SmartSpectrometer - Intelligente Prozess-Analytik für Industrie 4.0

Prozess-Analytik-System mittels Spektroskopie
© Fraunhofer IOSB
Blick in eine virtuelle Fabrik, in der die Spektroskopie zur Analytik von Produkten aus dem Lebensmittelbereich prozessübergreifend eingesetzt werden kann

Der Einsatz von Inline-Spektroskopie in der Prozessanalysetechnik (PAT) und zur Qualitätskontrolle wird oft durch hohe Kosten, fehlende Anpassungsmöglichkeiten oder das erforderliche Expertenwissen verhindert. Das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB hat ein modulares und intelligentes Spektrometersystem zur Messung qualitätsrelevanter Materialparameter mittels optischer Spektroskopie entwickelt. Durch den modularen Aufbau können individuelle Lösungen für die Qualitäts- und Prozesskontrolle einfach und kostengünstig realisiert werden. Des Weiteren können kompakte Spektralsensoren dank der enormen Fortschritte in der Miniaturisierung optischer Systeme deutlich preiswerter als herkömmliche Prozessspektrometer zur Verfügung gestellt werden.

Integration von Prozessanalytik in die Industrie 4.0 durch offenen Kommunikationsstandard OPC-UA

Die Integration der SmartSpectrometer Module erfolgt über die offene Kommunikationsschnittstelle OPC-UA (Open Platform Communications Unified Architecture), die einen interoperablen Daten- und Informationsaustausch innerhalb und zwischen unterschiedlichen Automatisierungsebenen im Sinn der Industrie 4.0 sicherstellt. Durch die umfangreiche Erfassung und Auswertung spektroskopischer Messdaten sowie den Austausch produktionsrelevanter Informationen können Produktionsprozesse optimiert, die Qualität gesteigert und Ressourcen eingespart werden.

Analyse der Messdaten auf Sensorebene durch eingebettete KI

Die Auswertung der spektroskopischen Messdaten erfolgt durch eingebettete KI (künstliche Intelligenz) auf Sensorebene. Eine neue Methode ermöglicht die Migration der Kalibrierung, wodurch die komplexe und zeitaufwändige Entwicklung der Kalibrierungsmodelle beim Austausch der Sensoren oder bei Verwendung mehrerer Messstellen entfällt.

Branchenübergreifende Anwendungsmöglichkeiten

Die Anwendungsgebiete optischer Spektroskopie reichen von der Lebensmittelherstellung und landwirtschaftl (z. B. die Reifegradbestimmung oder Überwachung der Pflanzengesundheit) über die Chemie- und Pharmaindustrie bis hin zur Identifikation von Kunststoffen für ein sortenreines Recycling. Darüber hinaus kann die Technologie auch in handgetragener Analysesysteme für „at-line Messungen“ im Produktionsumfeld oder Wareneingang eingesetzt werden. Je nach Anwendungsfall und Produkt kommen dafür unterschiedliche Spektralbereiche in Frage, die durch den modularen Systemansatz durch entsprechende spektroskopische Sensormodule, beginnend im UV-Bereich bis hin zum kurzwelligen Infrarotbereich, realisiert werden können.

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Dr. Robin Gruna

Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB
Fraunhoferstraße 1
76131 Karlsruhe, Deutschland

Telefon +49 721 6091-263

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