Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Inline-Qualitätskontrolle bei der Extrusion mittels Luftultraschall-Tomografie

Die Methoden des Luftultraschalls und der Kontakt-Ultraschall-Tomografie sind in den letzten Jahren aufgrund von Fortschritten in der Geräte- und Softwaretechnik zu praxistauglichen Prüfverfahren avanciert. Die Luftultraschall-Tomografie steckt dahingegen noch in den Kinderschuhen, bietet jedoch das Potential, sich zu einer zukunftsträchtigen, berührungslosen Prüfmethode in der Extrusionsüberwachung und in der Qualitätssicherung von Bauteilen zu entwickeln.

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist in Zusammenarbeit zwischen dem Kunststoff Zentrum SKZ und der Ruhr Universität Bochum die Entwicklung eines Luftultraschall-Tomografie-Systems für eine kontinuierliche Überwachung bei der Kunststoffextrusion. Dabei sollen in enger Abstimmung mit dem projektbegleitenden Ausschuss anwendungs- und industrierelevante Aspekte wie z. B. Extrusionsgeschwindigkeit und Produktgeometrie berücksichtigt werden. Im beabsichtigten Systemaufbau rotieren die Ultraschallkomponenten um das zu prüfende Objekt, welches sich kontinuierlich durch die Messapparatur fortbewegt. Mittels mehrerer Ultraschallwandler sollen transmittierte und reflektierte Schallanteile aufgenommen und verarbeitet werden. Besonderer Fokus wird auf der Datenanalyse und Algorithmusentwicklung liegen, z. B. durch Verwendung optimierter Filter und Wellenformsequenzen basierend auf konvexer Optimierung. Um diese kontrolliert testen zu können, wird das System und die Datenanalyse zunächst an eigens hergestellten Bauteilen mit speziell eingefügten Fehlstellen erprobt. Weiterhin werden die Einflüsse industrierelevanter Rahmenbedingungen wie z. B. Temperaturschwankungen auf die Messergebnisse quantifiziert.

Durch einen zielgerichteten Transfer des gewonnenen Wissens in die Industrie soll das Forschungsvorhaben insbesondere KMUs, welche die Hauptgruppe der Systemanbieter und -nutzer von Luftultraschallsystemen sowie der kunststoffverarbeitenden Industrie in Deutschland darstellt, zugutekommen und deren Wettbewerbsfähigkeit stärken.

Ergebniszusammenfassung:

In diesem Forschungsprojekt wurden erfolgreich Ergebnisse erzielt, welche zur weiteren Entwicklung eines kommerziellen Luftultraschall-Tomografie-Systems, mit Fokus auf der Extrusions- und Kunststoffbranche, beitragen werden. Die Projektergebnisse kommen zudem Ultraschall-Systemanbietern und Nutzern von Luftultraschallsystemen im Allgemeinen zugute, darunter u. a. Dienstleister im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung sowie kunststoffverarbeitenden Unternehmen. Als Beitrag zur Verbreitung von Verfahren der ZfP tragen die Ergebnisse dieses Forschungsprojektes zum einen zu Kosteneinsparungen durch die allgemeinen Vorteile von ZfP-Verfahren wie etwa verbesserte Produktqualität, geringerer Ressourcenverbrauch und erhöhter Einblick in Produktionsprozesse bei. Zum anderen liefern die Ergebnisse den KMU einen Überblick über die Möglichkeiten einer tomografischen Messdatenerfassung im Bereich der Ultraschalltechnik, der automatisierten Defektdetektion sowie grundlegende Informationen über die Nutzung künstlicher Intelligenz zur Fehleridentifikation in B- und C-Scans von Ultraschallmessdaten.

Weiterhin wird die Wahrnehmung der luftgekoppelten Ultraschalltechnik als leistungsfähiges ZfP-Verfahren erhöht, wovon Dienstleister im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung durch Gewinnung neuer Kunden profitieren können. Auch kunststoffverarbeitende Unternehmen können einen Nutzen aus den in diesem Forschungsprojekt gewonnenen Ergebnissen ziehen, da die hier gewonnenen Informationen Hilfestellungen bei der Auswahl und Anwendung von Ultraschallsystemen und Ultraschallwandlern bieten. Durch Nutzung dieser Informationen ergeben sich unmittelbar Steigerungen der Wirtschaftlichkeit und der Produktqualität.