgebieten
  • Durchführung von Machbarkeitsstudien und Vorlaufprojekten
  • Nutzung der Ausstattung und Erfahrung des Instituts
  • abgestimmter, begrenzter Umfang
  • Umsetzung von 100-Prozent-Analysen in der Qulitätssicherung: online, inline und at-line
  • Erstellung Datenexploration und multivariate Datenauswertung bei bereits vorhandener Technologie

Gerne unterstützen wir Sie auch bei der Lösung wissenschaftlicher Fragestellungen. Lassen Sie sich unverbindlich von uns beraten!

Hyperspektrale Bildgebung - Arbeitsweise

Hyperspektrale Bildgebung arbeitet wie eine Zeilenkamera, jedoch wird jeder Ortspunbkt nochmal in seine spektralen Bestandteile aufgespalten. Das resultierende zweidimensionale Bild wird dann über einen Array-Dtektor (Si-, InGaAs-, oder MCT-Chip) aufgenommen. Um eine vollständiges Bild der Probe aufzunehmen, muss entweder die Probe oder das HSI-System bewegt werden. Die aufgenommenen Daten werden anschließend in einer dreidimensionalen Datenstruktur (‚Hypercube‘) gespeichert.

Schema der Hyperspektralen Bildgebung und Datenaufnahme
© Fraunhofer IWS Dresden

Schema der Hyperspektralen Bildgebung und Datenaufnahme

Verschiedene optische Konfigurationsmöglichkeiten bei HSI-Systemen
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Verschiedene optische Konfigurationsmöglichkeiten bei HSI-Systemen

Edelstahlsubstrat mit Aluminiumoxid-Schicht; links: Spot-Beleuchtung,  Reflektionen des Primärstrahls und der Substratstruktur sind hauptsächlich sichtbar; rechts: diffuse Beleuchtung die Al2O3-Schicht wird sichtbar und kann daraufhin ausgewertet werden
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Edelstahlsubstrat mit Aluminiumoxid-Schicht; links: Spot-Beleuchtung, Reflektionen des Primärstrahls und der Substratstruktur sind hauptsächlich sichtbar; rechts: diffuse Beleuchtung die Al2O3-Schicht wird sichtbar und kann daraufhin ausgewertet werden

Die Arbeitsbreite eines HSI-Systems wird hauptsächlich durch den Fokuspunkt der verwendeten Optik und den Arbeitsabstand bestimmt. Auf diese Weise kann ein Gesichtsfeld (engl. field ov view, FOV) von wenigen Millimetern (Mikroskop) bis zu mehreren Metern oder Kilometern realisiert werden.

Das Gesichtsfeld (FOV) bestimmt gemeinsam mit der Pixelanzahl ddes Detektors die spektrale und räumliche Auflösung von HSI-Systemen. Ferner wird die zweite Koordinate der Ortsauflösung durch die Aufnahmegeschwindigkeit des Detektors und die Geschwindigkeit der Probe bestimmt. Das bedeutet, dass hyperspektrale Daten – in Abhängigkeit der Aufnahmeparameter – durchaus unterschiedliche Ortsauflösungen in der Ebene haben können.

Ein entscheidender Punkt für erfolgreiche hyperspektrale Messungen ist die Wahl der richtigen Beleuchtung. Durch die spektrale Datenaufnahme werden dabei in der Regel breitbandige Quellen (z. B. Halogen) genutzt, diese sollten die Aufnahmezeile homogen beleuchten. Nur so können zuverlässige Daten aufgenommen und der Aufwand zur Datenauswertung reduziert werden.

Je nach Probenmorphologie und -struktur, wird eine Spot-, Linien-, oder diffuse Beluchtung gewählt. Spezialfälle sind Transmissions-Messungen oder die Aufnahme gerichteter Reflektion – diese werden meistens mit einer Mikroskop-Optik realisiert.

