SKZ: Dreidimensionale Qualitätssicherung mit luftgekoppeltem Ultraschall

Schematische Darstellung eines Luftultraschall-Tomografiesystems mit mehreren Schallwandlern

Einschlüsse oder Materialfehler, die von außen nicht sichtbar sind, können die Leistungsfähigkeit von extrudierten Kunststofferzeugnissen wie Profilen oder Platten beeinträchtigen. Dies ist nachträglich oft mit hohen Kosten und einer zeitaufwändigen Fehlersuche verbunden. Effizienter ist es, die Produktqualität bereits während der Herstellung zu überwachen.

Zerstörungsfreie Prüfverfahren spielen bei der Erkennung von Herstellungsfehlern und demzufolge auch bei der Optimierung von Prozessparametern eine herausragende Rolle. Eine der etabliertesten und erfolgreichsten Methoden hierzu ist die Ultraschalltechnik. Herkömmlicherweise wird dabei jedoch ein Koppelmedium, zum Beispiel ein Gel oder Wasser, zwischen dem Messgerät und dem Prüfkörper eingesetzt. In vielen Fällen wird dadurch der Einsatz erschwert oder das Erzeugnis verunreinigt.

Seit einigen Jahren sind sogenannte Luftultraschallsysteme, bei denen die Ankopplung der Ultraschallwellen ausschließlich über die Umgebungsluft erfolgt, industriereif einsetzbar. Diese Systeme vermeiden die Problematik des Koppelmediums, stecken bezüglich anwendungsnaher Entwicklungen aber noch in den Kinderschuhen.

Um die noch nicht ausgeschöpften Möglichkeiten dieser Technik stärker zu nutzen und dabei einen möglichst umfassenden Einblick in die Prüfkörper zu erlangen, arbeitet das SKZ zusammen mit dem Lehrstuhl für Digitale Kommunikationssysteme der Universität Bochum an der Entwicklung eines Luftultraschall-Tomografen. Mit besonderem Augenmerk auf den Einsatz in der Kunststoffextrusion soll dabei eine kontaktlose, dreidimensionale Defekterkennung ermöglicht werden. Um den Ansprüchen einer Inline-Qualitätskontrolle gerecht zu werden, müssen dabei neben geeigneten Rekonstruktionsalgorithmen auch Techniken zur zeiteffizienten Verarbeitung von Messdaten erprobt werden. Dies erfolgt beispielsweise durch die Parallelisierung von Rechenschritten und den Einsatz mehrerer Schallwandler. Weiterhin wird analysiert, wie spezielle Signalverarbeitungsmethoden, beispielsweise die „Synthetische Apertur Fokus-Technik" oder die „Pulskompression", für möglichst gute räumliche Auflösungen sorgen können. Beides sind Techniken, die ursprünglich aus dem Radarbereich stammen und sich im Laufe der Jahre etabliert haben.

Da das im Rahmen der „Industriellen Gemeinschaftsforschung" vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Forschungsprojekt besonderen Wert auf die Bedürfnisse von Unternehmen, insbesondere KMU, legt, können sich interessierte Firmen gerne mit spezifischen Fragestellungen und Anregungen an die beiden Forschungsstellen wenden. Auch ist die kostenlose und unverbindliche Teilnahme an Projektsitzungen möglich.