Zerstörungsfreie Prüfung

© Fraunhofer IKTS

Mikroformgebung von feinskaliger Piezokeramik für hochfrequente Ultraschallwandler.

© Fraunhofer IKTS

Schallemissionssensor für die aktive und passive Strukturüberwachung.

© Fraunhofer IKTS

Ultraschallprüfgerät PCUS® pro Multi für die automatisierte Prüfung.

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. Als Entwickler für industrielle Ultraschall-
Prüfsysteme bietet das Fraunhofer IKTS Sensoren, Prüfelektronik, Software, Simulations- und Modellierungsdienstleistungen sowie ein Akkreditiertes Prüfzentrum zur Validierung und Verifizierung von Ultraschallverfahren – ein echter One-Stop-Shop für Ultraschall.

 

Ultraschallsensoren

Herzstück eines jeden Prüfsystems sind die Sensoren. Das
Fraunhofer IKTS entwickelt Sensoren, die an die jeweiligen
Geometrien, Materialien und akustischen Parameter optimal
angepasst sind.

Technische Details

  • Hochleistungsultraschallwandler zur Applikation an Faserverbundwerkstoffen (hoch- und niederfrequent, fokussiert/nicht fokussiert, Einzelelement bzw. segmentiert)
  • Dice-and-Fill-Komposite
  • Soft-Mold-Komposite für Frequenzbereiche von 5 bis 30 MHz, max. Wandlerabmessung 10 x 10 mm
  • Siebgedruckte Ultraschallwandler für kompakte Sensorsysteme in Serienfertigung von 5 bis 30 MHz, max. Wandlerabmessung 100 x 100 mm
  • Fokussierte Ultraschall-Phased-Array-Prüfköpfe
  • Hochempfindliche Phased-Array-Prüfköpfe
  • Hochfrequenz-Prüfköpfe (100 bis 250 MHz)
  • Hochtemperatur-Prüfköpfe (bis 200 °C)
  • Schallemissionssensoren

 

 

© Fraunhofer IKTS

Mobiles Prüfsystem für Radsatzwellen mit Längsbohrung mit Elektronik und Software des Fraunhofer IKTS (Quelle: Arxes-Tolina).

Ultraschallelektronik

Um die maximale Leistung der Sensorik auszunutzen, stellt das Fraunhofer IKTS mit der PCUS® pro-Gerätefamilie eine leistungsfähige modulare Elektronik zur Verfügung. Das Portfolio reicht vom einfachen Ultraschall-Handprüfsystem bis zum automatisierten Ultraschall-Prüfsystem.

Technische Details

  • Modular einsetzbar und kundenindividuell anpassbar
  • Kompakt und energieeffizient
  • Erfüllt die jeweils relevanten Teile der Ultraschallnorm DIN EN 12668
  • Für Einzelschwinger, Ein- und Mehrkanal-Prüfelektronik bis hin zu Arrays (bis 128:128) geeignet

 

Ultraschallsoftware

Software ist zum elementaren Bestandteil bei der Entwicklung von Prüfsystemen im industriellen Umfeld geworden. Sie muss innovativ und schnell verfügbar sein, ohne an Flexibilität für zukünftige Änderungen und Erweiterungen zu verlieren. Die PCUS® pro Lab ist eine modulare Software-Suite, die angepasst auf die jeweilige Prüfaufgabe schnell und flexibel Lösungen anbietet. Die Software unterstützt die Erstellung von Parametrierungen für die Aktorik- und Sensoriksteuerung, Visualisierung und Auswertung. Im flexibel anpassbaren Revisionssystem erfolgt die Organisation und Verwaltung der Daten. Darüber hinaus lässt sie sich im Kontext von Industrie 4.0 vollständig in bestehende Fertigungskonzepte integrieren.