 

Hyperspektrale Bildgebung

  • zerstörungs- und kontkatfreie, ortsaufgelöste und spektrale Messungen
  • mehr als 100 spektrale Bänder/Punkte
  • Bildraten bis zu 1000 Bilder/s
  • verschiedene Wellenlängenbereiche mit unterschiedlichen Informationen und Aussagen: UV, VIS, NIR, RAMAN
  • unterschiedlichste Anwendungsfälle durch (fast) unendliche technische Kombinationsmöglichkeiten
  • zusätzliche Informationen durch Einbeziehung von Bildinterpretationen in die spektrale Auswertung

imanto® obsidian - Starterkits und Komponenten

Hyperspektrale Messungen bieten vielfältige Ansatzpunkte für bildgebende Untersuchungen sowie in der Oberflächen- und Schichtanalytik. Erfolgreiche Messungen benötigen fundierte Kenntnisse in Vorbereitung der Messaufgabe. Ist diese einmal etabliert, spielt die hyperspekrale Bildgebung alle Vorteile hinsichtlich Geschwindigkeit, 100 % Kontrolle usw. aus. Die imanto® Plattform bietet eine anwendungsorientierte Basis mit Lösungen für die Hard- und Software.

imanto® obsidian Labor-/Tischgerät
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imanto® obsidian Labor-/Tischgerät

Robustes 3-Achsen HSI-System / Großgerät
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Robustes 3-Achsen HSI-System / Großgerät

Labor-HSI-System

Unsere Labor-/Tischgeräte sind einfach zu bedienen und können bei Bedarf ebenso einfach erweitert werden. Standardmäßig ist ein x-Tisch als Messplattform verbaut. Gemeinsam mit der richtigen Beleuchtung aus dem imanto® lighting Baukasten und der Software imanto® pro erhalten Anwender ein vollständiges Paket um erfolgreiche HSI-Messungen durchzuführen und erste Schritte in der Welt der hyperspektralen Bildgebung durchzuführen.

Kundenspezifische Messaufbauten und Prozessadaptionen

Kundenspezifische Messaufbauten und Großgeräte sowie at-line, on-line und in-line Prozessadaptionen werden nach den Anforderungen der Kunden entworfen und gebaut. Das modulare System der imanto® Plattform bietet alle Möglichkeiten ein HSI-System entsprechend der eigenen Wünsche zu konfigurieren. Für die Prozessintegration bieten wir alle Schritte an:

  • Bewertung der Aufgabenstellung und Machbarkeitsstudie
  • Adaption und Integration des HSI-Systems und der Software
  • Datenauswertung und Erstellung der mathematischen Modelle zur Datenanalyse
  • Prozessintegration

Eine HSI-basierte Erkennung kann dabei in bestehende Prozesslinien integriert werden, ebenso ist auch die Einbeziehung bereits in die Planung neuer Prozesslinien möglich.

 

imanto® obsidian

  • konfigurierbar mit den Komponenten imanto® lighting und imanto® pro
  • Labor-/Tischgerät
  • haltbare Konstruktionskomponenten
  • flexible Probentische, bis zu 30 cm Verfahrweg
  • motorisierte z-Ache (Höhenverstellung)
  • Kundenspezifische Messaufbauten und Großgeräte sowie at-line, on-line und in-line Prozessadaptionen
  • 3-Achsen-Motorisierung, Beweguing des HSI-Systems
  • Maschinensteuerung mit Schaltschrank
  • Prozessintegration (z. B. Förderband-Integration)
  • Zubehör
  • kundenspezifische Messtische (z. B. mit Vakuumoption) und Aufnahmen für das HSI-System

Hyperspektrales Mikroskop-Imaging

Da die Ortsauflösung normaler C-Mount-Objektive begrenzt ist, bietet das Fraunhofer IWS auch eine Lösung zur Kombination der hyperspektralen Bildgebung mit einer Mikroskopoptik für den VIS und NIR Spektralbereich. Durch die flexible Anpassung des Mikroskops mit Filtern, Polarisatoren und verschiedenen Objektiven/Vergrößerungen kann ein sehr vielfältiges Setup bereitgestellt werden. Das Okular kann dabei im Wechsel mit dem HSI-System genutzt werden – ohne den Tausch von Bauteilen.

imanto® microscopy System
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imanto® microscopy System

imanto® microscopy

  • VIS- und NIR-Bildgebung in einem System
  • Ortsauflösung < 200 nm VIS; < 2 µm NIR
  • Messungen mit gerichteter Reflektion oder Transmission möglich
  • motorisierter 3-Achs-Verfahrtisch
  • 4-fach Objektivrevolver mit Standard-Objektiven
  • optional: Integration von Filtern, Polarisatoren

imanto® lighting

Für viele HSI-Anwendungen in der Bildgebung und Spektroskopie ist eine breitbandige Beleuchtung notwendig, um die vollständige Probeninformation zu erhalten. Halogenquellen decken idealerweise den vollständigen spektralen Bereichvom sichtbaren bis zum nahinfraroten Bereich ab.

