Qualitätssicherung/Zerstörungsfreie Prüfverfahren

Fraunhofer IZFP entwickelt akustisches Sensorsystem zur Endkontrolle

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Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP in Saarbrücken haben ein Sensorsystem entwickelt, welches anhand einer akustischen Geräuschbewertung, ähnlich dem menschlichen Gehör, Fehler oder Unregelmäßigkeiten in Anlagen und Maschinen schnell und zuverlässig erkennen kann. Der amerikanische Landtechnik-Hersteller John Deere prüft mit dem hörenden Sensorsystem AcoustiX bereits erfolgreich seine Mähdrescher-Schneidwerke.

Inhaltsverzeichnis

1. Intelligentes und schnelles Analyseverfahren für vielseitige industrielle Einsatzbereiche
2. Fraunhofer IZFPs Angebot an Dienstleistungen

 

Sind Großmaschinen und Anlagen bereits im Betrieb, können Defekte oder fehlerhaft montierte Komponenten zum Ausfall von Maschinen und somit zu Produktionsstillständen sowie wirtschaftlichem Verlust führen. Daher ist eine Qualitätssicherung bereits vor der Inbetriebnahme beziehungsweise nach der Endmontage von Anlagen und Maschinen von erheblicher Bedeutung. Forscher des Fraunhofer IZFP haben sich intensiv mit den Fragen beschäftigt, welche Möglichkeiten gibt es, um die korrekte Montage und Funktion von Anlagen oder Maschinen verlässlich und ohne großen Aufwand zu erkennen. Auf diesen Überlegungen aufbauend, haben sie eine objektive Prüflösung entwickelt, die zur Montageendkontrolle sowie zur dauerhaften Qualitätsüberwachung von sich bewegenden oder rotierenden Maschinen und Anlagen eingesetzt werden kann.

Maschinen und Anlagen erzeugen im Betrieb charakteristische Schwingungen und damit Geräusche. Diese geben Auskunft über die Qualität, da Montagefehler oder sonstige Defekte oftmals eine Veränderung der „normalen“ Betriebsgeräusche verursachen. Häufig ist Montagepersonal mit einem guten „Gehör“ und langer Erfahrung mit dieser Prüfaufgabe betraut. Das menschliche Gehör unterliegt allerdings einer gewissen Subjektivität: Es ermüdet nach einer bestimmten Zeit oder wird durch Umgebungslärm negativ beeinflusst. Auf dem Markt verfügbare akustische Prüfsysteme können zwar objektiv auffällig schwingende oder klingende Erzeugnisse erkennen, benötigen aber oft eine aufwändige, explizite Kalibrierung an repräsentativen Bauteilen. Darüber hinaus wird das Geräusch- oder Schwingungsverhalten in der Regel auf wenige akustische Kenngrößen wie Frequenz oder Amplituden reduziert. Bereits geringe konstruktive Anpassungen erfordern eine erneute Kalibrierung, da die Prüfung sonst eventuell nicht mehr zuverlässig ist.

Intelligentes und schnelles Analyseverfahren für vielseitige industrielle Einsatzbereiche

Zur Lösung des Problems hat ein Forscherteam am Fraunhofer IZFP AcoustiX entwickelt, ein akustisches Sensorsystem mit kognitiver Signalauswertung. Der kognitive Ansatz ähnelt der subjektiven Geräuschbewertung durch einen Menschen, liefert jedoch objektive und reproduzierbare Ergebnisse. AcoustiX nutzt die Daten individuell angepasster akustischer Sensoren, die direkt an der Maschine angebracht werden oder berührungslos über Mikrofone Schwingungen oder Geräusche von Maschinen oder Anlagen erfassen. Fehler oder Unregelmäßigkeiten werden automatisiert analysiert und schließlich protokolliert. Dazu werden die Signale digitalisiert, anschließend in zeitlich kurze Segmente eingeteilt, gefiltert und transformiert. Abschließend werden aufeinanderfolgende Signalabschnitte mit geeigneten mathematischen Methoden verglichen. Unerwartete Schwingungen oder Geräusche ergeben charakteristische Unterschiede zwischen den Segmenten, was vom System entsprechend angezeigt wird. Die entwickelten Algorithmen benötigen kein Vorwissen. Lediglich zur grundlegenden Softwareparametrisierung sind einige Vergleichssignale erforderlich. Die Algorithmen spüren somit Auffälligkeiten ohne aufwändiges Anlernen auf. Auf Grundlage der Signalauswertung können innerhalb von nur wenigen Minuten gezielte Aussagen über die korrekte Montage und Funktion der Anlage oder Maschine getroffen werden.

