Detektion von Fremdkörpern in Materialien in der Qualitätssicherung (SAMMI)

Detektion von Fremdkörpern und Qualitätsabweichungen in Materialien

Der Name SAMMI steht für Stand Alone Millimeter Wave Imaging und, wie der Name schon ausdrückt, können damit Proben durchleuchtet und abgebildet werden, die im Millimeterwellenbereich (hier 90 GHz) transparent erscheinen. In diesem Bereich bestimmen die dielektrischen Materialeigenschaften das Transmissionsverhalten der elektromagnetischen Welle durch einen massiven Körper. Zonen verschieden hoher Absorption oder Polarisierbarkeit werden im Durchleuchtungsbild differenziert dargestellt. Unterschiedliche Materialien oder Materialzusammensetzungen in einem Körper zeigen so einen unterscheidbaren Kontrast. Auch kleinste Fremdkörper und Inhomogenitäten in Materialien, die für das menschliche Auge nicht transparent sind, können detektiert werden.

 

Messung von Qualitätsabweichungen an Produktionsstraßen

Das System SAMMI wurde am Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR in Wachtberg mit dem Ziel entwickelt, dieses Verfahren zur Messung von Qualitätsabweichungen an schnell laufenden Produktionsstraßen einzusetzen. Daneben ist es als »Stand-Alone-Variante« verfügbar, um sowohl in Briefen oder kleinen Paketen Messer oder Sprengstoff, als auch Fremdkörper in Lebensmitteln, wie z.B. Schokolade, zu detektieren.

 

Haupteinsatzbereich von SAMMI

  • Schutz gefährdeter Personen und kritischer Infrastruktur
  • stichprobenartige industrielle Qualitätssicherung
  • Materialanalyse im Labor

Durch die Reduzierung der üblicherweise recht kostenintensiven Elektronik und Mechanik auf ein Minimum steht ein System zur Verfügung, welches herkömmlichen Röntgendurchleuchtungsverfahren aufgrund eines attraktiven Preis-/Leistungsverhältnisses und der Verwendung nicht ionisierender Strahlung je nach Anwendung überlegen ist.

Systembeschreibung des Stand Alone Millimeter Wave Imaging Scanners SAMMI

In einem Gehäuse der Größe eines Laserdruckers befinden sich zwei rotierende Antennenelemente in Transmissionsanordnung. Nun kann die Probe, z. B. ein kleineres Paket mit unbekanntem Inhalt, zwischen den zwei Antennen hindurch gefahren werden. Die Amplituden und die Phasenlagen der transmittierten elektromagnetischen Welle werden während des Durchlaufens der Probe aufgezeichnet und in Echtzeit auf einem Display angezeigt. Zusätzlich werden Datenpakete über verschiedene zur Verfügung stehende Schnittstellen an eine Auswerteeinheit gesendet. Auswerteeinheiten können dabei Überwachungssysteme in der industriellen Qualitätssicherung sein oder Alarmzentralen zur Anzeige von Bedrohungen. Die Signalerzeugung basiert auf der direkten digitalen Signalsynthese zur Generierung einer Grundfrequenz von 1,25 GHz. Dieses Signal wird über eine Vervielfacher- und Verstärker-Kette auf 90 GHz gewandelt. Die Messergebnisse lassen sich stufenlos mit einer optischen Aufnahme des Messobjektes überlagern und erleichtern so die Lokalisierung etwaiger Fehlstellen zusätzlich.

CAD-Modell des Aufbaus von SAMMI
© Fraunhofer FHR

CAD-Modell des Aufbaus von SAMMI: Die Integrierbarkeit in eine Bandstraße ist dem Systemkonzept bereits anzusehen.

SAMMI Evolution und Weiterentwicklung

In der folgenden Evolutionsstufe soll SAMMI die dielektrischen Eigenschaften von Stoffen automatisiert erkennen können und anhand dieser Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung der Messproben ermöglichen. Diese Funktion erlaubt ebenfalls die Klassifizierung von Verunreinigungen, z. B. in Lebensmitteln, oder die Erkennung und Identifikation von gefährlichen Substanzen und Substanzgemischen. Auf Basis einer Cluster-Algorithmik werden die dielektrischen Eigenschaften der Proben auf (Un-) Ähnlichkeiten untersucht, wodurch Fremdkörper eindeutig detektiert und angezeigt werden können.

Verunreinigung einer Tafel Schokolade
© Fraunhofer FHR

Verunreinigungen in einer Tafel Schokolade können durch die Verpackung entdeckt werden. (Die dargestellte Verunreinigung wurde vom Fraunhofer FHR zu Versuchszwecken eingebracht)

Kontakt

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