© Fraunhofer FHR / Uwe Bellhäuser

Produktion

PRODUKTIONSPROZESSE STETS IM BLICK

Läuft bei Produktionsprozessen in der Industrie etwas schief, zieht das schnell hohe Kosten nach sich. Unternehmen haben daher ein großes Interesse daran, ihre Produktionsprozesse zu überwachen. Während sich einige Fragestellungen bereits durch Kamera- oder Lasersysteme zufriedenstellend beantworten lassen, erfordern andere Produktionsverläufe Sensoren, deren Fähigkeiten über die der optischen Systeme hinausgehen. Hier bieten sich Radarsensoren an: Sie können nicht nur unter schwierigen Umweltbedingungen messen, in denen etwa die Sicht eingeschränkt ist, sondern auch durch dielektrische Materialien hindurchschauen und dort Fehler aufspüren. Das Geschäftsfeld Produktion des Fraunhofer FHR bietet bei allen Fragestellungen rund um Radar die nötigen Kompetenzen.

Zerstörungsfreie Prüfung für Lebensmittel, Kunst- und Verbundstoffe

Mitunter ist es sinnvoll, nicht nur oberflächlich auf die Produkte zu schauen wie bei einer metallischen Autotür, sondern einen Blick in sie hineinzuwerfen – und zwar so, dass die Objekte dabei nicht zerstört werden. Auch dies ermöglicht Radar, zumindest bei dielektrischen Materialien. Einer der Anwendungsbereiche ist die Lebensmittelprüfung: Hier geht es darum, Fremdstoffe aufzuspüren, die im Produktionsprozess versehentlich in das Lebensmittel geraten sind.

Vielversprechend ist Radar zudem bei der zerstörungsfreien Prüfung von additiv gefertigten Komponenten, also Kunststoffteilen aus dem 3D-Drucker. Auch während der Lebensspanne eines Produkts bieten Prüfungen mittels Radar Vorteile. Etwa bei Verbundwerkstoffen, wie sie für die Blätter von Windanlagen eingesetzt werden. Dazu erarbeitet das FHR unter anderem im über die EFRE Leitmarkt-Agentur. NRW geförderten Projekt FiberRadar Bildgebungsalgorithmen für hochauflösende Millimeterwellen-Radarscans bei 60 GHz. Diese dienen dem Monitoring von Glasfaseranlagen bei der Faserverbundherstellung. Mit der Breitband-Radartechnologie des FHR bei 80 und 220 GHz wurden hier bereits vielversprechende Resultate erreicht. Die voll-integrierte SiGe-Chiplösung des FHR bei 220 GHz kann eine bislang unerreichte Bildauflösung erzielen, sodass sowohl die Faserlagen als auch Materialdefekte klar sichtbar werden. Für größere Durchdringungstiefen sollen mehrere Frequenzbänder fusioniert werden.  

Produktionsprozesse bei Metallen prüfen

Ein interessanter Anwendungsbereich von Radarsystemen sind Walzwerke in der Stahlindustrie (siehe Beitrag auf Seite 56). Generell gilt bei Produktionsprozessen: Je früher Defekte erkannt werden, desto kostengünstiger lassen sie sich beheben. Hat beispielsweise eine Autotür eine Delle, lässt sie sich anfangs einfach aussortieren. Entlang der Wertschöpfungskette kostet hier jeder zusätzliche Produktionsschritt bares Geld. Oft werden die Bleche, aus denen Autotüren werden sollen, noch über Sichtkontrolle auf Defekte überprüft. Mit einem Millimeterwellensensor lassen sich auch kleinste Kratzer zuverlässig detektieren. Langfristig ließe sich auf diese Weise sogar eine 100-Prozent-Kontrolle realisieren.

Blick in die Zukunft: Smart Factory und additive Fertigung

Wie sieht die Produktion der Zukunft aus? Eine mögliche Vision besteht in der Smart Factory, in der sowohl die Zulieferung von Bauteilen als auch die Produktion intelligent und autonom verläuft. Alle Autonomie fängt jedoch mit den Sensoren an: Hier bietet das Geschäftsfeld Produktion die nötige Kompetenz. Auch bei sicherheitskritischen Aspekten wie der Maschinenabsicherung kann das Geschäftsfeld Produktion individuelle Lösungen entwickeln.

Ein Zukunftstrend ist auch die additive Fertigung, bei der Bauteile im 3D-Drucker gefertigt werden. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Antennen drucken oder Bauteilkonzepte realisieren, die so vorher nicht herstellbar waren. Gemeinsam mit der Hochfrequenztechnik eröffnet die additive Fertigung zahlreiche neue Anwendungsfelder: So könnten die Antennen etwa direkt in funktionale Bauteile der Produktionsmaschine integriert werden, indem das Bauteil dort, wo es von der Radarwelle durchdrungen wird, wie eine Antenne funktioniert.

 

Fachbeiträge aus dem Geschäftsfeld

Dicke von Stahlblechen mit Radar kontrollieren

Sabine Gütgemann

Qualitätskontrolle in der Produktion: radarbasierte Oberflächenabbildung

Dr. rer. nat. André Froehly

Fremdkörper in Lebensmitteln via Radar aufspüren

Daniel Behrendt