Das hörende Sensorsystem der Fraunhofer-Forscher ist nicht nur für die Kontrolle von Schneidwerken ausgelegt, sondern für unterschiedliche, industrielle Anwendungen. In allen Bereichen, in denen die Montageendkontrolle oder die dauerhafte Betriebsüberwachung wichtig sind, kann das System genutzt werden. Damit reichen die Einsatzgebiete vom Überwachen großer, autonom betriebener Maschinen und Anlagen bis hin zur Qualitätsbewertung einzelner Baugruppen, die unter anderem auf Prüfständen betrieben werden. „Der Entwicklungsfokus liegt insbesondere auf unseren Algorithmen. Diese können ohne großen Aufwand auch in bereits bestehende Prüfsysteme integriert und kundenspezifisch angepasst werden“, erklärt Matthias Heinrich, Wissenschaftler am Fraunhofer IZFP. Für Kooperationspartner des Instituts ist dabei folgendes von Nutzen: Die Akkreditierung des Fraunhofer IZFP umfasst in der flexiblen Akkreditierung die Validierung von neuentwickelten zerstörungsfreien Prüfverfahren und -methoden und die Validierung von zerstörungsfreien Prüfverfahren und -methoden außerhalb des Anwendungsbereiches von Normen. Der Einsatz beim Kunden kann sofort nach der Validierung erfolgen, ohne vorher die Zustimmung des Akkreditierers zu erhalten. Die Vorteil sind die Anwendung von Verfahren und Methoden auf Augenhöhe zu Normanwendungen und erhebliche Zeitersparnis gegenüber der Normung. Diese Vorgehensweise liefert den Know-How-Vorsprung.

AcoustiX ist bereits erfolgreich bei John Deere zur permanenten Qualitätsüberwachung von Mähdrescher-Schneidwerken im Industrieeinsatz und wird zurzeit begleitend für die Serienfertigung validiert. Mittelfristiges Ziel der Forscher ist die exakte Fehlerlokalisierung sowie die detaillierte Bestimmung der Fehlerart durch intelligente Algorithmen und Analysemethoden. mc

www.izfp.fraunhofer.de

Details zum Dienstleistungsangebot des Fraunhofer IZFP im Bereich Qualitätssicherung
http://hier.pro/uIIk8


PLUS

Fraunhofer IZFPs Angebot an Dienstleistungen

Über diese industrietauglichen, akkreditierten Dienstleistungen und Kompetenzen verfügen die Forscher:

  • Kompetenzbescheinigung des akkreditierten Prüflabors entsprechend DIN EN ISO / IEC 17025, (neue) zerstörungsfreie Prüfverfahren für die industrielle Prüfpraxis zu qualifizieren und validieren.
  • Schneller Transfer bis zur Marktreife und Möglichkeit für den qualifizierten, normenkonformen Einsatz in industriellen Anwendungen sowohl für komplette Neu-Entwicklungen (Eigenentwicklungen) oder für maßgeschneiderte Anpassungen innovativer ZfP-Technologien auch in bisher nicht genormten Aufgabenfeldern.
  • Zertifizierung des zugehörigen Qualitätsmanagementsystems nach DIN EN ISO 9001.

http://hier.pro/L51Ve

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