 

Technische Details

  • Intuitive Bedienung durch eine moderne, zugängliche und leicht anpassbare Benutzeroberfläche
  • Professionelle Umsetzung von kundenspezifischen Anforderungen durch modulares Konzept im Bereich Parametrierung, Prüfablauf und Analyse
  • Abbildung komplexer Prüfanforderungen an beliebigen Geometrien
  • Echtzeit-Darstellung der Volumenbilder während der Datenaufnahme

 

Simulation und Modellierung

Zur Optimierung von Ultraschall-Prüfsystemen sowie zur Entwicklung neuer Messansätze sind Simulationstechniken heute essenziell. Sie erlauben es, die physikalische Plausibilität des Verfahrens zu prüfen sowie die bestmöglichen Mess- und Prüfkopfparameter zu ermitteln, noch bevor der erste Messaufbau tatsächlich realisiert wird. Dies spart Zeit und Geld bei der Entwicklung und führt zu Prüfsystemen mit deutlich verbesserten Leistungsparametern.

Technische Details

  • Eigenentwickelte numerische Ultraschall-Solver (EFIT)
  • Wellenphysikalische Simulation
  • Berücksichtigung von Beugung, Interferenz, Modenumwandlung, Mehrfachstreuung etc.
  • Isotrope und anisotrope, homogene und heterogene Materialien
  • Festkörper und fluide Medien
  • 2D- und 3D-Modelle
  • Zeitsignale, Wellenfrontschnappschüsse, Videoanimationen

Leistungsangebot

  • Entwicklung von kundenspezifischen Sensoren
  • Vermessung und Charakterisierung von Prüfköpfen
  • Entwicklung von Software für Spezialanwendungen bis hin zu kompletten DIN EN 12668-konformen Prüfsystemen
  • Entwicklung von Prüfelektronik für einfache Handprüfsysteme bis zu automatisierten Ultraschallprüfsystemen
  • Entwicklung von anwendungsspezifischen Simulationstools
  • Wissenschaftliche Beratung mit simulationsgestützten Machbarkeits- und Optimierungsstudien
  • Ergebnisinterpretation
  • Demonstration und Schulung

nach oben

© Fraunhofer IKTS

Simulatorisch ermitteltes Schwingungsverhalten von keramischen Rohren für Batterieanwendungen.

© Fraunhofer IKTS

Ultraschallgoniometer HUGO bei der Messung von Oberflächengradienten.

Akustische Verfahren

 

Spezielle Elastodynamische 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. Die Klanganalyse zur Erkennung rissbehafteter Bauteile wie keramischen Gebrauchsgegenständen ist weitgehend bekannt und appliziert.

Die Wissenschaftler des IKTS vertiefen einerseits diesen zunächst rein empirischen Ansatz durch eine experimentelle und modelltheoretische Schwingungsanalyse. Andererseits wird der Begriff Akustik vom Fraunhofer IKTS relativ weit gefasst und bezieht alle elastischen Deformationen und Wellen ein. So gelingt es, über die Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen von der mechanischen Spannung, letztere zu bestimmen. Sehr hochfrequenter fokussierter Ultraschall erlaubt Abbildungen mit mikroskopischer Auflösung (Scanning Acoustic Microscopie = SAM) aus dem Volumen opaker Objekte.

Dort wo die Anwendung es erfordert, wird die Methodik weiter entwickelt, um gegebene Probleme zu lösen. Ein Beispiel ist die SAM-Tomographie, die auch bei sonst für Ultraschall schwierigen Fragestellungen eine räumliche Darstellung ähnlich der Röntgen-CT liefert. Eine weitere neuere Entwicklung ist die Abbildung von Gefügestrukturen an Oberflächen mittels streifend laufender elastischer Wellen, die optisch abgetastet werden. Nicht immer erlaubt die verfügbare Gerätetechnik die Nutzung der neuartigen Methoden. Wo es erforderlich ist, sind die Wissenschaftler des IKTS in der Lage, geeignete Gerätetechnik zu entwickeln und dem Kunden zur Verfügung zu stellen.

Anwendungsfelder

  • Schnelle Defektanalyse in ganzen Bauteilen
  • Bestimmung von Oberflächengradienten mechanischer Eigenschaften und Spannungszuständen
  • Nachweis von Schichtanhaftung, Inhomogenitäten und Rissen

Leistungsangebot

  • Methodenentwicklung und -adaption für individuelle Prüfbedingungen
  • Entwicklung und Validierung von angepassten Messsystemen
  • Service- und Beratungsleistungen

nach oben

© Fraunhofer IKTS

Überwachung von Strukturschäden an thermisch belasteten Bauteilen mittels Schallemission und Hochtemperatur-Dehnungsmessung.

