Quantensensor verbessert Prozess- und Qualitätskontrolle durch Partikelanalyse in Echtzeit

Der Quanten-Partikelsensor erfasst und klassifiziert Partikel in Gasen, Flüssigkeiten und als Pulver nach Größe, Anzahl, Zusammensetzung und künftig auch nach Form. / The quantum particle sensor detects and classifies the particles in liquids, gases or as powders according to size, number, composition and, in future, shape.

Bei Analyse- und Fertigungsverfahren ebenso wie in der Labor- und Prozesstechnik spielt die Beschaffenheit von Roh- und Ausgangsstoffen eine entscheidende Rolle. Detaillierte Informationen über Größe, Anzahl, Zusammensetzung und Verteilung von Partikeln tragen zur Prozesskontrolle und Qualitätssicherung bei. Auf der Analytica in München präsentiert das Stuttgarter Hightech-Start-up Q.ANT einen kompakten Partikelsensor für industrielle Anwendungen, mit dem sich diese Parameter in Echtzeit erfassen lassen. Der auf Quantentechnologie basierende und patentierte Sensor bietet damit einen echten Mehrwert für zahlreiche Branchen: von der additiven Fertigung über die Biotechnologie, die Keramikindustrie, die Werkstoff- und chemische Industrie bis hin zu Wasseraufbereitung, Medizintechnik und Kosmetik.

Beschleunigte Formerkennung ohne Kamera

Statt Proben zu entnehmen und im Labor zu untersuchen, was in vielen Branchen noch Standard ist, erhalten Anwender eine unmittelbare Rückmeldung zur Qualität und Zusammensetzung von Inhaltsstoffen. Der Sensor erfasst und analysiert Partikel in Roh- und Ausgangsstoffen, und zwar unabhängig vom Medium, das flüssig, gas- oder pulverförmig sein kann. Prozesskontrolle, Prozessoptimierung und Qualitätssteuerung sind damit in Echtzeit möglich. Neben der Größe, Anzahl und Verteilung der einzelnen Partikel wird der von Q.ANT entwickelte Sensor künftig auch die Partikelform in Echtzeit klassifizieren können. Möglich macht das die eingesetzte Quantentechnologie in Zusammenspiel mit einer KI, die so trainiert werden kann, dass vordefinierte Formen voneinander abgrenzbar sind, etwa elliptische oder sphärische von runden Partikeln, womit auch Agglomerate identifiziert werden können. Zu diesem Zweck muss die KI auf bestimmte „Use Cases“, also Anwendungsfälle, trainiert werden.

Zahlreiche Anwendungsfelder

Es gibt viele Branchen und Anwendungsfelder für den Partikelsensor, der auch im Zusammenspiel mit anderen Messverfahren und -mechanismen eingesetzt werden kann. So kann der Quantensensor in Bioreaktoren Algenzellen überwachen und beispielsweise abgestorbene Zellen erkennen, sobald diese ihre Form verändern. Die Anlagensteuerung kann dann regulativ eingreifen, ohne dass Proben aus dem Reaktor entnommen werden müssen. Ein weiteres Beispiel ist die Wasseraufbereitung: Die KI erkennt Kontaminationen, beispielsweise durch schwer nachweisbare Bakterien oder andere Keime, was Rückschlüsse auf den Reinigungsprozess zulässt. In der additiven Fertigung mithilfe des 3D-Drucks, ebenso wie in der Metall-, Keramik- und Zementindustrie, analysiert der Quantensensor unterschiedliche Pulverkörnungen, aus denen jeweils spezifische Materialeigenschaften resultieren können. Weitere denkbare Anwendungsbereiche sind die chemische und die Kosmetikindustrie, hier unter anderem die Pigmentanalyse zur Entwicklung von Farben und Texturen.

Q.ANT bietet Partnerschaften für spezifische Anwendungsfälle

Um spezifische Anwendungsfälle zu entwickeln, bietet Q.ANT interessierten Unternehmen Partnerschaften an. „Wir bieten der Industrie für besonders herausfordernde Problemstellungen frühzeitig Zugang zu dieser neuen Lösung, ohne lange Entwicklungszyklen durchlaufen zu müssen“, sagt Vanessa Bader, Customer Project Engineer bei Q.ANT. „Unsere Partner haben die Möglichkeit, den Quantensensor gemeinsam mit uns in ihre Fertigungsprozesse zu integrieren und an ihre Einsatzfälle anzupassen.“ Q.ANT, das die neue Technologie patentiert hat, bietet aktuell zwei Partikelsensoren mit unterschiedlich großen Messbereichen an: von 2 bis 50 Mikrometern und von 20 bis 700 Mikrometern „Mit dieser Bandbreite decken wir die meisten Anwendungen in der industriellen Fertigung ab“, so Bader. Pilotprojekte weisen auf eine sehr hohe Datenqualität hin. So kann die KI beispielsweise Partikel-Agglomerate in metallischen Pulvern von Einzelpartikeln unterscheiden, die genauso groß sind.

Der kompakte Sensor ist einfach zu handhaben und schnell integrierbar

Ein weiterer Vorteil: Der kompakte Quantensensor passt auf jeden Labortisch, das System ist schneller und einfacher handhabbar, verglichen mit der aufwändigen konventionellen Probeentnahme zur Analyse von Partikeln. Neben dem Laborgerät werden im Partnerprogramm Zuführsysteme entwickelt, um den Sensor inline in Prozesse zu integrieren. Ein normaler Rechner genügt, um die gemessenen Daten zu übertragen und einzusehen. Über eine Website im Browser ist der Sensor sofort einsatzbereit. „Es muss nichts installiert werden, man braucht keine extra Rechenpower und auch kein kompliziertes Training für die Mitarbeitenden“, erklärt Bader.