Beitrag von: M. Sc. Maximilian Lang

Der Beitrag Auswahl eines geeigneten Klebstoffs zum Fügen von Polymer- und Metallwerkstoffen erschien zuerst auf ProKI-Ilmenau.

Der Herstellungsprozess von Kunststoffbauteilen durch Spritzgießen ist komplex. Es können zahlreiche verschiedene Fehlstellen im Bauteil auftreten, deren Entstehungsmechanismen unterschiedlich sind. Falsche Parametereinstellungen führen zu Bauteilen mit unzureichender Qualität, was zu fehlerhaften Teilen und Ausschuss führt. Um die Qualität der Bauteile beurteilen zu können, sind schnelle, verlässliche und zerstörungsfreie Messmethoden erforderlich. Solche Methoden ermöglichen es, bei Auftreten von Fehlstellen die Parameter anzupassen und qualitativ hochwertige Bauteile zu produzieren.

Lösung

Die eingerichtete Testumgebung umfasst verschiedene Messinstrumente, die es ermöglichen, unterschiedliche Bauteilfehler zu detektieren. Mittels einer Infrarotkamera wird eine Thermographieaufnahme des Bauteils erstellt, wodurch Fehlstellen im Inneren des Bauteils erkannt werden können. Eine Lichtbildkamera ermöglicht die optische Analyse der Bauteilstruktur. Über eine Waage lassen sich Gewichtsschwankungen, die durch Schwimmhäute oder Vakuolen/Poren verursacht werden, bestimmen. Jeder auftretende Fehler wird von mindestens zwei Messinstrumenten detektiert, um sicherzustellen, dass dieser nicht unerkannt bleibt. Beispielsweise werden die Bauteile sowohl mittels Lichtbildkamera als auch Waage auf Schwimmhäute untersucht. Vakuolen und Poren können durch die Infrarotkamera und die Waage detektiert werden.

Vorteile für KMU

Die Vorteile für das Unternehmen ist die verlässliche und zerstörungsfreie Untersuchung von Spritzgießbauteilen hinsichtlich der Bauteilqualität. Durch die Kontrolle mittels verschiedener Messmethoden kann eine verlässliche Aussage über Art und Entstehung der Fehlstelle getroffen und die Prozessparameter entsprechend angepasst werden. Dadurch ist es möglich die Ausschussrate zu reduzieren. Die Untersuchung der Bauteile ist dabei unabhängig von deren Farbe oder Transparenz.

Ihre Ansprechperson zum Thema Testumgebung Inline Rheometer zur Viskositätsmessung einer Kunststoffschmelze:

Maximilian Lang, M. Sc.
Fachgebiet Kunststofftechnik
Telefon: +49 3677 69-4937
Mail: maximilian.lang@tu-ilmenau.de

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In der Praxis treten bei der SMD-PCB Inspektion mit AOI-Systemen oft falsche und Fehlinterpretationen auf. Diese Probleme entstehen durch Veränderungen an den Prüfobjekten oder deren Erscheinungsbild im multimodalen Prüfsystem, durch unbekannte Situationen, die Weiterverwendung von Prüfprogrammen auf unterschiedlichen Systemen sowie durch neu auftretende Objekte.

Lösung

Die Spritzgießmaschine wird mit einer Infrarotkamera ausgestattet, die auf einem Roboterarm montiert ist. Dadurch können nach dem Öffnen des Werkzeugs inline Thermographieaufnahmen erstellt und die Entformungstemperatur sowie das Temperaturprofil bestimmt werden. Die Bauteile können somit zerstörungsfrei auf Poren und Vakuolen untersucht werden. Durch die Hohlräume wird der Wärmeaustrag des Bauteils lokal beeinflusst, was auf der Thermographieaufnahme sichtbar ist. Zusätzlich zur Untersuchung auf Poren und Vakuolen können Formteilfehler wie eine unvollständige Formfüllung oder Schwimmhäute auf den Aufnahmen erkannt werden. Mittels Bilderkennung auf Basis semantischer Segmentierung können die Fehler identifiziert und kategorisiert werden.

