Förderprojekte

Entwicklung einer inlinefähigen vollautomatischen Qualitätskontrolle für Geometrie und Material bei Miniaturbauteile mittels resonanter Ultraschall- Spektralanalyse

RSUA

Themenbereich: ZfP
01.09.2018 – 31.08.2020
Projektleiter: Dr. Jana Klammer

Projektziel

Ziel  ist  es  eine  Ultraschall-Prüfmethode  zu entwickeln,  um  mit  hoher  Reproduzierbarkeit  Bauteile  mit  kleinen  Abmessungen  anhand  des Signalverlaufs  einer  Schallwelle  im  Bauteil  zu  charakterisieren.  Durch  die  Analyse  von stehenden  Ultraschallwellen  können  sehr  sensitiv  Änderungen  vom  Sollzustand  im  Bauteil detektiert werden. Dies können Formabweichungen und innere Defekte, wie Risse, Brüche oder Fehlstellen sein. Gleichzeitig lassen sich auf Basis dieser Technologie auch Fehler in der Fertigung detektieren. Die Technologie erlaubt eine serientaugliche Messung mit kurzen Messzeiten für verschiedene Materialien. Eine großserientaugliche 100-Prozent-Prüfung mit kurzen Taktzeiten ist dabei das Ziel.

Arbeitsschwerpunkte

Im Kooperationsprojekt werden verschiedene Anregungsverfahren untersucht und geeignete Frequenzbereiche zur zuverlässigen Detektion ermittelt. Technologische Optimierungen eines Laboraufbaus führen zu einem offline-Demonstrator. Eine automatische Detektion von Geometrieabweichungen und Ungänzen wird entwickelt, die mit definierten Gutteilen angelernt wird. Die Zuverlässigkeit der Detektion wird untersucht.

Produktionstaugliches, elektronisches Prüfsystem zur Fertigungsüberwachung von Kunststoff-Leichtbauteilen

ifUS

Themenbereich: ZfP
01.10. 2017 bis 31.03.2020
Projektleiter: Dr. Ralf Steinhausen

Motivation

Koppelmittelfreie  Ultraschallprüfverfahren  zur  Qualitätskontrolle  von  neuen  Kunststoffmaterialien wie CFK und GFK sowie Verbundwerkstoffen gewinnen in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung. Wurde die Qualität bislang hauptsächlich im Labor geprüft, so stellt sich jetzt die Frage nach Qualitätskontrollen in der Produktion.

Sandwichplatten werden heute für den Bau von Industriebauten (Dachelemente, Wandelemente), für Reinräume in der Halbleiterindustrie, für Wohnhäuser, für Fassaden, auch zur Dämmung für energiesparendes Bauen und für den Fahrzeugbau (auch Boote und Wohnwagen) eingesetzt. Mit Hilfe des neu entwickelten Messsystems werden in der Qualitätssicherung der Sandwichplattenindustrie eine deutliche Zeit- und damit auch Kostenersparnis erreicht.

Schaumbasierte Materialien zu prüfen ist wichtig, weil Fehler in der Dämmschicht die Dämmeigenschaften des Bauteils reduzieren und auf lange Sicht zu dessen Schädigung führen. Allerdings sind PUR-Werkstoffe auf Grund ihrer hohen akustischen Dämpfung für Ultraschallwellen bislang nicht prüfbar gewesen.

Ziele und Vorgehen

Ziel des Vorhabens ist die Erforschung eines mehrkanaligen, leistungsstarken Ultraschallwandlers mit integrierter Prüfelektronik und entsprechender Auswertesoftware für eine schnelle, zerstörungsfreie  Prüfung  von  Verbundwerkstoffen  in  rauer  Industrieumgebung.

Einseitige koppelmittelfreie Ultraschall-Prüfung mit subtraktiver Frontechokompensation

SuFEK

Themenbereich: ZfP
01. Juni 2016 – 31. Mai 2018
Projektleiter: Dr. Mario Kiel

Die Luftultraschallprüfung ist eine berührungslose und koppelmittelfreie Prüfmethode bei der Bauteile zerstörungsfrei untersucht werden können. Das Potential liegt insbesondere bei starkdämpfenden Leichtbaumaterialien. Im Projekt soll ein neuartiger Ansatz auf seine Anwendungstauglichkeit im Industriebereich getestet werden. Dabei befinden sich der Sendewandler und zwei Empfangswandler auf der gleichen Seite des Prüfobjektes. Das dabei auftretende sehr laute Frontwandecho wird durch eine Differenzmessung zwischen den beiden Empfängern kompensiert, um nur die Information aus dem Inneren des Bauteils auswerten zu können.

