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AKUSTISCHE QUALITÄTSSICHERUNG VON FERTIGUNGS-PROZESSEN AM BEISPIEL DES PROJEKTS »AKOS«

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21. Januar 2021, Industrieforum »Smarte Fertigung«

Referentin: Tanja Krüger

Quelle: wwwistock.com/ipopba

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Bedeutung akustischer Qualitätssicherung

◼ Akustik:

◼ Akustische Qualitätss icherung:

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Quelle: https://home.dgaqs.de/veranstaltungen/dgaqs-fokus/begriffe

Die Lehre vom Schall und seiner Ausbreitung, ausgehend von Erzeugung, Messung, Übertragung, Wahrnehmung und Wirkung bis hin zu Phänomenen des Hörens.

Die Qualität eines Prüflings (Testobjekt) anhand seiner Eigengeräusche oder nach seiner Fremderregung zu bestimmen → Qualitätsklasse mithilfe bestimmter Methoden ermitteln.

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Akustische Qualitätskontrolle in der Industrie

Akustische Messtechnik

Signal-analyse

Machine-Learning

Privacy & Security

Komponenten der Akustischen Qualitätssicherung

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Datenaufnahme mittels Körper- , Luft- und Ultraschallmessungen

Sichere Weitergabe,Speicherung und Analyse von Messergebnissen

Modelle und Methoden zum Klassifizieren der Qualität des Testobjekts

Analyse der Daten auf charakteristische Merkmale und unerwünschte Störungen

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Werkzeuge zur Aufzeichnung akustischer Daten

◼ Mikrofone - Schallaufnahme in bestimmten Frequenzbereichen

◼ Hörschall (20 Hz – 20 kHz)

◼ aber auch zum Teil schon Ultraschall (ab ca. 16 kHz)

◼ Körperschall

◼ a-Sensoren (Beschleunigung)

◼ v-Sensoren (Geschwindigkeit)

◼ s-Sensoren (Weg)

◼ Laserdopplervibrometer

◼ Geschwindigkeit

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Quelle: www.soundonsound.com/reviews/se-electronics-se8

Quelle: www.physicalacoustics.com/content/literature/sensors/Model_R15I-AST.pdf

Quelle: www.polytec.com/eu/vibrometry/products/full-field-vibrometers/psv-500-scanning-vibrometer

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Vorteile und Herausforderungen akustischer Qualitätssicherung

◼ Vorteile:

◼ zerstörungsfreie Prüfmethoden

◼ flexibel in automatisierten Umgebungen einsetzbar

◼ weniger Prüfschrott bei der Qualitätskontrolle

◼ Herausforderungen:

◼ Frequenzbereiche der Prüfmerkmale → Infraschall, Hörschall, Ultraschall

◼ Schwingungsausbreitung (Körperschall: Longitudinal- und Transversalwellen, Oberflächenwellen)

◼ Störgeräusche während der Produktion

◼ Variationen bei Chargenwechseln

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Möglichkeiten zur Lösung der Herausforderungen

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◼ Maschinelle Lernverfahren (ML) und Künstliche Intelligenz (KI) als Werkzeuge:

◼ für hochgradig nichtlinearen Prozessen

◼ zur Bestimmung von Qualitätsklassen und/oder Zustandserkennung

◼ zur Bestimmung akustischer Fehlermerkmale

◼ zur Erkennung abnormaler Zustände

Quelle: www.istock.com/hamik

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Intelligente akustische Qualitätskontrolle

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◼ Akustische Ereigniserkennung (AED)

◼ Prozessüberwachung

◼ In-Line Qualitätskontrolle

◼ End-of-Line Qualitätskontrollevon Produkten

◼ Predictive Maintenance

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◼ Innovationsforum Mittelstand: »AkustischesMonitoring von Fertigungsprozessen IMAMF«(2021)

ReferenzprojekteKünstliche Intelligenz für eine verbesserte akustische Qualitätskontrolle

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◼ akustische Kontrolle von Schweißnähten, Projekt: »AKoS« (BMBF)

