Sensorsystem lernt ‚hören‘

Das Sensorsystem prüft das rotierende Schneidwerk eines Mähdreschers auf fehlerhafte Schwingungen bzw. Geräusche mit Hilfe von Körperschallsensoren und Mikrofonen. Fraunhofer IZFP

Sind Großmaschinen und Anlagen bereits im Betrieb, können Defekte oder fehlerhaft montierte Komponenten zum Ausfall von Maschinen und somit zu Produktionsstillständen sowie wirtschaftlichem Verlust führen. Daher ist eine Qualitätssicherung bereits vor der Inbetriebnahme beziehungsweise nach der Endmontage von Anlagen und Maschinen von erheblicher Bedeutung. Doch welche Möglichkeiten gibt es, um die korrekte Montage und Funktion von Anlagen oder Maschinen verlässlich und ohne großen Aufwand zu erkennen? Forscher des Fraunhofer IZFP haben sich mit dieser Thematik beschäftigt und mit dem ‚hörenden‘ Sensorsystem AcoustiX eine objektive Prüflösung entwickelt, die zur Montageendkontrolle sowie zur dauerhaften Qualitätsüberwachung von sich bewegenden oder rotierenden Maschinen und Anlagen eingesetzt werden kann.

Fehler aufspüren – ohne aufwendiges Kalibrieren

Detailansicht des Sensors Fraunhofer IZFP

Jeder Maschinenführer kennt das: Maschinen und Anlagen erzeugen im Betrieb charakteristische Schwingungen und damit Geräusche. Diese geben ihm Auskunft über die Qualität, da Montagefehler oder sonstige Defekte oftmals eine Veränderung der ‘normalen‘ Betriebsgeräusche verursachen. Häufig ist das Montagepersonal mit einem guten Gehör und langer Erfahrung mit dieser Prüfaufgabe betraut. Allerdings unterliegt das menschliche Gehör einer gewissen Subjektivität: Dieses ermüdet nach oder wird durch Umgebungslärm negativ beeinflusst. Auf dem Markt verfügbare akustische Prüfsysteme erfordern oftmals eine Anpassung beziehungsweise Kalibrierung, insbesondere wenn die zu prüfenden Anlagen oder Maschinen auch nur gering konstruktiv verändert werden müssen.

Intelligentes und schnelles Analyseverfahren

Detailansicht: Aufzeichnung mittels Körperschallsensor (links) oder Mikrofon (rechts), Darstellung eines akustischen Signals mit Auffälligkeiten im rot markierten Bereich (Mitte) Fraunhofer IZFP

Das Sensorsystem AcoustiX nutzt die Daten individuell angepasster akustischer Sensoren, die direkt an der Maschine angebracht werden oder berührungslos über Mikrofone Schwingungen beziehungsweise Geräusche von Maschinen oder Anlagen erfassen. Dabei analysiert und protokolliert das System automatisiert Fehler oder Unregelmäßigkeiten. Auf Grundlage der Signalauswertung lassen sich innerhalb von nur wenigen Minuten gezielte Aussagen über die korrekte Montage und Funktion der Anlage oder Maschine treffen.

Das ‚hörende‘ Sensorsystem der Fraunhofer-Forscher ist nicht nur für die Kontrolle von Schneidwerken ausgelegt, sondern für unterschiedliche industrielle Anwendungen. In allen Bereichen, in denen die Montageendkontrolle oder die dauerhafte Betriebsüberwachung von Bedeutung sind, kann das System zum Einsatz kommen, etwa zur Überwachung von großen, autonom betriebenen Maschinen und Anlagen oder zur Qualitätsbewertung einzelner Baugruppen, die unter anderem auf Prüfständen betrieben werden. „Der Entwicklungsfokus liegt insbesondere auf unseren Analysemethoden, den sogenannten Algorithmen. Diese können ohne großen Aufwand auch in bereits bestehende Prüfsysteme integriert und kundenspezifisch angepasst werden“, erklärt Matthias Heinrich, Wissenschaftler am Fraunhofer IZFP. Mittelfristiges Ziel der Forscher ist die exakte Fehlerlokalisierung sowie die detaillierte Bestimmung der Fehlerart durch intelligente Algorithmen beziehungsweise Analysemethoden.

AcoustiX ist bereits erfolgreich bei John Deere, dem amerikanischen Weltmarktführer im Bereich der Landtechnik, zur permanenten Qualitätsüberwachung von Mähdrescher-Schneidwerken im Industrieeinsatz und wird zurzeit begleitend für die Serienfertigung validiert.

(ml)