Prozesse

Unsere Industrielösungen für die Prozesssteuerung.

Industrielösungen für Prozesse

Maschinelles Sehen für die Qualitätssicherung - Mehrdimensionale Sensorik

Industrielösungen für Prozesse

Die Digitalisierung der Produktion erfordert den Einsatz von Sensoren, die wie mehrdimensional wahrnehmende Sinnesorgane funktionieren. Das Fraunhofer IPMS entwickelt Mikroscannerspiegel, die Roboter befähigen sollen, ähnlich dem menschlichen Sehen, Objekte in der Umgebung wahrzunehmen. Damit wären Industrieroboter in der Lage noch anspruchsvollere Aufgaben zu übernehmen und auf ihre Umgebung adäquat zu reagieren. Das Forscherteam des Fraunhofer IPMS verfolgt dazu den Ansatz eines „scannenden Auges“, das maschinelles Sehen in drei Dimensionen ermöglichen soll. Das Scannerspiegelmodul fungiert dabei als ein rasterndes Auge, welches in allen drei Raumachsen hochauflösende Bilder aufnehmen kann. Die Wissenschaftler nutzen dazu das LiDAR-Prinzip (Light Detection and Ranging): Der Scannerspiegel moduliert das Licht eines Lasers und detektiert die reflektierten Signale, gleichzeitig erfolgt eine Laufzeitmessung des Lichts zwischen Objekt und Detektor. Die robusten MEMS-Scanner sind aufgrund ihres hohen Miniaturisierungsgrades sehr gut integrierbar. Im Bereich der automatisierten industriellen Fertigung können die kleinen Scannerspiegel-Module beispielsweise in Roboterarme implementiert werden, sodass die Roboter in der Lage sind, permanent ihre Umgebung zu erfassen, anstehende Arbeitsschritte zu erkennen und die Qualität ihrer Arbeit zu überwachen. Das Roboterauge agiert dabei vollautomatisiert. Neben der optischen Wahrnehmung kann das Roboterauge um zusätzliche Funktionalitäten erweitert werden. So kann eine zerstörungsfreie Werkstoffprüfung der Produkte mit Hilfe von Infrarot-Spektroskopie realisiert werden oder eine sensorische Erfassung der Umgebung mittels Quantenkaskadenlaser-Spektroskopie erfolgen. Dabei wird der spektrale Fingerabdruck von Substanzen detektiert, wodurch diese exakt identifizierbar sind. Anwendung findet diese Art der Sensorik unter anderem in der Qualitätsüberwachung von Trinkwasser, der Prüfung von Medikamenten in der Pharmazie, der Fernüberwachung von Industrieanlagen, dem Leckage-Monitoring bei Pipelines oder der Detektion von Gefahrstoffen.

Screening Services für die Halbleiterindustrie

Industrielösungen für Prozesse

Das Fraunhofer IPMS bietet Halbleiter-Screening und Evaluierungsdienstleistungen für Materialien, Prozesse, Chemikalien und Verbrauchsmaterialien vom Labor- bis zum Produktionsmaßstab für IC-Hersteller und -Zulieferer an. Dazu verfügen wir über erfahrene Wissenschaftler, ein professionelles Wafer-Handling (ISO 9001) sowie eine hochmoderne Ausrüstung für 200/300-mm-Wafer mit kurzen Bearbeitungszeiten. Damit helfen wir unseren Kunden den Kosten und Zeit (Time-to-Market) zu reduzieren.

Unsere Leistungen umfassen dabei Verbrauchsmaterial-Benchmarking,  Prozessentwicklung, Ultra Large Scale Integration (ULSI), Pilotproduktion und Evaluation von Equipment.