imanto® lighting (80 cm Arbeitsbreite), für die hyperspektrlae Digitalisierung alter Schriften
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imanto® lighting (80 cm Arbeitsbreite), für die hyperspektrlae Digitalisierung alter Schriften

imanto® lighting (24 cm Arbeitsbreite), integriert in einen imanto® obsidian Aufbau
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imanto® lighting (24 cm Arbeitsbreite), integriert in einen imanto® obsidian Aufbau

Ausschnitt eines imanto® lighting Systems
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Ausschnitt eines imanto® lighting Systems

Flexible Beleuchtungslösung

Neben der standardmäßig verfügbaren Linien- und Spotbeleuchtung (ebenso erhältlich für imanto® obsidian), benötigen viele Aufgaben eine homogene, diffuse Beleuchtung. Das imanto® lighting bietet eine diffuse Beleuchtung über die ganze Aufnahmezeile, analog einer Ulbricht’schen Kugel in der Einzelpunktspektroskopie. Durch eine variable Größe können dabei praktisch alle Arbeitsbreiten für Messstandanwendungen abgedeckt werden. Hochwertige Komponenten sorgen dabei auch für eine hervorragende Langzeitstabilität.

Alle Beleuchtungslösungen können sofort eingesetzt werden und werden mit speziellen, ebenso mitgelieferten stabilisierten Spannungsquellen betrieben. Neben variablen Spannungsquellen für den Laborbetrieb können auch Spannungsquellen mit fester Versorgungsspannung für Prozessapplikationen geliefert werden.

In Abhängigkeit der Größe sind die Sphären entweder vollständig aus optischem PTFE oder aus PTFE-beschichtetem Edelstahl gefertigt. Ein hoher Reflexionsgrad von >98 % über den gesamten Spektralbereich (UV, VIS, NIR) ermöglicht es, mit einem imanto® lighting System zuverlässige Messungen durchzuführen. Die Arbeitsbreite von aktuell bis zu 80 cm zeigt dabei eine Homogenität der Beleuchtung von >95 %.
 

Messung reflektierender Substrate

Hyperspektrale Messungen hoch reflektiver Substrate wie z. B. (beschichtete) Metalle, Gläser und polierte Oberflächen  benötigen eine sehr homogene Beleuchtung für gute und auswertbare Daten. Andernfalls wird die Reflexion vom Substrat die spektrale Informationen durch Überbelichtung auf dem Detektor (flooding) überlagern.
 

imanto® lighting

  • Spektralbereich 250 – 2500 nm
  • Material: optisches PTFE, ≥ 98 % Reflektion
  • Homogenität > 95 %
  • Arbeitsbreite bis zu 80 cm
  • Austrittsspalt variabel, 1 – 5 cm
  • Leistung Spannungsquellen 40 – 300 W
  • Anzahl Leuchtmittel: 2 – 6 pro Spannungsquelle

imanto® pro

Um das Potential der hyperspektralen Bildgebung leicht und effizient zugänglich zu machen, hat das Fraunhofer IWS ein eigenes Softwarepaket zum Aufnahmen, Auswerten und Analysieren von hyperspektrlaen Daten – sowohl für die wissenschaftliche Nutzung als auch für industrielle Anwendungen – entwickelt. Sämtliche Konfigurationen und Gerätesetups werden untstützt, z. B. Emission, Transmission und diffuse sowie gerichtete Reflektion. In Kombination mit weiteren Messmodi wie zeitaufgelösten Messungen (‚staring imager‘) und schrittweisen Messungen wird eine flexible Softwareumgebung für alle möglichen HSI-Messungen angeboten.

imanto® pro Benutzeroberfläche
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imanto® pro Benutzeroberfläche

Grafische Benutzeroberfläche

  • einfach und intuitive Bedienung
  • Gliederung in Arbeitsschritte
  • Rezeptorientierte Bedienung
  • multiple Datenansicht
  • interaktive Datenauswertung
     

