Zerstörungsfreie Prüfung

Zerstörungsfreie Prüfung: Lösungen im System

Die Methoden der zerstörungsfreien Bauteilprüfung und Materialdiagnostik stehen vor einer Neubewertung und einem Paradigmenwechsel im Kontext von Industrie 4.0. Neue Sensorkonzepte, robotergestützte Messungen, cloudbasierte Methoden der Datenerfassung und -verknüpfung sowie die Datenauswertung mittels KI-Methoden treiben den Wandel voran und erweitern das Einsatzspektrum.

Mit den über Jahrzehnte gesammelten Erfahrungen stellt sich das Fraunhofer IKTS mit seinem Institutsteil für Materialdiagnostik diesen neuen Herausforderungen. Die aus der Keramikentwicklung stammenden IKTS-Konzepte – möglichst komplette Wertschöpfungsketten abzudecken und Werkstoff- oder Prozessinnovationen auf Systemebene zu realisieren – kommen auch im Umfeld der Materialdiagnostik zum Tragen.

Zerstörungsfreie Methoden der Bauteilprüfung (ZfP) und Materialdiagnostik können über den gesamten Produktlebenszyklus von der Entwicklung bis zur Prüfung im Produktionsprozess zum Einsatz kommen. Dabei setzt das Fraunhofer IKTS seinen Schwerpunkt auf traditionelle Verfahren wie Ultraschall, Wirbelstrom, Röntgenprüfung und akustische Diagnostik. Diese werden mit neuen Methoden wie der Laser-Speckle-Photometrie oder der Optischen Kohärenztomographie kombiniert oder ergänzt. Wenn die bei der Prüfung erhobenen Daten mit dem dynamischen Simulationsmodell des Bauteils oder Systems verknüpft werden, kann deren Lebensdauer oder Leistungsfähigkeit mit Hilfe des digitalen Zwillings vorhergesagt werden.

Das Fraunhofer IKTS ist Teil des weltweit führenden Forschungsclusters der Dresdner Werkstoffforschung und kooperiert mit dem Netzwerk der Dresdner Mikroelektronik sowie etablierten Maschinenbauunternehmen.

Kompetenzen

Das Kompetenzportfolio des Fraunhofer IKTS geht weit über das eines klassischen Anbieters von ZfP-Prüftechnik hinaus. Die traditionelle Stärke des Instituts – der Umgang mit rauschbehafteten Signalen – spiegelt sich zum einen auf Hardwareebene in angepasster Sensorik und eigener Elektronik
mit einem exzellenten Signal-Rausch-Verhältnis und zum anderen in einer eigenen Softwarebibliothek und dem Einsatz modernster Methoden des maschinellen Lernens wider. Das mathematische Know-how des Instituts und seiner Forschungspartner fließt dabei in die Algorithmenentwicklung
ein und ist Grundlage für Konzepte der Sensordaten-Fusion.

Sensorentwicklungen profitieren von den Werkstoffsystemen und dem Technologieangebot des IKTS-Stammhauses. Dies umfasst sowohl Dünnschicht-, Dickschicht- und Multilayertechnologien als auch gedruckte Elektronik und keramische Sensorik für harsche Betriebsbedingungen. In den Profillinien Nanoanalytik und robuste Elektronik wird das Wissen um Versagensmodelle erarbeitet und in zuverlässige Sensorlösungen umgesetzt. Möglichkeiten der störungsfreien optischen Datenübertragung und Datenkompression durch Vorverarbeitung im Sensor runden das Profil ab.

Diese technologischen Kernkompetenzen – gepaart mit dem systemischen Ansatz und vorangetrieben durch ein kreatives Team aus Wissenschaftlern, Technikern und Ingenieuren – ermöglichen es, etablierte Verfahren weiterzuentwickeln und neue Methoden für die zerstörungsfreie Prüfung zu qualifizieren.

Leistungsangebot

Für die Kunden des IKTS bestehen je nach Aufgabenstellung und eigenen Möglichkeiten unterschiedliche Anknüpfungspunkte für Aufträge und Kooperationen. Das Projektspektrum reicht von einfachen Dienstleistungen über die punktuelle fachliche Weiterentwicklung eines Verfahrens oder kundenspezifischer Komponenten bis zur kompletten Systementwicklung. Dabei steht die klare Analyse der Fragestellung und die Demonstration der Machbarkeit am Anfang des Projekts. Machbarkeitsstudien in der frühen Entwicklungsphase reduzieren das finanzielle Risiko und sind die Grundlage aller weiteren Projektschritte. Im Ergebnis steht ein CE-zertifiziertes System sowie die Freigabe des Prüfprozesses über das Akkreditierte Prüfzentrum. Einzelne Entwicklungs- und Umsetzungsschritte werden zwischen Auftraggeber und IKTS flexibel abgestimmt. Erfolgreiche Hardwareentwicklungen werden über industrielle Kooperationen kommerzialisiert und können von Industriekunden für ihre Anwendungsfelder lizensiert werden.

Themen

 

Ultraschallverfahren

Ultraschall ist eines der am häufigsten eingesetzten Verfahren in der zerstörungsfreien Prüfung. Das Fraunhofer IKTS verbindet langjährige Erfahrungen in der Materialprüfung mit unikalen Kompetenzen im Bereich der Ultraschalltechnologien.

 

Akkustische Verfahren

Ähnlich den Ultraschallmethoden gehören auch die akustischen Methoden zu den Verfahren, die eine elastodynamische Wechselwirkung im Objekt nutzen, um Aussagen über dessen Zustand zu gewinnen. Häufig ist dies mit der Abstrahlung von akustischen Signalen verbunden.

 

Elektromagnetische Verfahren

Hochfrequenz-Wirbelstromverfahren

Die Wirbelstrommethode ist ein elektromagnetisches Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von metallischen Werkstoffen und nicht oder schwach leitfähigen Materialien wie Kunststoffen oder auch Keramiken.

 

Röntgenverfahren

Mikrocomputer-Tomographie

Die industrielle Mikro-Computertomographie (μCT) ist ein etabliertes Analyseverfahren für technische und naturwissenschaftliche Anwendungen und wird zunehmend in der Untersuchung künstlerischer und kultureller Güter eingesetzt.

 

Optische Verfahren

Optische Kohärenz - Tomographie

Am Fraunhofer IKTS wird die Optische Kohärenztomographie (OCT) zur dreidimensionalen Erfassung und Abbildung von Strukturen verschiedenster Materialien wie Keramiken, Kunststoffe, Gläser, glasfaserverstärkte Kunststoffe oder biologische Materialien genutzt.

 

Advanced NDT

Komplexe Prüfaufgaben im Kontext von Industrie 4.0 liefern eine gewaltige Anzahl an Prozessdaten unterschiedlichen Ursprungs, die analysiert werden müssen. Mit geeigneten Ansätzen können aus vorhandenen oder dezidiert erfassten Parametern zahlreiche Zusatzinformationen gewonnen werden.