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Qualitätssicherung und zuverlässige Identifikation von Blechteilen

von Hubert Hunscheidt

Zeitintensive zerstörende Prüfverfahren für die Qualitätssicherung ziehen durch Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach sich. Zu spät erkannte Prozessstörungen können in erheblichem Umfang zu Ausschuss führen. Des Weiteren ermöglicht eine eindeutige Identifikation und lückenlose Rückverfolgbarkeit jedes Objekts zu jedem Zeitpunkt der Verarbeitung die Optimierung von Produktqualität und Ressourceneffizienz und ist wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung von sich selbst organisierenden Wertschöpfungsketten (I4.0). Lösungen für beide Problemstellungen präsentieren das Fraunhofer IZFP vom 25. bis 28. Oktober 2022 auf der EuroBLECH in Hannover (Halle 27, Stand E8).

Konventionelle Objektkennzeichnungen wie Etiketten und Barcodes bleiben produktionsbedingt meist nicht dauerhaft und unbeschädigt auf dem Blechteil. Optisch auf der Objektoberfläche erfassbare Merkmale des Bauteils sind nur verwendbar, solange die Oberfläche durch Umformung, Beschichtung oder spanende Bearbeitung nicht zu stark verändert wird. Daher sind neue sensorische Verfahren erforderlich, mit denen Merkmale aus dem Bauteilinnern erfasst werden können.

Markerlose Bauteil-Identifikation

INSITU (Intrinsische Strukturanalyse zur Identifikation und Traceability von Umformteilen) ist ein neuartiges elektromagnetisches Verfahren, mit dem charakteristische (mikro-)strukturelle intrinsische Merkmale des Werkstoffs erfasst werden können, die auch bei Veränderung der Oberfläche erhalten bleiben. Basis hierfür ist ein induktives Sensorarray, mit dem ein Bauteilbereich von ca. 10 x 10 mm2 erfasst wird. Die dabei gewonnenen Identifikationsdaten werden mit Machine Learning-Methoden klassifiziert und garantieren eine eindeutige Identifizierung der Blechteile – auch nach der Umformung. Unterstützt wird dies durch ein digitales Objektgedächtnis und die zusätzliche Verwendung von Prozess- und Qualitätsdaten im Merkmalsraum, welche die Prognose von Merkmalsänderungen ermöglichen. Die Messzeit beträgt aktuell 3 Sekunden, angestrebt wird eine Messzeit von maximal 0,5 Sekunden.

Werkstoffcharakterisierung in Fertigung und Entwicklung mit 3MA II

Konventionellen Prüfmethoden wie Eigenspannungsmessungen mit Röntgendiffraktion, metallographische Analysen und Härteeindruckverfahren ist die geringe Prüfgeschwindigkeit und der zerstörende Prüfcharakter gemein, was sie für die Prüfung der Randschichteigenschaften bereits während oder unmittelbar nach einem Fertigungsschritt in der Prozesskette weitgehend ungeeignet macht. Zerstörungsfreie Prüfverfahren, wie sie vom Fraunhofer IZFP vorangetrieben werden, bieten eine Alternative und bei entsprechender Umsetzung langfristig auch einen Ersatz für Röntgen- oder zerstörenden Verfahren. Mikromagnetische Prüfmethoden enthalten das Potenzial, während oder unmittelbar nach einem Fertigungsschritt schnell und zerstörungsfrei bis zu 100 Prozent der Produktion zu prüfen.

Das von Fraunhofer IZFP entwickelte Prüfverfahren 3MA II (Mikromagnetische Multiparameter-, Mikrostruktur- und Spannungs-Analyse) ermöglicht in erster Linie eine Charakterisierung der Ausprägung der Randschichten. Es ist vollständig automatisierbar und kann direkt in den Fertigungsprozess integriert werden. Seine hohe Prüfgeschwindigkeit ermöglicht bei den meisten Anwendungen eine zerstörungsfreie Hundertprozentprüfung, wobei es die schnelle und gleichzeitige Bewertung mehrerer relevanter Qualitätsmerkmale der Randschicht (0 bis 8 mm Bauteiltiefe) ermöglicht. 3MA II kombiniert mit Barkhausen-Rauschen, Überlagerungspermeabilität, Oberwellenanalyse des tangentialen Magnetfelds sowie Mehrfrequenz-Wirbelstromverfahren vier mikromagnetische Verfahren. Dies ist insbesondere dann unverzichtbar, wenn die zu messenden Zielgrößen (z. B. Härte, Härtetiefe) und die Störgrößen (Temperatur, Eigenspannungen u. a.) gleichzeitig variieren können. Auf diese Weise wird der Einfluss der Störgrößen reduziert oder gleich eliminiert.

Sensor- und Datensysteme für Sicherheit, Nachhaltigkeit und Effizienz

Das Fraunhofer IZFP ist ein international vernetztes Forschungs- und Entwicklungsinstitut im Bereich angewandter, industrienaher Forschung. Im Zentrum der Tätigkeiten des Instituts steht die Entwicklung kognitiver Sensor- und Datensysteme für das zerstörungsfreie Monitoring industrieller Prozesse und Wertschöpfungsketten. Wir sind Wegweiser und Pioniere bei der Transformation der klassischen zerstörungsfreien Mess- und Prüftechnik hin zu NDE 4.0, d. h. für zukunftsweisende Sensor- und Datensysteme zur Sicherstellung einer nachhaltigen und effizienten (Material-) Kreislaufwirtschaft. Unsere Sensor- und Datensysteme entscheiden vorrausschauend, intelligent und selbstständig, wie sie aus ihren Daten relevante Informationen generieren, verarbeiten, weiterleiten und archivieren.

Quelle und Foto: Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP

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