Kompatibilität / Interoperabilität

  • Integration jedes hyper- und multispektralen Systems möglich
  • Datenformat: ENVI, generisch .hsi.jpg (mit Datenvorschau)
  • Spektren- und Bildexport
     

Datenvorverarbeitung

  • Offset-Korrektur (Dunkelbild)
  • Untergrund-Korrektur (Hellbild)
  • Defektpixelkorrektur (falls notwendig)
     

Unterstützte Setups

  • Bewegungssysteme: x-Tisch, Kreuztisch, Förderband, 3-Achsen-Bewegung des HSI-Systems
  • Messmodi: diffuse und gerichtete Reflexion, Transmission, Emission
  • makroskopische und mikroskopische Messungen
  • zeitaufgelöste Messungen
  • kontinuierliche Messungen
     

Besondere Funktionen

  • Auswertung durch chemometrische Modelle, z. B. SVM, PCA, LDA, QDA usw.
  • Integration von Dirttanbieter-Bibliotheken: CAMO® classification engine, Intel® MKL, Extreme Optimization
  • on-line Datenauswertung

Die Datenauswertung passen wir gerne kundenspezifisch entsprechend Ihren Anforderung an.

Zum Betrachten von hyperspektralen Daten (z. B. im ENVI-Format) können Sie unseren kostenfreien imanto® viewer nutzen.

Dünnschichtanalyse

Das Monitoring von Schichtparametern bereits während des Beschichtungsprozesses ist ein wichtiger Punkt um frühzeitig Abweichungen festzustellen und den Produktionsprozess sicher zu machen. Im Gegensatz zu anderen Untersuchungsmethoden wie Querschnitts-REM oder Ellipsometrie kann HSI ein in-line oder at-line Monitoring der vollständigen Probenfläche gewährleisten.

Al2O3-Schicht auf Stahl, links: Foto, rechts: Schichtdickenprofil
© Fraunhofer IWS Dresden

Al2O3-Schicht auf Stahl, links: Foto, rechts: Schichtdickenprofil

Analyse der Leitfähigkeit eines transparenten, leitfähigen Oxids (ITO) mit HSI; oben: Originalbild, unten: berechnete Verteilung des Widerstands
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Analyse der Leitfähigkeit eines transparenten, leitfähigen Oxids (ITO) mit HSI; oben: Originalbild, unten: berechnete Verteilung des Widerstands

Die Eigenschaften der Dünnschichtproben werden dabei über die Theorie zur Strahlausbreitung in dünnen Schichten beschrieben. In Abhängigkeit des Dünnschichtmaterials wird entweder der UV/VIS- und/oder der NIR-Bereich zur Datenauswertung genutzt.

Für schnelle in-line Messungen kann die Datenanalyse über multivariate, mathematisch-statistische Algorithmen beschleunigt werden. Die multivariate Datenanalyse kann ebenso dazu genutzt  werden, Prozessparameter zu ermitteln und zu kontrollieren. Dafür müssen statistische Modelle nach Möglichkeit an Referrenzproben ‚trainiert‘ werden.

HSI-Messungen dünner Schichten kann entweder über imanto® obsidian oder über imanto® microscopy realisiert werden.


imanto®
Dünnschichtanalyse

  • ortsaufgelöste Parameterverteilung
  • Schichtdicke (nm bis µm)
  • Schichtwiderstand (für leitfähige Materialien)
  • Brechungsindex (n, k)
  • Fehler, Defekte
  • Verteilung von Qualitätsparametern
  • Substrate  
  • Bulk-Substrate aller Art, Metallfolien
  • Wafer, Halbleitermaterialien
  • Polymere und -folien
  • Glas
  • Schichtmaterialien  
  • anorganisch: (leitfähige) Oxide, Nitride, Carbide usw.
  • organisch: Farbstoffe, Öle, Fette usw.
  • Polymer- und Kompositschichten
  • ultradünne Metallschichten

Oberflächenbewertung

Die Oberflächenbewertung wird häufig in Aufgaben zur Prozess- und Qualitätskontrolle gefunden. Die Möglichkeit versteckte Merkmale zu detektieren, ist dabei essentiell für eine HSI-gestützte Evaulierung des jeweiligen Produktes oder Prozesses. In Kombination mit einer automatisierten statistischen Auswertung kann ebenso eine definierte ja/nein Aussage zum Erreichen einer bestimmten Qualität getroffen werden. Für die Oberflächenbewertung können UV-, VIS- und NIR-Spektralbereich vernwendet werden.