Vorteile für KMU

Die Vorteile für das Unternehmen liegen in der schnellen und zerstörungsfreien Untersuchung der Bauteilqualität. Im Falle von Bauteilfehlern können diese detektiert und die Prozessparameter entsprechend angepasst werden. Durch das schnelle Anpassen der Prozessparameter können fehlerhafte Bauteile und somit Ausschuss vermieden werden. Die Thermographie ermöglicht die Untersuchung von Bauteilen, unabhängig davon, ob diese transparent, opak oder eingefärbt sind.

Ihre Ansprechperson zum Thema Testumgebung Spritzgießmaschine mit auf Roboterarm montierter Infrarotkamera:

Maximilian Lang, M. Sc.
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Die Viskosität des zu verarbeitenden Materials ist eine entscheidender Parameter beim Herstellen von Kunststoffbauteilen. Durch eine zu hohe Viskosität kann beispielsweise die Formfüllung beim Spritzgießen negativ beeinflusst werden. Gerade bei Materialien mit Recyclinganteilen ist mit abweichenden Viskositäten und einer erschwerten Verarbeitung zu rechnen. Üblicherweise werden für das Bestimmen der Viskosität mittels Rheometer Referenzmessungen bei festen Temperaturen durchgeführt. Diese können jedoch nicht das Materialverhalten Inline abbilden.

Lösung

Die Testumgebung umfasst ein Inline-Rheometer welches an der Düse des Extruders angebracht wird. Das Kunststoffgranulat wird im Extruder aufgeschmolzen und durchläuft anschließend das Rheometer. Dieses ermöglicht es genauere Aussagen über die vorliegende Viskosität des homogenisierten Materials zu treffen. Dadurch lassen sich beispielsweise im Spritzgießprozess, bei unvollständigen Formfüllungen, leichter Rückschlüsse auf die Fehlerursache schließen.

Vorteile für KMU

Das Unternehmen hat die Möglichkeit, die Viskosität des Materials unmittelbar vor der Verarbeitung zu messen. So kann festgestellt werden, ob die vorliegende Materialviskosität für den Prozess geeignet ist. Auf diese Weise können fehlerhafte Teile und Ausschuss reduziert werden. Zudem lassen sich Schwankungen in der Viskosität leichter erkennen, was Rückschlüsse auf ein unvollständiges Schmelzen oder eine unzureichende Homogenisierung ermöglicht.

Ihre Ansprechperson zum Thema Testumgebung Inline Rheometer zur Viskositätsmessung einer Kunststoffschmelze:

Maximilian Lang, M. Sc.
Fachgebiet Kunststofftechnik
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Das Integrieren von KI-Methoden zur Optimierung von Herstellungsprozessen setzt ein fundiertes Prozessverständnis voraus. Speziell für den Spritzgießprozess bedeutet das ein Verständnis für die Entstehungsmechanismen von Fehlstellen spritzgegossener Bauteile und den Einfluss der Prozessparameter auf die Ausprägung dieser Fehlstellen entwickeln zu müssen. Unter Zuhilfenahme statistischer Versuchsplanung werden zum einen kritische Prozessparameter identifiziert und zum anderen die Einflüsse variierender Prozessparameter auf die Qualitätsmerkmale der Bauteile quantifiziert. Wichtig sind hier die Auswahl eines geeigneten Versuchsdesigns sowie die korrekte Auswertung dieses Designs. Auf Basis von Vorversuchen zur Festlegung sinnvoller Prozessfenster werden nun umfassende Versuchsreihen erstellt. Innerhalb dieser Versuchsreihen werden die kritischen Prozessparameter auf mehreren Stufen variiert, mit den Veränderungen der Ausgangsgrößen korreliert und Kriterien für Bauteile mit hinreichenden Qualitätsmerkmalen definiert. Diese Versuchsreihen bilden die datentechnische Grundlage für das zu etablierende KI-System.

