Messtechnik

Die Messtechnik durchdringt nahezu alle Lebensbereiche. Ob in der Fertigung, der Medizin, der Umwelttechnik oder der Sicherheitstechnik – überall ist die Erfassung von physikalischen, chemischen oder biologischen Größen erforderlich. So lassen sich einerseits Fertigungsprozesse optimieren und andererseits Heilungsvorgänge überwachen. In der Produktionstechnik sind optische Messsysteme wesentlicher Teil der Industrie 4.0- Konzepte, für die am Fraunhofer ILT kompakte und robuste Lösungen entwickelt werden. Das Spektrum reicht von plasmagestützter Materialanalytik über die interferometrische Geometrievermessung bis hin zur flächigen Temperaturanalyse, die beispielsweise in der additiven Fertigung Anwendung findet.

Gemeinsam mit Anlagenherstellern werden Systeme zur Inline-Prozesskontrolle entwickelt, um Prozessparameter zu optimieren und die Fertigungsqualität zu sichern. Dies ermöglicht eine 100%-Kontrolle der Bauteile und das Einhalten besonders geringer Toleranzgrenzen.

Im Bereich der Materialanalytik wird mit gepulster Laserstrahlung die chemische Zusammensetzung berührungslos ermittelt. Die Palette der möglichen Anwendungen der Laser-Emmissionsspektrometrie reicht von der Qualitätsprüfung in der Metallerzeugung über die Materialeingangskontrolle bei der Metallverarbeitung bis hin zur schnellen Materialerkennung im Recyclingprozess.

Sensorik für die Inline-Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung

Ausrichtung von Pulverfokus, Lage der Bearbeitungslaserstrahlung (grün) und Messstrahlung des »bd-1« (rot).
© Fraunhofer ILT, Aachen.

Ausrichtung von Pulverfokus, Lage der Bearbeitungslaserstrahlung (grün) und Messstrahlung des »bd-1« (rot).

Am Fraunhofer ILT werden verschiedene Systeme für eine inlinefähige Prozesskontrolle entwickelt und umgesetzt. Beim Laserauftragschweißen (LA) hängt das Fertigungsergebnis, wie beispielsweise die aufgetragene Spurhöhe oder Schichtdicke, von diversen Faktoren ab. Trotz konstanter Verfahrensparameter führen Schwankungen in der Materialzufuhr (Draht oder Pulver) sowie nicht konstante Geschwindigkeiten an Umkehrpunkten zu Schwankungen in den Schichtdicken. Die genaue Kenntnis der aufgetragenen Schichtdicke ist essentiell, um Korrekturmaßnahmen für die nächsten Spuren und Lagen einzuleiten und damit eine höhere Präzision der aufgetragenen Schichten zu erreichen. Zusätzlich kann eine Inline-Messung der Schichtdicke für die Qualitätssicherung eingesetzt werden.

Am Fraunhofer ILT wurde die absolutmessende interferometrische »bd-1«-Sensorik entwickelt. Damit können Geometriemerkmale wie die Schichtdicke schon während der Fertigung erfasst werden. Laserauftragschweißanlagen können die in Echtzeit verfügbaren Messergebnisse zukünftig nutzen, um unmittelbar auf Abweichungen von der Soll-Geometrie zu reagieren und so die Akkumulation von Fertigungsfehlern zu verhindern. Die »bd-1«-Sensorik kann bei pulver- und koaxialdrahtbasierten Laserauftragschweißprozessen zunächst zur Qualitätssicherung, später zur Regelung der Fertigungsprozesse eingesetzt werden. Weitere Anwendungsgebiete für die interferometrische Sensorik sind beispielsweise die Überwachung und Regelung des Laserbohrens und der Lasermikrostrukturierung.

Lasermesstechnik für Materialverwertung unter extremen Bedingungen

Transporter mit Schlackekübel unter einem Messportal.
© Fraunhofer ILT, Aachen.

Transporter mit Schlackekübel unter einem Messportal.

Für Metallerzeuger oder -verarbeiter ist die schnelle Analyse und Bewertung von Schlackenmaterial ein wichtiger Aspekt, um etwa die Produktion von Stahl effizienter zu machen und die Prozesssicherheit zu steigern. Lasermesstechnik eignet sich hier für die automatisierte Analyse mineralischer Stoffe im Produktionsprozess unter schwierigen Randbedingungen und für die Optimierung von Prozessparametern. Im Produktionsablauf anfallende Stoffe können frühzeitig klassifiziert und einer gezielten Verwertung zugeführt werden. Stoffe werden dadurch effizienter genutzt und es entsteht weniger Abfall.

Mit den am Fraunhofer ILT entwickelten Geräten zur Laser-Direktanalyse (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy LIBS) werden die bei der Rohstahlerzeugung anfallenden Schlacken der Firma voestalpine Stahl GmbH in Linz im Kübel von Schlacketransportern im Dauerbetrieb analysiert. Die Schlacken im Kübel sind bei Temperaturen im Bereich von 600°C bis über 1300°C flüssig oder an der Oberfläche teilweise erstarrt. Die Laser-Direktanalyse dient hier der Klassifizierung für eine gezielte Verwertung. Die entwickelte LIBS-Messeinrichtung passt sich variierenden Füllhöhen der Schlackekübel an und berücksichtigt Höhenvariationen des Oberflächenprofils. Die Dauer der Analyse von der Freigabe bis zur Übertragung zum Leitsystem beträgt hierbei weniger als 2 Minuten, wodurch eine schnelle Klassifizierung und Verwertung möglich ist.

Projektergebnisse 2017 (Auswahl)

Projektergebnisse 2016 (Auswahl)

Hier finden Sie eine Auswahl laufender Verbundprojekte

»ADIR«

Next generation urban mining - Automated disassembly, separation and recovery of valuable materials from electronic equipment

»ALISE«

Diode-pumped Alexandrite Laser Instrument for Next Generation Satellite-based Earth Observation

»INSPIRE«

Interferometrische Abstandssensorik mit autonomen Subsystemen für Präzisions-Inline-Messungen zur Regelung automatisierter Fertigungsprozesse

»i-Recycle«

»MERLIN«

Methane Remote Sensing LIDAR Mission

Ansprechpartner für Projektanfragen

Dipl.-Ing. Hans-Dieter Hoffmann

»Laser und Laseroptik« 

 

Telefon +49 241 8906-206
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Dr.-Ing. Arnold Gillner

»Abtragen und Fügen« 

 

Telefon +49 241 8906-148
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Prof. Dr.-Ing. Johannes Henrich Schleifenbaum

»Generative Verfahren und funktionale Schichten« 

 

Telefon +49 241 8906-398
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Prof. Dr. rer. nat. Reinhard Noll

»Messtechnik und EUV-Strahlquellen« 

 

Telefon +49 241 8906-138
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