Anwendungsbereiche

Methodenentwicklung für neue Anwendungen in der klassischen ZfP

Der Energie- und Mobilitätssektor als klassisches Anwendungsfeld der ZfP unterliegt aktuell massiven Veränderungen. Stetig werden neuartige Werkstoffe und Verbundmaterialien sowie Bauteile mit optimierten Eigenschaften realisiert. Neue Herstellverfahren wie die additive Fertigung entwickeln sich rasant. Dies führt zu verändertem Werkstoffverhalten, besonderen Eigenschaften, neuen Defekttypen und gestiegenen Anforderungen an die Prüfbarkeit mittels zerstörungsfreier Methoden.

Das Fraunhofer IKTS beschäftigt sich daher intensiv mit der Anpassung bestehender Prüfverfahren. Bekannte Verfahren werden durch neue Elektronik, Sensorkonzepte oder Software verbessert, um sie kontinuierlich für eine robotergestützte Prüfung weiterzuentwickeln. Dies wird besonders am Beispiel der Ultraschallprüfgeräte der PCUS^®-Familie deutlich. Ein anderer Ansatz besteht in der Kombination bekannter Verfahren für eine verbesserte Informationsausbeute mittels Datenfusion.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung gänzlich neuer Methoden. Ein Beispiel dafür ist das Ultraschallgoniometer HUGO. Mit der neu entwickelten Goniometermethode kann die Messsensitivität des Prüfsystems extrem erhöht werden, sodass sich Materialeigenschaften wie Verfestigungen oder Spannungen exakt bestimmen lassen.

Eine dritte Strategie basiert auf dem Einsatz von Augmented-Reality-Lösungen und Exoskeletten, um manuelle Prüfaufgaben zu unterstützen. Produktionsdaten werden direkt in die AR-Anwendung integriert und dadurch Fehlerraten in der Produktion gesenkt und die Arbeitsproduktivität gesteigert.

Integrierte Qualitätskontrolle für Prozesse und Anlagen

Um einzelne Fertigungsschritte oder komplette Prozesse effizient in engen Toleranzen und fehlerfrei zu fahren, ist es wichtig, kritische Bauteilparameter kontinuierlich zu überwachen. Hierbei kann die Sensortechnik des IKTS nicht nur an Maschinen angebracht werden, sondern auch direkt in Bauteile integriert oder in Prozessen mitgeführt werden.

ZfP-Methoden bieten über ihre direkte Signal-Materie-Interaktion einen hervorragenden Ansatz, Informationen zu Festigkeit, Struktur oder Defektfreiheit zu gewinnen. Über diese Informationen lässt sich in Verbindung mit Maschinen- und Umweltparametern zunächst eine Regelung auf Maschinenebene realisieren. Werden Daten auf Prozess- oder Fabrikebene anschließend zusammengefasst, können Produktionsprozesse mit Blick auf Ausbringung, Kosten und Energieverbrauch optimiert werden. Im Detail sind dazu auch Datenraten der Sensorsignale und eine eventuelle Vorverarbeitung (edge processing) der Signale zu betrachten.

Das Fraunhofer IKTS verfügt über besondere Erfahrungen im Bereich der akustischen Überwachung. Filter und mathematische Transformationen sind entscheidende Schritte vor einer Auswertung oder Klassifikation mit Methoden des maschinellen Lernens.

Methoden und Systeme zur permanenten Überwachung von Bauteilen und Strukturen

Kritische Elemente der Energie-, Gebäude- und Verkehrsinfrastruktur wie Windkraftanlagen, Brücken, Gleise, Züge oder Flugzeuge müssen regelmäßig überwacht und zustandsabhängig gewartet werden. Erschwerte Zugänglichkeit, große Entfernungen und harsche Umweltbedingungen beeinträchtigen dabei eine exakte Bewertung. Zudem verursacht der Einsatz von Personal hohe Kosten.

Als alternativen Ansatz entwickelt das Fraunhofer IKTS Methoden und Systeme zur permanenten Zustandsüberwachung auf Basis aktiver und passiver akustischer Verfahren. Dabei werden besonders robuste, langlebige sowie zuverlässige Sensoren und Elektronik fest in die Bauteile integriert. Dort verbleiben sie idealerweise über die gesamte Lebensdauer und liefern in zu definierenden Abständen Daten über den Zustand des Bauteils oder Systems. Dabei werden auch Aspekte der Energieversorgung bzw. -autarkie, Datenabfrage und sicheren Übertragung betrachtet. Dieser innovative Lösungsansatz kann verschiedene Kosten-Nutzen-Szenarien aus Sicht der in der Wertschöpfungskette agierenden Akteure abbilden.