Zur Bewertung der Qualität der hergestellten Bauteile werden verschiedene Sensoren in die Spritzgießanlage integriert. Dazu gehören eine Lichtbildkamera, eine Infrarotkamera und eine Wägezelle. Dadurch lassen sich Bauteilfehler wie Vakuolen oder unvollständige Formfüllungen detektieren, während durch das Verwenden mehrerer Messinstrumente sichergestellt wird, dass keine Fehlstellen unbemerkt bleiben. Ziel ist es, dass das KI-System die Fehler eigenständig erkennt und eine Handlungsempfehlung ermittelt. Der erste Schritt, um ein trainiertes KI-Modell zu erstellen, ist die Klassifizierung der erzeugten Bauteile in i.O-Bauteile (in Ordnung) und n.i.O-Bauteile (nicht in Ordnung). Dies erfolgt durch das Erkennen von Fehlstellen und den Abgleich mit den hinreichenden Qualitätsmerkmalen. Nach der Klassifizierung als n.i.O-Bauteil erfolgt das Clustering. Da beim Spritzgießen verschiedene Fehlstellen mit unterschiedlichen Entstehungsmechanismen auftreten können, müssen die Fehlstellen anhand konkreter Fehlerarten kategorisiert werden. Neben der Fehlerart ist die Ausprägung der Fehlstelle entscheidend für die auszugebende Handlungsempfehlung. Die Klassifizierung der Bauteile und das Clustering der Fehlstellen erfolgt iterativ und ermöglicht mittels einer Regression ein genaues und verlässliches KI-Modell zu trainieren.

Beitrag von: M. Sc. Maximilian Lang

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Kurzbeschreibung

Der Demonstrator umfasst die Optimierung des Lagenaufbaus und der Optimierung eines Sitzschalenbauteils im Fügen durch Urformen. Dabei handelt es sich um ein Verbundbauteil aus unidirektionalen Furnierstreifen als Verstärkungsmaterial und einer Harz-Matrix. Die Optimierung erfolgt KI-gestützt. Dabei wird die Sitzfläche mit einer Wärmebildkamera bestimmt und auf ein CAD-Modell der Sitzschale aufgeprägt. Die anschließend durchgeführte FEM-Analyse ermöglicht das Bestimmen der wirkenden Lastpfade. Wenn diese bekannt sind, können die Furnierstreifen lastgerecht orientiert und aufgebaut werden. Dazu führt das System mehrere Iterationen mit verschiedenen Anordnungen und Orientierungen der Verstärkungsstreifen durch. Das Qualitätskriterium ist hierbei die maximale Auslenkung des Bauteils unter einer vorgegebenen Belastung. Anhand des Demonstrators wird gezeigt, wie KI-Systeme für Optimierungsprozesse bei der Bauteilkonzeptionierung eingesetzt werden können. Gerade im Bereich unidirektional verstärkter Verbundwerkstoffe ist dies essenziell, da die mechanischen Eigenschaften und die Belastbarkeit der Bauteile stark richtungsabhängig sind.

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Testumgebung 1: Spritzgießmaschine mit auf Roboterarm montierter Infrarotkamera

Die Testumgebung dient dem Untersuchen der Bauteilqualität im Spritzgießprozess mittels In-Line Thermographie. Nach dem Herstellen des Bauteils und dem Öffnen der Form fährt ein mit der Anlage verbundener Roboterarm zwischen die Werkzeughälften und platziert eine Infrarotkamera vor dem Bauteil. Diese erstellt eine Thermographieaufnahme des Bauteils und bestimmt die Entformungstemperatur sowie das Temperaturprofil. Anhand der Thermographieaufnahmen können Bauteilfehler wie Poren oder Vakuolen erkannt sowie die Maßhaltigkeit des Bauteils kontrolliert werden. Die Poren und Vakuolen dienen als Angriffsstellen für Spannungskonzentrationen und führen dadurch zu verringerten mechanischen Eigenschaften. Die Fehlstellen beeinflussen lokal den Wärmeaustrag des Bauteils, was durch die Thermographieaufnahme sichtbar gemacht wird. Das Verwenden dieser Testumgebung ermöglicht zum einen eine zerstörungsfreie Untersuchung der Bauteile, zum anderen können dadurch Fehlstellen in eingefärbten Bauteilen detektiert werden. Gleichzeitig können die Prozessparameter der Spritzgießmaschine aufgenommen, was die Korrelation der Daten mit der Bauteilqualität ermöglicht.