Laserabtrag eines OPV-Elements; links: HSI-Abbildung bei 590 nm; rechts: Klassifizierung (gelb – aktive Schicht, blau – ITO, dunkelblau – geschädigte Basisschicht)
© Fraunhofer IWS Dresden

Laserabtrag eines OPV-Elements; links: HSI-Abbildung bei 590 nm; rechts: Klassifizierung (gelb – aktive Schicht, blau – ITO, dunkelblau – geschädigte Basisschicht)

SiO2 beschichtete Titan-Legierung, eine smarte Datenauswertung ermöglicht die Vorhersage des Keiltests der Proben innerhalb einer Minute
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SiO2 beschichtete Titan-Legierung, eine smarte Datenauswertung ermöglicht die Vorhersage des Keiltests der Proben innerhalb einer Minute

imanto® Oberflächenbewertung

  • Screening von Kontaminationen
  • ölige/fettige Verunreinigungen
  • Fehlstellen, Fremdkörper
  • Emssionsmessungen
  • dünne Metallschichten
  • Oberflächenqualität
  • Risse, Löcher
  • Rauheit
     

Laserscribing

Für organische Elektronik (z. B. OPV) ist es entscheidend, dass bei einer Strukturierung mittels Laserabtrag sehr definiert und ohne Schädigungen erfolgt. Die HSI-Technologie hat ein großes Potenzial, die Homogenität, Eindringtiefe und die Integrität der Barriereschicht zu analysieren und im Prozess zu verfolgen.
 

Haftfestigkeit

Die 100 % Kontrolle von Oberflächen ist unerlässlich, um Komponenten für ein zuverlässiges Kleben vorzubereiten. Wissenschaftler am Fraunhofer IWS haben eine Methode entwickelt, die Haftfestigkeit mittels HSI Inspektion der Oberflächen vor dem Verkleben vorherzusagen. Signifikante Vorteile gegenüber bisherigen zerstörenden Prüfmethoden sind das zerstörungsfreie Prüfen (ggf. aller Bauteile), schnelle Messungen und das Erlangen von Vorkenntnissen vor der Klebung.

Komponententests

Die Bandbreite der Möglichkeiten zum Testen von Komponenten reicht von der Kontrolle aktiver Schichten (z. B. bei OLEDs) bis hin zur Kontrolle der Gleichförmigkeit von gedruckten Mikrostrukturen. Dabei ist es möglich definierte Qualitätskriterien anhand von Kundenwünschen für jede Aufgabe direkt aus den HSI-Daten zu erstellen.

Links: NIR-Abbildung bei 1302 nm einer experimentellen OLED; rechts: Kontrolle gedruckter ‚Donut‘-Polymerstrukturen
© Fraunhofer IWS Dresden

Links: NIR-Abbildung bei 1302 nm einer experimentellen OLED; rechts: Kontrolle gedruckter ‚Donut‘-Polymerstrukturen

Barrierefolien, links: ausgewertete HSI-Abbildungen; rechts: Vorhersage der WVTR durch HSI (violett) im Vergleich zu Referenzmessungen (HiBarSens®, orange)
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Barrierefolien, links: ausgewertete HSI-Abbildungen; rechts: Vorhersage der WVTR durch HSI (violett) im Vergleich zu Referenzmessungen (HiBarSens®, orange)

WVTR-Inspektion

Die Erfassung aller spektraler Informationen und deren Verteilung ermöglicht es, die Wasserdampfdurchlässigkeit (engl.: water vapor transmission rate, WVTR) für Barrierefolien zu evaluieren. Gegenüber den bisherigen Referenzmessungen sinkt die Messzeit um mehrere Größenordnungen.

Sortierung

Soriteraufgaben, die mittels HSI besser gelöst werden können, sind hauptsächlich in der Nahrungsmitetlindustrie, pharmazeutischen Industrie und in der Sortierung von Polymeren zu finden. Insbesondere der NIR-Spektralbereich bietet Zugang zu den chemischen Informationen der Materialien. Die Echtzeit-Fähigkeit der Datenanalyse ist dabei maßgeblich für diese Anwendungen. Meistens werden dabei chemometrische, d. h. mathematisch-statistische Ansätze zur analyse der Daten genutzt. Die Ergebnisse der Klassifikation können dabei direkt zur Steuerung der Sortierung bzw. weitere Verarbeitungschritte in der Prozesslinie genutzt werden.

