15.02.2017 - Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP)

Der intelligente Blick ins Materialinnere

Flugzeuge, Züge oder Energieanlagen müssen regelmäßig überprüft werden. Denn entdeckt man Schäden zu spät, kann das Sicherheitsrisiken bergen. Zudem geht es oft mit teuren Stillstandzeiten einher. Forscher überführen die althergebrachten Prüfroutinen mit dem Sensor- und Inspektionssystem 3D-SmartInspect nun in die digitale Welt von morgen.

Man kennt es vom Auto: Alle zwei Jahre überprüft der TÜV, ob das Fahrzeug noch sicher ist. Auch andere sicherheitskritische Gegenstände müssen regelmäßig getestet werden – seien es Turbinen, Generatoren und Hochdruckbehälter. Dies gilt vor allem dann, wenn die eingesetzten Materialien und Produkte bis an ihre äußersten Leistungsgrenzen gebracht werden, um die Wirtschaftlichkeit zu steigern. Die Prüfer bekommen beispielsweise einen ausgedruckten Plan vom Betriebsgelände, an dem sie sich orientieren können. Haben sie die zu inspizierende Struktur erreicht – etwa einen Hochdruckbehälter – überprüfen sie diese mit einem Sensor. Die Schwierigkeit: Sie müssen die komplette Oberfläche kontrollieren. Doch welche Stellen haben sie mit dem Sensor bereits begutachtet und welche nicht? Die Tester müssen zudem eine lange Ausbildung absolvieren und brauchen sehr viel Erfahrung, um den Zustand der unterschiedlichen Prüfobjekte zuverlässig beurteilen zu können. Es ist daher schwer, erfahrene Ingenieure zu finden.

Daten hundertprozentig erfassen

Künftig erhalten sie Unterstützung: Mit dem 3D-SmartInspect – Intelligence in Inspection and Quality Control des Fraunhofer-Instituts für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP. »Der Prüfer weiß genau, wo er schon gemessen hat, welches Ergebnis die Messung hatte, und das Protokoll liegt sofort in digitaler Form vor«, erläutert Prof. Bernd Valeske, Abteilungsleiter am IZFP und Leiter des Fraunhofer-Innovationsclusters Automotive Quality Saar AQS. Im Vergleich zum heutigen Verfahren ist das ein Quantensprung. Es können daher künftig auch Prüfer eingesetzt werden, die noch nicht so erfahren sind. Zudem lässt sich die Ausbildung wesentlich verkürzen. Im Alltag sieht das folgendermaßen aus: Die Kontrolleure haben beispielsweise eine Augmented Reality-Brille (AR) auf, das System funktioniert jedoch ebenso auf einem Tablet-PC oder einem Smartphone. Durch die Brille sieht der Mitarbeiter das zu prüfende Objekt, etwa den Hochdruckbehälter. Fährt er mit dem Sensor darüber, färbt sich der entsprechende Bereich im Display der Brille grün, die anderen Stellen des Druckbehälters erscheinen weiterhin in ihrer Originalfarbe. So kann der Tester sichergehen, dass er auch tatsächlich kein Stückchen des Druckbehälters außer acht gelassen hat. Zudem kontrolliert das System umgehend, ob der Sensor die Daten korrekt aufgenommen hat. »Der Prüfer kann zum einen sichergehen, dass er die Daten zu 100 Prozent erfasst hat, zum anderen, dass alle Messungen gültig sind«, sagt Valeske.

Auf direktem Weg ins Digitale

Ist die Datenaufnahme abgeschlossen, sieht der Kontrolleur über die AR-Brille sofort das Ergebnis. Bereiche, in denen etwas im Argen liegt – eine Hohlstelle, die dort nicht hingehört, oder Korrosion, – erscheinen im Display rot. Für das Reparaturteam kann der Prüfer sofort Markierungen hinterlassen, entweder per Kreidestift an der realen Komponente oder auch in digitaler Form. Der Expertentrupp in der Steuerzentrale kann die Daten umgehend einsehen, sobald sie aufgenommen wurden: Wie gravierend sind die festgestellten Mängel? Muss das Reparaturteam sofort ausrücken, oder hat die Instandsetzung noch einige Tage Zeit?

Digitales Prüfgedächtnis

Auch das Erstellen des Prüfprotokolls vereinfacht sich erheblich. Bislang musste der Prüfer seine Arbeit aufwändig protokollieren und die Daten dem Objekt zuweisen, das er vermessen hat – eine fehlerträchtige Methode. Mit 3D-SmartInspect werden die Daten automatisch und eindeutig zugeordnet, das Schreiben eines Protokolls entfällt. Ingenieure können relevante Daten mit intelligenten assistierenden Sensorsystemen korrekt aufzeichnen und im digitalen Produktgedächtnis gewinnbringend nutzen – und das in jeder Produktlebensphase. »Bisher wurden die Daten nur ganz marginal in die digitalen Welten überführt. Künftig haben wir ein digitales Prüfgedächtnis und betten die Daten automatisch in digitale Systeme ein. Das ist besonders vor dem Hintergrund von Industrie 4.0 ein wichtiger Schritt«, erklärt Valeske. Diese digitale Herangehensweise bringt enorme wirtschaftliche Vorteile, denn die Stillstandszeiten lassen sich auf diese Weise deutlich reduzieren, wenn nicht gar gänzlich vermeiden.