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Testumgebung 2: Infrarotkamera, Lichtbildkamera und Waage zur Untersuchung der Bauteilqualität im Spritzgießprozess

Die geschaffene Testumgebung dient der Untersuchung der Bauteilqualität im Spritzgießprozess. Mittels verschiedener Messinstrumente können unterschiedliche Bauteilfehler detektiert und klassifiziert werden. Mittels Infrarotkamera wird eine Thermographieaufnahme des Bauteils erstellt. Dadurch lassen sich Fehlstellen im Inneren des Bauteils erkennen. Die Lichtbildkamera ermöglicht die optische Analyse der Bauteilstruktur. Über die Waage lassen sich Gewichtsschwankungen als Folge von Schwimmhäuten oder Vakuolen/Poren bestimmen. Jeder auftretende Fehler wird von mindestens zwei Messinstrumenten detektiert, um sicherzustellen, dass dieser nicht unerkannt bleibt. Beispielsweise werden die Bauteile mittels Lichtbild und Waage auf Schwimmhäute untersucht. Vakuolen und Poren können mittels Infrarotkamera und Waage detektiert werden. Durch das Verwenden der Testumgebung können Bauteile zerstörungsfrei auf Fehlstellen untersucht und die Prozesseinstellungen im Fall von n.i.O-Teilen angepasst werden.

Beitrag von: M. Sc. Maximilian Lang

Der Beitrag Optimierung des Lagenaufbaus und der Orientierung für die lastgerechte Auslegung von Verbundbauteilen erschien zuerst auf ProKI-Ilmenau.

Der Demonstrator umfasst die Optimierung des Lagenaufbaus und der Optimierung eines Sitzschalenbauteils im Fügen durch Urformen. Dabei handelt es sich um ein Verbundbauteil aus unidirektionalen Furnierstreifen als Verstärkungsmaterial und einer Harz-Matrix. Die Optimierung erfolgt KI-gestützt. Dabei wird die Sitzfläche mit einer Wärmebildkamera bestimmt und auf ein CAD-Modell der Sitzschale aufgeprägt. Die anschließend durchgeführte FEM-Analyse ermöglicht das Bestimmen der wirkenden Lastpfade. Wenn diese bekannt sind, können die Furnierstreifen lastgerecht orientiert und aufgebaut werden. Dazu führt das System mehrere Iterationen mit verschiedenen Anordnungen und Orientierungen der Verstärkungsstreifen durch. Das Qualitätskriterium ist hierbei die maximale Auslenkung des Bauteils unter einer vorgegebenen Belastung. Anhand des Demonstrators wird gezeigt, wie KI-Systeme für Optimierungsprozesse bei der Bauteilkonzeptionierung eingesetzt werden können. Gerade im Bereich unidirektional verstärkter Verbundwerkstoffe ist dies essenziell, da die mechanischen Eigenschaften und die Belastbarkeit der Bauteile stark richtungsabhängig sind.