© Fraunhofer IKTS

3D-Schallemissions-Ortungsplot zur Lokalisierung von Kriechschädigungen.

Schallemissionsanalyse

Das Fraunhofer IKTS setzt die Schallemissionsanalyse erfolgreich in der Materialprüfung ein. Damit lassen sich schnell und sicher Bereiche orten, die infolge einer äußeren Belastung eines Bauteils, z. B. durch Risswachstum, Schall emittieren. Aus der Laufzeit der Signale von den einzelnen schallemittierenden Quellen zu einer Vielzahl von Sensoren kann auf die Position der aktiven Schädigung geschlossen werden. Dies erlaubt im Nachhinein die zielgerichtete Untersuchung mit konventionellen ZfP-Verfahren bzw. bietet Möglichkeiten zur Versuchssteuerung.

Die Schallemissionsprüfung wird vor allem bei statischen Tests von Faserverbundbauteilen erfolgreich eingesetzt, da in Verbundwerkstoffen durch Faserbrüche und Delaminationsprozesse sehr starke Schallemissionen detektiert werden können. Im Rahmen dynamischer Ermüdungstests stellen das starke Umgebungsrauschen und die ungünstigen akustischen Eigenschaften der Kompositwerkstoffe große Herausforderungen dar. Um diese zu lösen, bietet das Fraunhofer IKTS ein akustisches Messsystem an, das über eine hohe Messwertdynamik und spezielle Auswerte- und Ortungsalgorithmen verfügt. Darüber hinaus ermöglicht das System die Speicherung und Bewertung der vollständigen Wellenformen. Die Verteilungen von Schallemissionsparametern liefern schon während der Tests Hinweise auf geänderte Strukturzustände und erlauben so die Anpassung der Lastkollektive.

Technische Details

  • Hohe Variabilität des Schallemissions-Messsystems durch den modularen Aufbau aus 4-Kanal-Sensorknoten
  • Anpassung von institutseigener Hard- und Software an die entsprechende Messaufgabe

Anwendungsfelder

  • Entwicklung von Leichtbaustrukturen
  • Integritätsprüfung von Leichtbaustrukturen unter spezifischen Last- und Umweltbedingungen

Leistungsangebot

  • Messtechnische Begleitung von statischen und dynamischen Strukturermüdungstests (von Couponproben bis Großstrukturen)
  • Bereitstellung von Messequipment
  • Spezifische System- und Sensorauslegung
  • Einrichtung der Messsysteme vor Ort
  • Unterstützung bei der Bewertung aufgenommener Signale
  • Einsatz hochauflösender ZfP-Verfahren nach Ortung der Fehlerstellen und kundenangepasste Entwicklung von akustischen Messsystemen

nach oben

© Fraunhofer IKTS

Entwicklung von Wirbelstromsensoren für spezielle Anwendungen, z. B. Verbundwerkstoffe.

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. Sie ist insbesondere im Bereich des Leichtbaus – von der Luftfahrtindustrie über den Automobilbau bis hin zur Energietechnik – zu einer Schlüsseltechnologie in der Qualitätssicherung geworden, da sie sehr schnell arbeitet, ohne Koppelmittel funktioniert, keine Anforderungen an den Strahlenschutz stellt und sich problemlos in industrielle Fertigungsprozesse integrieren lässt.

Am Fraunhofer IKTS wurden die sogenannte Hochfrequenz-Wirbelstromtechnik und die abbildende Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich von 100 kHz bis 100 MHz entwickelt, mit denen schwach elektrisch leitfähige Werkstoffklassen wie Kohlefasern und deren Komposite analysiert werden können. Das Methoden-Know-how erstreckt sich hierbei über die gesamte Fertigungskette – von der Simulation über die Sensorik, Manipulation und Elektronik bis hin zum Gerätebau. Kundenanforderungen werden stets in angepasste Mess- und Prüflösungen überführt.