◼ akustische Qualitätssicherung bei Industrieventilatoren

◼ akustische Überwachung von Elektromotoren und Getrieben

◼ AED auf mobilen Endgeräten,verteiltes Lernen, Projekt: »SecLearn«

◼ Verkehrsüberwachung, Projekt: »TRA-ICT«

◼ Lärmklassifikation und -bewertung,Projekt: »StadtLärm«

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»AKoS« – Akustische Qualitätskontrolle von SchweißnähtenMotivation

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◼ Fügen von Metallen ist ein wesentlicher Fertigungsschritt in der industriellen Produktion

◼ Qualitätskontrolle ist mit hohem Aufwand verbunden

◼ Unregelmäßigkeiten im Prozess s ind durch den erfahrenen Schweißer akustisch hörbar

»Der erfahrene Schweißer hört den Fehler.«

Da war doch was?

Photo by Kateryna Babaieva from Pexels

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»AKoS« – Akustische Qualitätskontrolle von SchweißnähtenProjektziele

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◼ Produktionskosten senken

◼ Produktionszeiten senken

◼ Fehlererkennung

◼ Datenminimierung

◼ Smarte Qualitätskontrolle

Quelle: www.istock.com/Byjeng

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»AKoS« – Akustische Qualitätskontrolle von Schweißnähten

Untersuchungsgegenstand

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◼ verschiedene Schweißverfahren:

◼ Rührreibschweißen

◼ Lichtbogenschweißen (MSG, WIG)

◼ additive Verfahren

◼ Fehler: (DIN EN ISO 25239, *5817, *6520 )

◼ Risse, Hohlräume, Poren, …

◼ charakteristische Daten zwischen fehlerfreien und fehlerhaften Prozess finden

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»AKoS« – Akustische Qualitätskontrolle von Schweißnähten

Aufgabenbereich des Fraunhofer IDMT

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◼ Entwicklung von Algorithmen des maschinellen Lernens für die akustische Ereignisdetektion zur Einzelfallbetrachtung

◼ Entwicklung eines dynamischen Frameworks, mit Übertragbarkeit auf verschiedene Fügeprozesse

◼ sowohl im Labor als auch unter realen Bedingungen im Produktionsumfeld

Quelle: www.istock.com/kynny

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»AKoS« – Akustische Qualitätskontrolle von SchweißnähtenArbeitspakete/Schwerpunkte der Projektpartner

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»AKoS« – Akustische Qualitätskontrolle von Schweißnähten

Ausblick und Zukunft

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Frühzeitige Erkennung von Schweißfehlern (Art

und Form)

Verringerung der Daten durch Kombination von

Luftschallemissionen und weniger

Prozessparameter

Automatisierte Behebung während des

Prozesses

Plattform zum Erstellen eigener KI-Modelle und

Auswerten von Prozessen (ISAAC)

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Industrial Sound Analysis for Automated Quality Control ISAAC KI-Modelle selbst trainieren und auf eigene Audiodaten anwenden

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Einladung zum Innovationsforum MittelstandAkustisches Monitoring von Fertigungsprozessen IMAMF

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◼ Vernetzung von Akteuren aus den Bereichen Fertigungstechnik, Maschinen- und Anlagenbau sowie Messsystementwicklung

◼ Workshops zur Bedarfserhebung und Anforderungsanalyse für Verfahren zur Qualitätssicherung in der Fertigung

◼ Unterstützung in der Entwicklung neuer Geschäftsmodelle und marktreifer Produkte durch neueste Forschungsergebnisse

www.idmt.fraunhofer.de/imamf

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Ansprechpartner

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Judith Liebetrau Gruppenleiterin Industrial Media Applicationsjudith.liebetrau@idmt.fraunhofer.de

Tel: +49 3677 467-379

Tanja Krüger Technische Mitarbeiterin, Industrial Media Applicationstanja.krueger@idmt.fraunhofer.de

Tel: +49 3677 467-364