Links: verunreinigte Polymerfraktion (POM@ TPE); rechts: sortierte POM-Fraktion
© Fraunhofer IWS Dresden

Links: verunreinigte Polymerfraktion (POM@ TPE); rechts: sortierte POM-Fraktion

HSI-Untersuchung eines Bohrkerns; Links: Graustufenbild, Mitte: Abbildung im NIR, Rechts: Klassifikation der Mineralien
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HSI-Untersuchung eines Bohrkerns; Links: Graustufenbild, Mitte: Abbildung im NIR, Rechts: Klassifikation der Mineralien

imanto® Sortierung

  • Zielparameter:
  • Materialtyp, -klasse
  • Alterung (Nahrungsmittel), Druckstellen (Nahrungsmittel)
  • pH-Wert (Fleisch)
  • Verunreinigungen
  • Reinheit, Fremdstoffe
  • Pulver, Granulate, Pellets, Körner usw.
  • Polymere
  • Haushalt: PE, PP, PET usw.
  • technische Polymere: PAx, PC, ABS usw.
  • Nahrungsmittel
  • Getreide: Gerste, Roggen, Weizen, usw.
  • Früchte: Äpfel, Nüsse, Erbsen usw.
  • Fleisch
  • pharmazeutische und chemische Produkte
  • Pillen, Pulver, Granulate
  • Mineralien

Erkennung und Klassifikation

Granulat in unterschiedlichen Prozessstadien; links: Foto, rechts: ausgewertete HSI-Abbildungen
© Fraunhofer IWS Dresden

Granulat in unterschiedlichen Prozessstadien; links: Foto, rechts: ausgewertete HSI-Abbildungen

Links: Holz, mit und ohne LINDAN Imprägnierung, rechts: HSI-Spektren, die Intensitäten der LINDAN-Imprägnierung (grün, blau) entsprechen direkt der Absorption im Spektrum
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Links: Holz, mit und ohne LINDAN Imprägnierung, rechts: HSI-Spektren, die Intensitäten der LINDAN-Imprägnierung (grün, blau) entsprechen direkt der Absorption im Spektrum

Historisches Dokument mit starker Verschmutzung, HSI ermöglicht es Bibliothekaren den Originaltext zu rekonstruieren
© Fraunhofer IWS Dresden

Historisches Dokument mit starker Verschmutzung, HSI ermöglicht es Bibliothekaren den Originaltext zu rekonstruieren

Eine zur Sortierung verwandte Anwendung ist das Erkennen und Klassifizieren – z. B. um einen Gehalt eines Inhaltsstoffes eines Materials zu inspizieren. Diese Aufgaben sind nicht zwingend an einen Sortierprozess gekoppelt. Um eine definierte Aussage zu erhalten, werden hierfür die spektralen Daten ebenso einer mathematisch-statistischen Analyse unterzogen. Das Fraunhofer IWS bietet jede Unterstützung für eine maßgeschneiderte Lösung Ihrer Aufgabe an. In Kombination mit dem Softwarepaket imanto® pro sind alle Schritte von der Erkennung bis hin zur Klassifikation aus einer Hand möglich.

Batchprozesskontrolle

In Batch-Prozessen ermöglicht es HSI, sowohl den Prozesszustand als auch den Endpunkt festzustellen. Kombinierte Algorithmen (spektrale und bildhafte Auswertung) bieten zudem die Möglichkeit den Batch-Prozess direkt zu beeinflussen, um ein optimales Ergebnis zu erreichen.


Pulverreinheit

Die Kenntnis der Qualität und Reinheit von Pulvern bzw. der Anteile in einer Pulvermischung ist wichtig um z. B. chemische Reaktionen und Prozesse zielgenau durchzuführen. Neben kristallinen und amorphen (organischen wie anorganischen) pulverförmigen Substanzen können auch Metallpulver/-legierungen für das additive Fertigen und Generieren mit HSI untersucht werden.
 