Mit der EddyCus®-Geräteplattform hat das Fraunhofer IKTS eine Technologiefamilie für den wachsenden Bedarf der Leichtbauindustrie geschaffen, die auch Nachfragen nach wirbelstrombasierten Verfahren für die Qualitätssicherung in anderen Bereichen bedienen kann.

Technische Details

  • Frequenzbereich: bis 100 MHz
  • Spezielle Sensorik für Faserverbundwerkstoffe
  • Wirbelstromsystem zur individuellen Systemeinbindung (IntegrationKit)
  • 2D- und 2,5D-Wirbelstrom-Scansysteme
  • Roboterbasierte Wirbelstromsysteme für Freiform-Bauteile 

Anwendungsfelder

  • Charakterisierung von Faserlagen und Materialeigenschaften von Kohlefaserverbundwerkstoffen
  • Prüfung von Keramiken und Metallen
  • Überwachung der Aushärtereaktionen von Epoxidharzen

Leistungsangebot

  • Entwicklung und Aufbau kundenindividueller Prüfsysteme inklusive Sensor, Hard- und Software sowie Manipulatortechnik

nach oben

© Fraunhofer IKTS

Schweißnahtprüfung an Tragwerksstrukturen mittels mikromagnetischem Barkhausenrauschen.

Mikromagnetisches Barkhausenrauschen

Das mikromagnetische Barkhausenrauschen ist ein Oberflächenverfahren, das ausschließlich zur Charakterisierung von ferromagnetsichen Werkstoffen eingesetzt werden kann. Der Barkhauseneffekt stellt dabei eine Wechselwirkung zwischen einem eingetragenen elektromagnetischen Feld und der Mikrostruktur des Bauteils dar. So lassen sich vor allem Spannungen, Ermüdungserscheinungen aber auch Restaustentit und Zementitbildung detektieren. Das Barkhausenrauschen ist zudem neben der Röntgendiffraktion das einzige zerstörungsfreie Verfahren, mit dessen Hilfe Eigenspannungen unabhängig von der Mikrostruktur bestimmt werden können.

Die Barrieren zum Einsatz in der Praxis liegen bei diesem Verfahren hauptsächlich in der starren und recht großen Sensorik, der extremen Anfälligkeit der Prüfsysteme auf parasitäre Einflüsse sowie dem hohen Kalibrieraufwand. Um diese zu überwinden, hat das Fraunhofer IKTS eine kleinere, kompaktere und robustere Prüftechnik entwickelt. Damit ist die Technologie weniger anfällig für Umwelteinflüsse. Darüber hinaus ist durch eine spezielle Sensorik ein breiterer Einsatz möglich und der Kalibieraufwand lässt sich durch eine komplexe Algorithmik deutlich reduzieren.

Technische Details

  • Applikation mit Standardsensorik oder alternativ mehrachsigen Sensoren oder Stromanregung
  • Übergabe der Rohdaten (Integral, Maximum, Mittelwert bzw. Koerzitivfeldstärke etc.)
  • Übergabe der kalibrierten Materialeigenschaften (Härte, Spannung, Restaustenit, Zementit etc.)
  • Messdienstleistungen sowie Konzeption und Aufbau individueller Prüftechnik bzw. Sensorik

Anwendungsfelder

  • Außeneinsätze unter rauen Umgebungseinflüssen mit Laborgeräten und robusten Handprüfgeräten
  • Werkstoffcharakterisierung während des Herstellungsprozesses
  • Bewertung des Spannungszustands von industriellen Großanlagen und Bauwerken

Leistungsangebot

  • Entwicklung kundenindividueller Sensorik und Prüftechnik
  • Vermietung von Prüfsystemen
  • Schulungen
  • Prüfdienstleistungen

nach oben

© Fraunhofer IKTS

Untersuchung an einer elektronischen Baugruppe mittels hochauflösender Röntgen-Laminographie.

© Fraunhofer IKTS

Röntgen-CT einer Einzeiger-Halsuhr, gefertigt um 1600 (Ausstellungsstück der Staatlichen Kunstsammlungen Dresden).

