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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 [email protected]
Tel: +49 3677 467-379
Tanja Krüger Technische Mitarbeiterin, Industrial Media [email protected]
Tel: +49 3677 467-364