Produktion

SMARTE SENSOREN ZUM KLEINEN PREIS

Das Fraunhofer FHR forscht an innovativen Sensoren für Qualitätskontrolle in Echtzeit. Neben in-line-Fähigkeit und Zuverlässigkeit ist der Preis ein wesentlicher Faktor bei der Entwicklung.

Elektronische Spürnasen und künstliche Augen – moderner Qualitätskontrolle stehen bei der Messung von Fertigungstoleranzen, Produkt- und Materialeigenschaften unzählige Informationen zur Verfügung: Big Data ermöglicht eine Fülle an Parametern, mit denen die Produktion optimiert werden kann. Im Rahmen der digitalen Revolution in den Produktionsstätten, kurz Industrie 4.0, steigen durch die Vernetzung von Fertigungsanlagen und Betriebsmanagement folglich die Anforderung an Sensorik: Schneller, genauer, vielseitiger.

Sensorik für Produktion und Industrie sind seit vielen Jahren ein Schwerpunktthema der Forschung am Fraunhofer FHR. Die Ergebnisse finden in der Wissenschaft Beachtung, doch ist das Ziel der Arbeiten auch immer die industrielle Anwendung. Aus der Synergie von wissenschaftlicher Exzellenz und hochprofessionellem Engineering – 3D-Druckverfahren, hochpräziser Werkstatt, Obsoleszenz-Management, Kosteneffizienz – entstehen so maßgeschneiderten Lösungen. Dabei ist das Institut mit seinen Systemen vielseitig unterwegs: Von der Lebensmittel- über die Recyclingindustrie, in der Kunststoff- und Stahlproduktion bis zur Landwirtschaft.

Meist sind die Fragestellungen so spezifisch, dass verfügbare kommerzielle Lösungen kaum Abhilfe schaffen. So bringen harsche Umweltbedingungen – Temperaturen von mehreren hundert Grad, Dampf oder Rauch, Vibrationen und Bandgeschwindigkeiten von über 20 m/s –konventionell verfügbare Systeme oft an ihre Grenzen. Hochfrequenzsysteme des Fraunhofer FHR haben unter diesen Bedingungen bereits ihre Standfestigkeit bewiesen. Die Sensoren arbeiten im 24/7-Betrieb, messen in Echtzeit und erreichen eine Genauigkeit von einigen 100 µm. Und: Sie sind voll integrierbar in die bestehenden Fertigungsmaschinen.

Bei der Entwicklung einer anwendungsspezifischen Lösung stehen neben Preis- bzw. Kosteneffizienz und möglichst kurzer Entwicklungsdauer auch Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Anlage im Fokus. Selbstverständlich sind auch die Beachtung rechtlicher Rahmenbedingungen und die Verwendung industrieller Standards, beispielsweise bei Schnittstellen. Das Fraunhofer FHR bietet dabei alles aus einer Hand: In nur zwei bis vier Wochen untersuchen die Wissenschaftler in einer ersten Kurzanalyse, ob die gewünschte Anwendung technisch möglich ist. Eine konkrete Machbarkeitsstudie dauert je nach Ausführlichkeit drei bis sechs Monate. Auf Wunsch übernimmt das Fraunhofer FHR auch die Konzeptionierung des Systems sowie den Bau eines Prototypen, welcher mit einem Industriepartner dann zeitnah zur Serienreife entwickelt werden kann. Die Prototypenentwicklung dauert durchschnittlich sechs bis 24 Monate und beinhaltet natürlich auch die Integration des Testsystems in den Produktionsbetrieb. Im Anschluss begleitet das Institut die Optimierung und Weiterentwicklung des Systems.

Die im Fraunhofer FHR entwickelten, hochintegrierten single-chip-Radare auf Basis von Silizium-Germanium (SiGe) ermöglichen aufgabenspezifische, aber dennoch kosteneffiziente Systeme auch in großen Stückzahlen. Im Allgemeinen arbeiten die weitgehend standardisierten, aber anpassbaren Systeme bei 30, 60, 90, 120 und 240 GHz – möglich sind aber nahezu beliebige Frequenzen bis 300 GHz. Neben Sensoren für die Abstands-, Dichte- und Dickenmesstechnik entwirft das Fraunhofer FHR  auch unterschiedliche bildgebende Sensoren. Die neuste Innovation in dieser Kategorie ist eine intern entwickelte Zeilenkamera. Sie ist je nach Anwendung skalierbar und befindet sich derzeit in der Erprobungsphase. Die bisherigen Ergebnisse sind wie erwartet positiv.

Dank seiner guten Vernetzung innerhalb und außerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft hat das Fraunhofer FHR Zugang zu breitgefächertem Know-how und forscht stets am Puls der Zeit. Mit kurzen Innovationszyklen sorgt das Institut dafür, dass die Technologie stets auf dem neusten Stand ist. Das hilft den Unternehmen, ihre Marktposition zu festigen.