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. Sie ist ein ideales Verfahren, um Lufteinschlüsse, Risse und andere Materialinhomogenitäten innerhalb eines beliebig geformten Objekts sichtbar zu machen. Die Mikro-Computertomographie ermöglicht eine zerstörungsfreie dreidimensionale Prüfung von Objekten mit hoher räumlicher Auflösung.

Das Fraunhofer IKTS verfügt über eine Mikro-CT-Anlage, die je nach Kundenwunsch an die Prüfaufgabe angepasst wird. Dies gestattet sowohl die Untersuchung von sehr kleinen Komponenten wie Elektronikbauteilen als auch von großen Objekten wie Kunstgegenständen oder Fossilien.

Technische Details

  • 225 kV Mikrofokus-Röntgenröhre
  • 2048 x 2048 Pixel-Flächendetektor
  • Reale Auflösung: max. 1 μm
  • Probengröße: max. 60 cm (größte Ausdehnung)
  • Probengewicht: max. 6 kg

Anwendungsfelder

  • Material- und Produktentwicklung für die Elektronikindustrie und Medizintechnik
  • Prüfung von Massenteilen
  • Prüfung von archäologischen Funden und Kunstgegenständen

Hochauflösende CT-Laminographie

Die hochauflösende Computerlaminographie (High Resolution Computed Laminography, HRCL) ist ein neu entwickeltes Röntgentomographie-Verfahren des Fraunhofer IKTS. Es ermöglicht, kleine Bereiche insbesondere großflächiger und planarer Schaltungsträger hochaufgelöst und zerstörungsfrei zu untersuchen. Durch einen veränderten Messaufbau und einen optimierten Rekonstruktionsalgorithmus im Vergleich zur Mikro-CT stellt die hochaufgelöste Untersuchung von Leiterplatten beliebiger Größe nun kein Problem mehr dar. So können beispielsweise Steuerplatinen für die Automobil- oder Leistungselektronik sowie eingebettete Systeme zerstörungsfrei und ohne Präparationsaufwand analysiert werden.

Technische Details

  • 225 kV Mikrofokus-Röntgenröhre
  • 2048 x 2048 Pixel-Flächendetektor
  • Reale Auflösung: max. 900 nm
  • Probengröße: max. 60 cm (größte Ausdehnung), bei Prüfungen von Teilbereichen auch größer
  • Probengewicht: max. 6 kg

Anwendungsfelder

  • Schnelles Sichtbarmachen von Rissen in Fügestellen elektronischer Bauteile auf deren Schaltungsträger
  • Prüfung von in CFK-Platten eingebetteten Systemen

Röntgendiffraktion

Die Röntgendiffraktion ist ein Verfahren, mit dem das Fraunhofer IKTS die Zusammensetzung von Stoffgemischen bestimmt. Dabei wird Röntgenstrahlung an geordneten Strukturen wie Kristallen oder Quasikristallen gebeugt und die Beugungsintensitätsverteilung gemessen.

Darüber hinaus nutzt das Fraunhofer IKTS die Röntgendiffraktion für die Bestimmung von Eigenspannungen durch das Sinus2y-Verfahren. Dabei wird die Probe in einen Reflex um einen gewissen Bereich y (Psi) gekippt. Um die Verteilung der Eigenspannungen über den Prüfkörper zu bestimmen, wird an verschiedenen Punkten, mindestens aber in den extremen Bereichen (Ränder, Ecken und Mitte), gemessen. Da die Textur die Ergebnisse vieler Verfahren beeinflusst, liefert auch das Sinus2y-Verfahren nur zuverlässige Werte, wenn die zu untersuchende Schicht untexturiert ist. Deshalb werden an verschiedenen Punkten des Untersuchungsobjekts die Polfiguren für mindestens zwei verschiedene Reflexe aufgenommen. Aus den ermittelten Peak-Positionen lässt sich anschließend die Eigenspannung ableiten.

