低相干干涉测量连续生产线上包装的膜层

包装是食品工业的一个重要方面，尤其是冷冻食品。包装太薄或没有使用合适的材料可能会导致“冻伤”;另一方面，对食品的过度保护又会导致不必要的成本。

在过去，标准做法是过度设计材料层，使它们始终保持保护屏障性能。这可能意味着在最终产品上应用20%或更多的多余材料。

包装材料浪费的一个原因是，在制造过程中测试它是一个挑战。一种方法是在连续的生产线上对材料进行测量，即在肉制品包装之前立即制作薄膜。每30分钟进行一次测量，该方法是在生产过程中手动切割材料的一部分，并将其带到实验室在实验室中对其进行解析，以确定层的厚度。在这种情况下，一个制造错误可能引起产品包装不充分。这些肉制品需要人工检查或处理，成本很高。

纽约州罗彻斯特Eastman开发的双波长干涉测量技术可以帮助测试肉制品的包装。该技术被胶片工业用于帮助表征以醋酸为基础的产品，随着数字市场的增长，同样的技术被应用于传感器测量。

OptiGauge测量系统的工作原理是利用薄膜中多层的反射光程差指数。光从LED灯投射到一个表面上一些光被反射回来并发送到耦合器,在那里与激光融合。当光通过线圈传输时,光纤拉伸会引起路径长度的变化。当这与产生的干涉图样相结合时,测量峰就产生了,激光作为内部时钟和参考来测量峰值之间的光学距离。转换器和处理器包含专门的算法和应用软件可以将光学测量值转换成显示在屏幕上。

同样位于罗彻斯特的Lummetrics公司授权使用该技术平台，目的是增加特定应用的固定装置来测量膜层的延伸。

一家主要的食品加工商正在使用由此产生的OptiGauge系统来测量连续食品包装线中三层包装材料的内层(图1)。这种特殊的透明聚合物在连续卷材中的其他两层材料之间共挤。这种聚合物是专门为这种应用而开发的。

该系统采用低相干双波长干涉测量法，利用宽带光源的低时间相干性--超微光LED光源(与高相干激光光源相反)--只有当干涉仪的臂与光源的相干长度相匹配时才会产生干涉条纹。超出此范围，则无法检测到相干条纹的范围内。该技术不受高相干干涉测量的2p模糊影响，因此可以轴向解析多层结构，如三层塑料。来保证高精度，双波长技术使用高相干干涉仪在第二波长监测低相干干涉仪的位移，它充当系统的时钟。为了在食品加工商的生产设施中实施该系统，Lumetrics公司与总部位于罗切斯特的系统集成商优化技术合作，设计、安装并验证了一个闭环测量系统，该系统现在可以监控四条包装线上的八个单独的包装膜网，并优化每层厚度，使薄膜性能符合材料设计规范(图2)。

图2.闭环测量系统安装在生产线上,它监测四个包装线包装膜的八个网,并优化每一层厚度,使屏障性能满足材料设计。这张图片显示的是扫描系统中的一个,它的探头对准了薄膜网，干涉测量与扫描台的多个探针相结合，以扫描各种薄膜。每个光学探针都用机械结构在材料上移动。通过基于微机电系统(MEMS)的开关，数据在每个连接上连续收集，并通过控制计算机反馈到每个挤出机，从而调整层的厚度以满足所需的规格。在材料参数超出控制范围的情况下，设计的控制软件可产生操作员警报:它还保存了每条加工线的完整日志。如果客户需要，光开关的一个通道可以用来持续测量NIST可追踪的校准标准，确保过程中数据收集的可靠性。基于激光测量的系统，带来了速度，安全，长寿命，准确性和非接触的优势，食品行业的应用，支持了行业的持续努力，改善产品外观和保持包装完整性。