Holzimprägnierung

In den vergangenen Jahrzehnten wurde Holz oftmals mit giftigen substanzen wie DDT, PCP oder LINDAN imprägniert um die Haltbarkeit zu verlängern und das Eindringen von Holzschädlingen zu verhindern. Ein HSI-Screening hilft, eine mögliche giftige Imprägnierung ortsaufgelöst festzustellen und den Hautkontakt zu vermeiden. Der Einsatz der Technik ist ebenso vor Ort möglich.
 

Echtheit von Dokumenten

Hyperspekttrale Messungen sind durch die spektrale Bildgebung perfekt geeignet die Echtheit von Dokumenten zu verifizieren. Multiple, versteckte Merkmale von Dokumenten oder Geldscheinen können dabei perfekt visualisiert werden. In Kombination mit einer Mustererkennung können auch einzelne Merkmale z. B. in Geldscheinen analysiert werden. Sowohl der VIS- als auch der NIR-Berreich sind dabei zur Untersuchung geeignet. Neben der Echtheitsprüfung von Banknoten können die Methoden auch zur Restauration historischer Dokumente oder Bilder und sogar zur Zuordnung einzelner Autoren bzw. Künstler genutzt werden.

Download Demodaten

Diamor@Si
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Diamor@Si

Diamor@Si

Dieses Beispiel zeigt die Möglichkeiten der Hyperspektralen Bildgebung (HSI) für die flächige Charakterisierung von dünnen Schichten. Bei den untersuchten Proben handelt es sich um harte Schichten aus amorphem Kohlenstoff (Diamor®). Mit Hilfe des HSI und einer geeigneten Auswertung ist es möglich, in kurzer Zeit eine flächige Bestimmung der Dicke der Diamor-Schicht durchzuführen. Auch eine inline-Messung ist vorstellbar.

SiO2@Si
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SiO2@Si

SiO2@Si

Dieses Beispiel zeigt die Möglichkeiten der Hyperspektralen Bildgebung (HSI) für die flächige Charakterisierung von dünnen Schichten. Bei der untersuchten Probe handelt es sich um eine dünne SiO2-Schichten welche auf einem Silizium-Wafer abgeschieden wurde. Mit Hilfe des HSI und einer geeigneten Auswertung ist es möglich, in kurzer Zeit eine flächige Bestimmung der Dicke der SiO2-Schicht durchzuführen. Auch eine inline-Messung ist vorstellbar.

SiO2@StainlessSteel
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SiO2@StainlessSteel

SiO2@StainlessSteel

In diesem Beispiel ist die Eignung der Hyperspektralen Bildgebung (HSI) für die gleichzeitige und flächige Bestimmung der Schichtdicke und von Beschichtungsdefekten zu erkennen. Es handelt sich um eine Dünnschicht SiO2 auf einem Edelstahlblech die viele, durch den Plasma-Beschichtungsprozess erzeugte, Defektstellen hat. Anhand der Interferenzen kann durch eine geeignete Auswertung die Schichtdicke des SiO2 bestimmt werden. Gleichzeitig ist es möglich, die Defektstellen zuverlässig zu erkennen und damit z.B. eine inline-Steuerung des Beschichtungsprozesses durchzuführen.

Pizza
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Pizza

Pizza

Hyperspektrale Bildgebung (HSI) wird mehr und mehr in der Landwirtschaft und der Nahrungsmittelproduktion eingesetzt. Dieses Beispiel zeigt die hyperspektrale Messung einer Tiefkühlpizza. Anhand der individuellen spektralen Signatur der Pizzabestandteile sind beispielsweise, durch Verwendung von Machine Learning Methoden, eine genaue Quantifizierung der Bestandteile oder eine Detektion von Fremdkörpern auf der Pizza möglich.

Tabletten
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Tabletten

Tabletten

Ein großer Anwendungsbereich der Hyperspektralen Bildgebung (HSI) ist die pharmazeutische Industrie. In diesem Bereich kann HSI beispielsweise für die Qualitätskontrolle von Medikamenten eingesetzt werden, etwa um die Verteilung eines aktiven pharmazeutischen Wirkstoffes (API) in Tabletten zu ermitteln. Das vorliegende Beispiel zeigt drei Halsschmerztabletten eines Herstellers mit leicht unterschiedlichen Inhaltsstoffen. Mit Hilfe der Hyperspektralen Bildgebung und künstlicher Intelligenz ist es möglich, die geringen Unterschiede in den Inhaltsstoffen zu erkennen und eine Klassifizierung der Tabletten vorzunehmen.