Industrie 4.0 lernt hören

Wie kann energie-autarke, akustische Sensorik eingesetzt werden, um Industrieanlagen intelligenter, sicherer und effizienter zu gestalten? Im Verbundprojekt ACME 4.0 untersuchen Partner aus Industrie und Forschung das Potenzial der akustischen Überwachung von Maschinen und Produktionsprozessen.

Ziel ist es, eine hochintegrierte Sensorplattform zu entwickeln, die dank Energie-Harvesting und drahtloser Kommunikation ohne jegliche Verkabelung in Industrieanlagen integriert werden kann. Im Rahmen des Projekts wird diese Technik für die Qualitätskontrolle in der Halbleiterproduktion und die Fehlererkennung an Axialkolbenpumpen getestet. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Vorhaben über einen Zeitraum von drei Jahren mit 3,5 Millionen Euro.

Um Herstellungsprozesse zuverlässiger zu gestalten, werden in der industriellen Produktion zunehmend vernetzte Sensor- und Messsysteme eingesetzt. Akustische Sensorik kommt dabei bisher wenig zum Einsatz. Im Projekt ACME 4.0 werden verbesserte Elektronik, Sensorik und Signalverarbeitungsverfahren entwickelt, um Verschleißerscheinungen anhand des Betriebsgeräusches zu erkennen. Mithilfe von Verfahren der computerbasierten akustischen Ereigniserkennung sollen Unregelmäßigkeiten oder Fehler im Produktionsprozess zuverlässiger und leichter als bisher erkannt werden. Industriepartner im Projekt sind die Unternehmen Bosch Rexroth AG, Infineon Technologies AG und CoSynth GmbH & Co. KG, unterstützt durch die edacentrum GmbH. Forschungspartner sind das OFFIS Institut für Informatik (Koordinator), die Projektgruppe Hör-, Sprach- und Audiotechnologie des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medientechnologie IDMT sowie der Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme EAS des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS.

Das Anwendungsszenario beim Industriepartner Bosch Rexroth ist die Zustandsüberwachung von großen Maschinen, um den Verschleiß an Axialkolbenpumpen rechtzeitig zu erkennen. Bei bisherigen Messverfahren über drahtgebundene Vibrationssensoren ist die Position des Sensors am Gerät für eine zuverlässige Fehlerdetektion entscheidend. Hierzu ist häufig eine aufwändige Anpassung durch Experten sowohl an die Bauform der Anlage als auch an die akustische Umgebung nötig. Im Forschungsprojekt soll eine flexibel einsetzbare, drahtlose Sensorik entwickelt werden, die über den Körperschall von Maschinen hinaus auch Luftschall und den Frequenzbereich von Infra- und Ultraschall erfasst. Eine kompakte Bauform und hohe Energieeffizienz sollen dazu beitragen, dass das Sensorsystem leicht integriert werden kann.

Für die Qualitätssicherung beim Test von Halbleiterchips des Industriepartners Infineon wollen die Forschungspartner akustische Ereignisse im hohen Ultraschallbereich durch Körperschallsensoren in Echtzeit erkennen. Bisherige optische Verfahren sollen durch die akustische Prüfung ergänzt werden, um tiefer liegende Materialschichten noch zuverlässiger untersuchen zu können. Das Sensor-Modul aus dem Forschungsprojekt ist aufgrund seiner kleinen Bauweise und der intelligenten und schnellen Auswertealgorithmen für einen industriellen Einsatz geeignet.

Quelle
OFFIS - Institut für Informatik