Anwendungsfelder

  • Bestimmung der Zusammensetzung von Stoffgemischen und von Eigenspannungen in der Material- und Produktentwicklung
  • Studien zur Ursachenklärung bei Bauteilfehlern

 

Röntgenzeile L100

Röntgenzeilendetektoren werden meist dann eingesetzt, wenn fortlaufende Güter zu untersuchen sind oder wenn die Größe des Objekts nur eine streifenförmige Beleuchtung zulässt, um unerwünschte Streustrahlung zu vermeiden. Der vom Fraunhofer IKTS entwickelte Zeilendetektor L100 wird aus kundenspezifischen Einzelschaltkreisen (ASIC) aufgebaut, sodass eine kostengünstige Fertigung und vielfältige Konfigurationen – insbesondere auch beliebige Größen – möglich sind. Zusätzlich arbeitet der neuartige Detektor direkt konvertierend. Dadurch steigen Auflösung und Geschwindigkeit im Gegensatz zum herkömmlichen Detektorprinzip deutlich an. Zudem können dank Einzelphotonendetektion die Röntgenphotonen hinsichtlich ihrer Energie bewertet werden. Dies ermöglicht »Dual Energy«-Anwendungen, bei denen Materialien in ihrer Zusammensetzung unterschieden werden.

Technische Details

  • Zeilenlänge: 102,4 mm
  • Auflösung: 100 μm
  • Energiebereich: 30 bis 200 keV und 2 bis 40 keV
  • Prüfgeschwindigkeit: bis zu 50 m/s

Anwendungsfelder

  • Inline-Qualitätssicherung und Materialklassifikation für:
  • Lebensmittelindustrie und Pharmazie
  • Kleinteil-/Halbzeugfertigung

nach oben

© Fraunhofer IKTS

OCT-Querschnittsbild einer Schweißnaht mit Luft- und Partikel-Einschlüssen.

Optische Verfahren

 

Optische Kohärenztomographie

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. Das nicht-invasive, tomographische Bildgebungsverfahren ermöglicht es, die Topographie von Oberflächen und inneren Strukturen in streuenden Medien sichtbar zu machen. Dazu wird das Untersuchungsobjekt mit breitbandigem, nahinfrarotem Licht bestrahlt und das Streulicht spektroskopisch verarbeitet.

Die Optische Kohärenztomographie erlaubt dabei Prüfungen in Echtzeit und ohne direkten Kontakt mit der Probe. Sie besticht zudem durch hohe Messgeschwindigkeiten, die die Erfassung volumetrischer Untersuchungsbereiche innerhalb weniger Sekunden ermöglicht. Diese Vorteile qualifizieren das Verfahren als einen effizienten und kostengünstigen Ansatz zur Inline-Defekterkennung (z. B. Siegelnahtprüfung) sowie zur Fremdkörperdetektion in Bulk-Materialien in verschiedensten Industriezweigen. Das Messverfahren kann für diverse Anwendungen adaptiert und für die jeweiligen Anforderungen optimiert werden.

Technische Details

  • 3D-Bildgebungsverfahren für semitransparente Materialien
  • Messbereich: 40 x 40 cm²
  • Auflösung: < 10 μm
  • Hohe Eindringtiefe: 1 bis 3 mm
  • Hohe axiale Auflösung: 0,5 bis 15 μm
  • Nicht-invasives, berührungsfreies Messverfahren
  • Keine ionisierende Strahlung
  • Mehr als 30 Querschnittsbilder pro Sekunde

Anwendungsfelder

  • Produktprüfung und Prozessüberwachung für:
  • Kunststoff- und Verpackungsindustrie
  • Keramikindustrie
  • Elektronikindustrie
  • Additive Fertigungsverfahren
  • Nahrungsmittelindustrie
  • Rolle-zu-Rolle-Prozesse

Leistungsangebot

  • Statische und dynamische Schichtdickenmessung
  • Dreidimensionale Strukturvisualisierung (Oberfläche und innere Struktur)
  • Entwicklung kundenspezifischer Prüfsysteme
  • Weiterentwicklung von Messalgorithmen und Bildauswertung
  • Integration in bestehende Anlagen

nach oben

© Fraunhofer IKTS

Automatisiertes Inline-Prüfsystem auf Basis der Laser-Speckle-Photometrie.