Technologiekommunikation durch Multiplexe Mediengestaltung

TechKo-MuM

Themenbereich: ZfP
01. Januar 2018 bis 31. Oktober 2018
Projektleiter: Dr. Christoph Pientschke

Im Projekt TechKo-MuM wurde die Internetplattform
https://www.luftultraschall.de/ inhaltlich und gestalterisch entwickelt. Das Thema Luftgekoppelter Ultraschall wird darin von verschiedenen Seiten aus für eine breite Zielgruppe beleuchtet. In der Zusammenarbeit mit Grafikern hat das Forschungszentrum Ultraschall vielfältige (multiplexe) Ansätze verfolgt, Wissen aufzubereiten. Fachlich fundiert und ansprechend gestaltet ist so eine anregende Seite entstanden, die verschiedene Zugänge zum Thema ermöglicht. So können die Nutzerinnen und Nutzer

• erkunden, wie Luftultraschallprüfung funktioniert
• kennenlernen, für welche Prüfaufgaben Luftultraschall geeignet ist
• anwendungsrelevante Informationen finden,
• begreifen, wie die Physik der mechanischen Wellen funktioniert.

Charakterisierung akustischer Parameter von Schlauchmaterialien sowie deren zeitliche Veränderung und Erforschung von Methoden zur Kompensation der Einflüsse beim Einsatz von Clamp-on Ultraschallsensoren in der Medizintechnik und Biotechnologie

CaPS

Themenbereich: Medizintechnik
01. August 2017 bis 31. Juli 2020
Projektleiter: Dr. Jana Klammer

Clamp-on  Ultraschall-Sensoren  ermöglichen  die  nicht-invasive  Charakterisierung von Flüssigkeiten, z. B. Blut, durch die Schlauchwand hindurch. Von besonderem Interesse sind hier die Blasendetektion  und  die  Durchflussmessung.  Damit können  vielfältige  Anwendungen  in  der Medizintechnik,  im  Pharmabereich, Lebensmittelverarbeitung,  Biotechnologie  aber  auch  in  der chemischen  Industrie gelöst  werden.  Überall  dort,  wo  Einweg-Artikel  (Disposable),  wie  z. B. Schläuche  oder  Tropfkammern  zwingend  verwendet  werden  müssen,  bieten sich  die Ultraschallverfahren besonders an, da kein direkter Kontakt mit dem Medium (Fluid) erforderlich ist.

Die Qualität der Messung bzw. die einfache Handhabung wird durch die wechselnde Qualität der verwendeten  Schläuche  und  deren  Form-  und  Materialbeständigkeit im  Einsatzzeitraum beeinträchtigt. Ziele des geplanten Forschungsprojektes sind deshalb:

1. Erhöhung der Genauigkeit und Reproduzierbarkeit bestehender Messsysteme durch Erforschung geeigneter Methoden zur Erfassung von Materialänderungen und deren Kompensation
2. Damit  verbundene  Verbesserung  der  Sensorik  für  den  Einsatz  in  neuen Anwendungsgebieten, wie beispielsweise sehr  kleine  /  sehr  große  Schlauchdurchmesser; spezielle Schlauchmaterialien;  große  Umwelteinflüsse  (aggressive  Medien,  hohe Temperaturen)

Prozess- und Qualitätsüberwachung in der Polymerschaumextrusion mittels Luftultraschall

Schaum

Themenbereich: ZfP
01. Juni 2020 bis 31. Mai 2022
Projektleiter: Dr. Mario Kiel
IGF-Vorhaben: 21035 BG/02

Rohdichte und Zellgröße sind die charakteristischen Kenngrößen von polymeren Schäumen, die maßgeblich deren Qualität und damit Einsatzfeld bestimmen. Bei der Herstellung wird eine Prozessführung von Faktoren wie z. B. Chargenwechsel, Temperaturschwankungen oder Werkzeugverschleiß beeinflusst. Dies wiederum schlägt sich in den charakteristischen Kenngrößen des geschäumten Polymerwerkstoffes nieder. Die erforderliche Kontrolle der Kenngrößen geschieht bis dato überwiegend offline und zerstörend. Eine Inline-Prozessüberwachung der entscheidenden Parameter Rohdichte und Zellgröße im laufenden Schaumextrusionsprozess ist bislang nicht möglich.

Die Luftultraschall(LUS)-Technologie ist, bedingt durch zahlreiche Alleinstellungsmerkmale im Bereich der Charakterisierung von Schäumen, besonders erfolgsversprechend. Vorteile dieser Technologie liegen z. B. in einer zerstörungsfreien und berührungslosen Arbeitsweise, die im Vergleich zu Röntgenstrahlung nicht ionisierend und nicht gesundheitsgefährdend ist. Da die verwendeten Frequenzen in der LUS-Technologie niedriger sind als in der konventionellen Ultraschalltechnologie können auch dickere Schaumstrukturen durchdrungen werden. Im Gegensatz zur Terahertz-Technologie zeichnet sich die LUS-Technik durch niedrigere Systemkosten und geringere Messzeiten aus. Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines LUS-Messstandes zur kontinuierlichen Prozessüberwachung in der Schaumproduktion, um inline wertvolle Informationen wie die mittlere Zellgröße und Rohdichte zu ermitteln.

Das Projekt wird im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) mit dem SKZ Würzburg durchgeführt.