Qualitätskontrolle mittels Optischer Kohärenztomographie (OCT)

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Mit OCT kann die Oberflächen- und Tiefenstruktur des Materials in Mikrometerauflösung erfolgen. Ein wesentlicher Vorteil der Methode: OCT verwendet für die Analyse des Materials Licht statt Schall. Daher können Verpackungen und Produktbeschaffenheit in Lichtgeschwindigkeit analysiert werden. Zudem erfolgt die Untersuchung berührungsfrei und nicht-invasiv mittels Infrarot ohne den Einsatz ionisierender Strahlung. Produkte können damit schnell und genau volumetrisch erfasst werden ohne beschädigt zu werden. Auch die Homogenität und Dicke des Oberflächenmaterials können in 3-D damit wiedergegeben werden.  Durch das frühzeitige Erkennen von Defekten können Prozesse optimiert und damit Kosten gespart werden. Beim Auftreten kritischer Fehler kann sofort reagiert werden. Das OCT-Spektroskop kann direkt in den Roboterarm eingebaut werden, so dass der Industrieroboter bei Abweichungen situativ den Produktionsablauf anpassen bzw. unterbrechen kann. Für die Fertigung bietet die Arbeitsgruppe »Charakterisierungsverfahren« des Fraunhofer IPMS anwendungsspezifische OCT-Studien an. Zudem entwickeln die Wissenschaftler kundenspezifische OCT-Prüfsysteme für Laborbetrieb, Produktprüfung und Prozessüberwachung.

Spektrale Zustandserfassung per Ultraschall

Industrielösungen für Prozesse

Die spektroskopische Untersuchung mittels Ultraschall ermöglicht Aussagen über physikalische Kenngrößen von Materialien und zur chemischen Analyse von flüssigen Medien. So können mittels der Evaluierung der frequenzabhängigen Dämpfung und der Schallgeschwindigkeit Aussagen über die Qualität und Zusammensetzung von Flüssigkeiten wie bspw. Ölen oder Alkohol-Wasser-Gemischen getroffen werden, eine ideale Ergänzung der optischen Spektroskopie. Zudem ermöglicht die Untersuchung von Streueffekten die Erfassung von Partikeln und Schwebekörpern in der Lösung.

Die am Fraunhofer IPMS entwickelten kapazitiven mikromechanischen Ultraschallwandler (CMUT) bieten eine Reihe an Vorteilen für die akustische Spektroskopie. Im Gegensatz zu gängigen piezoelektrischen Ultraschallelementen werden CMUTs mittels mikromechanischen Herstellungsverfahren realisiert und ermöglichen dadurch eine höchst kompakte Aufbauform für Umweltmesssysteme. In Verbindung mit der monolithischen Integration mittels einer CMOS-Schaltung können die Sensoren als komplettes Analysesystem auf einem Chip realisiert werden. Die ideale akustische Anpassung an flüssige Medien ermöglicht zudem eine extrem effiziente Einkopplung der Schallwellen in die Analysemedien sowie eine hervorragende Frequenzbandbreite sowie hochsensitive Detektion. Das Angebot des Fraunhofer IPMS umfasst Entwicklungs- und Charakterisierungsdienstleistungen sowie Evaluierungssysteme für die spektrale Zustandsüberwachung.

Drahtlose RFID-Sensortags für metallische rotierende Bauteile

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Drahtlose Prozessüberwachung an Maschinen mit RFID-Sensortags.

Der Bereich der Prozessüberwachung wächst im gleichen Maße wie der Automatisierungsgrad. Um Maschinenausfälle oder Crashs zu vermeiden, werden an kritischen Stellen Sensoren integriert und wichtige Prozessparameter wie Temperatur oder mechanische Belastung überwacht. Die Integration von Sensoren an rotierenden Wellen oder Spindeln, wie beispielsweise an Werkzeugmaschinen ist in der Praxis allerdings häufig nicht so einfach, da Kabel oder Batterien nur mit hohem Aufwand integrierbar sind. RFID-Sensortags sind draht- und batterielose Sensoren, die gleichzeitig andere Funktionalitäten wie die Fälschungssicherheit oder automatische Teileidentifikation ermöglicht und das bei Betriebstemperaturen über 100 °C.

Unsere Leistungen:

  • Technologie- und Prozessberatung
  • Machbarkeitsstudien und -nachweise
  • Systemkonzepterstellung
  • Modul- und Systementwicklung
    • ASIC-Design
    • Antennendesign
    • Sensorintegration
    • RFID-Tag-Entwicklung
    • Systemintegration
    • Cloudintegration
  • Prototypen- und Demonstratorbau
  • Charakterisierung und Test
  • Pilotfabrikation