Laser-Speckle-Photometrie

Die zeitaufgelöste Laser-Speckle-Photometrie (LSP) ist ein neues, am Fraunhofer IKTS entwickeltes Verfahren, mit dem Bauteiloberflächen charakterisiert werden können. Es basiert auf der Auswertung der zeitlichen Veränderung von Speckle-Mustern, die sich bei mechanischer oder thermischer Anregung der Prüfobjekte entwickeln. Dabei kann die Anregung sowohl aus dem Prozess selbst kommen (z. B. Schweißwärme) als auch durch gezieltes Einbringen (z. B. Wärme oder mechanischen Spannungen) während eines Prüfprozesses.

Das berührungslose Verfahren zeichnet sich durch einen einfachen, robusten Aufbau und im Vergleich zu konkurrierenden Messmethoden durch geringe Kosten aus. Die extrem kurzen Messzeiten prädestinieren es für den Inline-Einsatz in der industriellen Produktion und für In-situ-Messungen bei Wartungs- und Reparaturaufgaben. Die Laser-Speckle-Photometrie verfügt über eine hohe Empfindlichkeit für Out-of-plane- und In-plane-Verschiebungen. Im Vergleich zu anderen Techniken, die sich auf die Verzerrung der gesamten Speckle-Muster oder der Fringes konzentrieren, wird bei der Laser-Speckle-Photometrie die räumlich-zeitliche Dynamik der Speckle gemessen, die durch die Intensitätsänderung jedes einzelnen Pixels im Kamerasensor hervorgerufen wird. Durch eine bestimmte Korrelationsfunktion kann die Wechselwirkung zwischen Speckle-Dynamik und dem Zustand der Probe ermittelt werden. Um Kenngrößen wie Porosität, Spannungen und Defekte zu bestimmen, wird ein kundenspezifisches Korrelationsmodell anhand von Referenzwerten, Prozessbedingungen und Werkstoffkennwerten herangezogen.

Technische Details

  • Für alle nicht spiegelnden Werkstoffe anwendbar
  • Bauraumgröße: unbegrenzt, homogene Ausleuchtung einer Fläche bis 100 x 100 mm², größere Flächen werden rasternd geprüft
  • Laterale Auflösung: 10 μm (Metall) bis 100 μm (Keramik)
  • Messgeschwindigkeit: 20 Messwerte/Sekunde, 30 Bilder/Minute

Anwendungsfelder

  • Prozessüberwachung schneller Fertigungsabläufe, z. B. Inline-Werkstoffcharakterisierung bei additiven Fertigungsverfahren
  • Bauwerksüberwachung (Spannungen und Defekte)
  • Inline-Monitoring biotechnologischer Prozesse

Leistungsangebot

  • Entwicklung kundenspezifischer LSP-basierter Prüfsysteme
  • Vor-Ort-Messservice
  • Geometrische Vermessung von elektronischen Bauteilen
  • Auftragsforschung

nach oben

© Fraunhofer IKTS

Hardwaremodul zur Mustererkennung.

© Fraunhofer IKTS

Robotergestützte Messungen und KI-basierte Datenauswertungen erweitern das Einsatzspektrum von ZfP-Verfahren.

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. Das Fraunhofer IKTS optimiert etablierte und neue ZfP-Verfahren, um Kunden gezielt Wege zur Nutzung dieser wertvollen Informationen aufzuzeigen.

 

Mustererkennung

Mit der Mustererkennung können Prüfobjekte anhand ihrer Messsignale klassifiziert werden, z. B. aktiv oder passiv gewonnene akustische Signale, Bilder oder andere Parameter wie Temperaturwerte. Das Augenmerk der Mustererkennung liegt darauf, diesen komplexen Daten eine Bedeutung zuzuordnen, z. B. »Das Zahnrad ist fehlerfrei« oder »Das Ventil hat 80 % seiner Lebenszeit erreicht«. Das Fraunhofer IKTS besitzt seit vielen Jahren umfangreiche Erfahrungen auf dem Gebiet der Mustererkennung. Die entwickelten Algorithmen wurden bereits in vielfältigen Anwendungen, u. a. im Maschinenbau sowie in der Automobil-, Glas-, Papier-, Textil- und Uhrenindustrie, erfolgreich erprobt und eingesetzt. Zusätzlich zur PC-basierten Lösung wurde ein autarkes und modulares Gerät für mobile Messungen entwickelt, an das sich verschiedene Sensoren oder Mikrofone anschließen lassen.

