Produktion

Qualitätskontrolle in der Produktion: Radarbasierte Oberflächenabbildung#

Sind bei der Produktion Defekte aufgetreten? Diese Frage lässt sich bei metallischen Bauteilen schwer beantworten – es haperte bislang am geeigneten Messsystem. Ein neuartiges Verfahren basierend auf Radarbildgebung kann diese Lücke künftig schließen: Es treten keine Blendeffekte auf, die Genauigkeit liegt im Mikrometerbereich, und es können sogar ganze Stahlbrammen auf einmal untersucht werden.

© Fraunhofer FHR / Reinhold Herschel
Ein Karosserieteil wird per 80 GHz-Radar auf Defekte untersucht, die sich in der rekonstruierten Oberfläche erkennen lassen.

Qualitätskontrolle wird in der industriellen Produktion großgeschrieben: Sind beispielsweise Werkzeuge abgenutzt, kann es schnell zu Defekten in Bauteilen kommen – und somit zu Ausschussware. Insbesondere bei metallischen Oberflächen ist eine solche Produktkontrolle jedoch alles andere als leicht: Bei optischen Methoden treten Blendeffekte auf, interferometrische Systeme können nur kleinste Flächen untersuchen.

Hohe Messgenauigkeit, große Messbereiche

Ein neuartiges Radarbildgebungsverfahren aus dem Fraunhofer FHR vereint eine hohe Messgenauigkeit mit der Möglichkeit, große Messbereiche zu untersuchen – abhängig von der Systemauslegung können selbst ganze Autos oder gar Fabrikanlagen untersucht werden. Der Clou des neuen Verfahrens liegt jedoch in seiner Genauigkeit: Während übliche Methoden in diesem Frequenzbereich bisher nur auf eine Genauigkeit von einigen Millimetern im Raum kommen – also einige Millimeter große Strukturen sichtbar machen können – unterscheidet das neue Verfahren sogar noch mikrometergroße Strukturen. Dieser Sprung in der Auflösung ist gelungen, indem nicht nur der Betrag des Signals ausgewertet wird, sondern auch seine Phase.

Der Algorithmus des Sensors ist für verschiedene Anwendungen geeignet. Ein Beispiel ist das NRW-Leitmarktprojekt FiberRadar. Auf einem Roboterarm erstellt das System dreidimensionale Bilder von Faserverbundplatten, wie sie für Windradblätter oder im Flugzeugbau eingesetzt werden. Auf diese Weise lassen sich die Gießprozesse und die Faserausrichtung optimieren. Während man mit Infrarotstrahlern lediglich zwei Zentimeter tief ins Material schauen kann, dringen die Radarstrahlen mehrere Zentimeter tief in das Material ein. Ein Ultrabreitband-Radar liefert sogar Informationen bis in eine Tiefe von 20 bis 30 cm, allerdings geht dies auf Kosten der Auflösung. Die Abbildungsgenauigkeit bleibt dabei gleichbleibend hoch.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist das NRW-Leitmarktprojekt ASRA: Ein Radarsensormodul soll Stahlbrammen mit einer geplanten Geschwindigkeit von bis zu 10 Meter pro Sekunde überprüfen – momentan gibt es noch keine Technologie, mit der dies möglich wäre. Im Verlauf des Projekts soll ein modulares Sensormodul-Konzept entwickelt werden. Es wird aus 192 Sendern und 192 Empfängern bestehen – dann sollen bis zu 1000 Messungen pro Sekunde möglich sein.