Ein erster Prototyp von 3D-SmartInspect ist bereits fertig. Auf der Hannover Messe stellen die Forscher ihn vor, zunächst noch auf Basis eines Tablet-PCs. In einem weiteren Schritt arbeiten sie daran, das System auf AR-Brillen zu übertragen.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über Fraunhofer-Institut IZFP
  • News

    Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

    Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erla ... mehr

    45 Jahre Fraunhofer IZFP im Saarland

    Im März 2017 jährt sich die Gründung des ersten öffentlich-rechtlichen Forschungsinstituts im Saarland zum 45. Mal. Dass das alteingesessene Fraunhofer IZFP jung und modern geblieben ist, zeigt sich an der strategischen Neuausrichtung des Instituts weg vom althergebrachten zerstörungsfreien ... mehr

    Produktionsintegrierte Prüfung großer CFK-Komponenten

    In der zerstörungsfreien Prüfung ist die Computertomographie (CT) eine bewährte Technik zur dreidimensionalen Untersuchung des inneren Aufbaus von Objekten. Die Inspektion von flächigen Bauteilen mittels CT hat jedoch ihre Grenzen und erweist sich als schwierig. In diesen Fällen bietet sich ... mehr

  • Forschungsinstitute

    Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP)

    Smart Materials Information und kognitive Sensorsysteme für Industrie 4.0 Als international renommiertes FuE-Zentrum für zerstörungsfreie Prüfverfahren (ZfP) forscht und entwickelt das Fraunhofer IZFP an Technologien für zerstörungsfreies Monitoring zur Material-, Bauteil- und Produktcha ... mehr

Mehr über Fraunhofer-Gesellschaft
  • News

    Biologisch abbaubare Kunststoffalternativen für die Kosmetikbranche

    Rund 38 Kilogramm Plastikmüll fallen in Deutschland jährlich pro Kopf an. Mit dem Ziel, ein nachhaltiges Gesamtkonzept aus biologisch abbaubaren Verpackungsalternativen im Kosmetikbereich zu schaffen, forschen Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechn ... mehr

    Umweltfreundliche Plastikalternative: neuartiger Kunststoff aus Abfall

    Ein neuartiger Kunststoff kann aus Abfällen produziert und problemlos in weniger als einem Jahr abgebaut werden. Polyhydroxybuttersäure heißt der Werkstoff, mit dem sich künftig vor allem Einwegprodukte und Wegwerfartikel umweltschonend herstellen und abbauen lassen. Ein neues Produktionsve ... mehr

    Farbstoffe aus atmosphärischem CO₂

    Die Zeit beim Klimaschutz drängt. Einen Lösungsansatz bietet die Nutzbarmachung des Treibhausgases CO2 als Rohstoff für Chemikalien. Hierfür hat das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie in dem von der EU geförderten P ... mehr

  • Videos

    Effektive Abwasserreinigung durch Nanofiltration

    Wasser ist lebenswichtig – Abwässer müssen daher möglichst effizient gereinigt werden. Möglich machen das keramische Membranen, mit denen erstmalig 200 Dalton kleine Moleküle abtrennbar sind. Dieses Video zeigt, dass sich hiermit auch Industrie-Abwässer effizient reinigen lassen.Dr. rer. na ... mehr

    Flüssigkristalle als Schmierstoffe

    Schmierstoffe sind fast überall im Einsatz – in Motoren, Produktionsmaschinen, Getrieben, Ventilen. Obwohl sie in nahezu allen Maschinen für einen ruhigen Lauf sorgen, gab es auf diesem Gebiet in den vergangenen beiden Jahrzehnten keine grundlegenden Innovationen. Das Fraunhofer-Institut fü ... mehr

    Briefkontrolle mit Terahertz-Wellen

    Bislang ist es recht aufwändig, Briefe sicher und zuverlässig auf gefährliche Inhaltsstoffe wie Sprengstoffe oder Drogen hin zu untersuchen. Abhilfe könnte ein neuer Terahertz-Scanner schaffen. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik IPM in Kaiserslautern und der Hüb ... mehr

  • Forschungsinstitute

    Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.

    Die Fraunhofer-Gesellschaft ist die führende Organisation für angewandte Forschung in Europa. Unter ihrem Dach arbeiten 59 Institute an über 40 Standorten in ganz Deutschland. Rund 17 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter erzielen das jährliche Forschungsvolumen von 1,5 Mrd Euro. Davon erwir ... mehr