Technische Details

  • Unabhängig von Prüfverfahren, Messprinzip und Art der verwendeten Sensoren
  • Kombination verschiedener Sensordaten möglich

Anwendungsfelder

  • Gut-/Schlechtanalysen
  • Lebensdauervorhersagen
  • Erkennung von Rissen, Einschlüssen und Einschlägen
  • Verschleißmonitoring
  • Zustandsüberwachung von Bauteilen, Maschinen und Anlagen
  • Überwachung von Produktionsprozessen

 

Maschinelles Lernen

Maschinelles Lernen dient als Teilgebiet der künstlichen Intelligenz dazu, aus einer vorhandenen, meist umfangreichen Datenmenge zu lernen. Dieser Prozess erfolgt nicht durch »Auswendiglernen«, sondern durch das Erkennen von Mustern und Gesetzmäßigkeiten in bekannten Beispielen, den Trainingsdaten. Im Trainingsprozess werden dazu verallgemeinerte Modelle gebildet, mit denen neue ungesehene Daten klassifiziert werden können. Das Fraunhofer IKTS verwendet dafür spezielle Maschinenlernverfahren, wie Deep Learning zum Training tiefer neuronaler Netze (DNN), Expectation-Maximization-Algorithmus (EM) für Hidden-Markov-Modelle (HMM) oder konvexe Optimierung für Support-Vector-Machines (SVM). Eine besondere Trainingssoftware ermöglicht ein einfaches Lernen neuer Modelle, beispielsweise für weitere Serien des gleichen Bauteils oder vergleichbare Bauteile.

Leistungsangebot

  • Erkenner- und Trainingssoftware
  • Hardwaremodule
  • Datenanalyse und -auswertungen
  • Kundenspezifische Entwicklung von Gesamtsystemen

 

ZfP-Assistenzsysteme

Einen weiteren Schwerpunkt im Kontext von Industrie 4.0 stellen Assistenzsysteme dar, die den Menschen im Umgang mit Technik unterstützen sollen. Das Fraunhofer IKTS entwickelt hierfür eine kognitive Benutzerschnittstelle zur Steuerung von Prüfsystemen. Diese ermöglicht einen natürlichsprachlichen Dialog mit dem Prüfsystem. Somit benötigt der Prüfer weder Vorwissen, noch muss er Kommandos lernen. Sie passt sich selbstständig an die Arbeitsweise des Prüfers und an die Prüfaufgaben an. Darüber hinaus lernt sie das individuelle Nutzerverhalten und ist über verschiedene Kommunikationsmöglichkeiten (z. B. Sprache) steuerbar. Damit wird Prüfern bei einem erschwerten Zugang zum Prüfkörper oder unter komplizierten Umgebungsbedingungen (z. B. verstrahltes Umfeld) die Bedienung des Prüfgeräts erleichtert.

Die am Fraunhofer IKTS entwickelte kognitive Benutzerschnittstelle hat den Vorteil, dass sie autark ist. Sie benötigt weder Internetanbindung noch Funknetz. Zudem nutzt das Hardwaremodul keine Ressourcen des Prüfgeräts. Die Daten werden lediglich auf dem Gerät gehalten und nicht an externe Server oder eine Cloud von Drittanbietern übertragen, was absolute Datensicherheit gewährleistet. Damit ist es auch für vertrauenswürdige und lokale Anwendungen mit sensiblen Daten geeignet.

Technische Details

  • Ohne Funknetzwerk- oder Internetverbindung einsetzbar
  • Keine Übertragung der Nutzerspracheingaben an Server eines Drittanbieters
  • Ermöglicht berührungslose (»hands and eyes free«) Kommunikation Anwendungsfelder
  • Wartung, Reparatur und Betrieb (MRO) in:
  • Technischen Großinfrastrukturen
  • Luftfahrt
  • Industrie- und Anlagentechnik
  • Mensch-Maschine-Interaktion
  • Steuerung von Geräten und Anlagen
  • Leistungsangebot
  • Erkennersoftware
  • Hardware
  • Trainingssoftware
  • Kundenspezifische Entwicklungen

nach oben