Testumgebung 1: Spritzgießmaschine mit auf Roboterarm montierter Infrarotkamera

Die Testumgebung dient dem Untersuchen der Bauteilqualität im Spritzgießprozess mittels In-Line Thermographie. Nach dem Herstellen des Bauteils und dem Öffnen der Form fährt ein mit der Anlage verbundener Roboterarm zwischen die Werkzeughälften und platziert eine Infrarotkamera vor dem Bauteil. Diese erstellt eine Thermographieaufnahme des Bauteils und bestimmt die Entformungstemperatur sowie das Temperaturprofil. Anhand der Thermographieaufnahmen können Bauteilfehler wie Poren oder Vakuolen erkannt sowie die Maßhaltigkeit des Bauteils kontrolliert werden. Die Poren und Vakuolen dienen als Angriffsstellen für Spannungskonzentrationen und führen dadurch zu verringerten mechanischen Eigenschaften. Die Fehlstellen beeinflussen lokal den Wärmeaustrag des Bauteils, was durch die Thermographieaufnahme sichtbar gemacht wird. Das Verwenden dieser Testumgebung ermöglicht zum einen eine zerstörungsfreie Untersuchung der Bauteile, zum anderen können dadurch Fehlstellen in eingefärbten Bauteilen detektiert werden. Gleichzeitig können die Prozessparameter der Spritzgießmaschine aufgenommen, was die Korrelation der Daten mit der Bauteilqualität ermöglicht.

Testumgebung 2: Infrarotkamera, Lichtbildkamera und Waage zur Untersuchung der Bauteilqualität im Spritzgießprozess

Die geschaffene Testumgebung dient der Untersuchung der Bauteilqualität im Spritzgießprozess. Mittels verschiedener Messinstrumente können unterschiedliche Bauteilfehler detektiert und klassifiziert werden. Mittels Infrarotkamera wird eine Thermographieaufnahme des Bauteils erstellt. Dadurch lassen sich Fehlstellen im Inneren des Bauteils erkennen. Die Lichtbildkamera ermöglicht die optische Analyse der Bauteilstruktur. Über die Waage lassen sich Gewichtsschwankungen als Folge von Schwimmhäuten oder Vakuolen/Poren bestimmen. Jeder auftretende Fehler wird von mindestens zwei Messinstrumenten detektiert, um sicherzustellen, dass dieser nicht unerkannt bleibt. Beispielsweise werden die Bauteile mittels Lichtbild und Waage auf Schwimmhäute untersucht. Vakuolen und Poren können mittels Infrarotkamera und Waage detektiert werden. Durch das Verwenden der Testumgebung können Bauteile zerstörungsfrei auf Fehlstellen untersucht und die Prozesseinstellungen im Fall von n.i.O-Teilen angepasst werden.

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Der Beitrag Optimierung des Lagenaufbaus und der Orientierung für die lastgerechte Auslegung von Verbundbauteilen erschien zuerst auf ProKI-Ilmenau.

Kurzbeschreibung

Der Demonstrator umfasst das Umspritzen eines Metalleinlegers mit einem Kunststoff durch das Fügen durch Urformen. Dazu wird eine Spritzgießanlage der Firma KraussMaffei Technologies GmbH, München, verwendet. Im Anschluss an die Herstellung des Formteils mit Einleger wird mittels einer Infrarotkamera der Firma Optris GmbH, Berlin, eine Thermographieaufnahme des Bauteils erstellt. Trainingsdatensätze wurden erstellt indem auf Basis von Versuchsplänen Probekörper hergestellt, Prozessparameter und Temperaturprofile aufgenommen und die notwendigen Auszugskräfte mittels mechanischer Prüfung bestimmt wurden. Auf Basis der Korrelationen zwischen den Thermographieaufnahmen und den ermittelten Auszugskräften sowie den Prozessparametern wird über die Qualität des Bauteils entschieden. Im Fall, dass das Bauteil nicht den geforderten Qualitätseigenschaften entspricht, werden die Prozessparameter angepasst, um die erforderliche Bauteilqualität wieder zu erreichen. Anhand des Demonstrators wird gezeigt, wie auf Basis von Datensätzen automatisiert und zerstörungsfrei über Qualitätskriterien entschieden sowie die Prozessparameter im Fall von Ausschuss angepasst werden können. Die Datenerhebung erfolgt automatisch mittels der mit der Anlage verbundenen IoT-Plattform d-scover@ der d-fine GmbH, Frankfurt.

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Beitrag von: M. Sc. Maximilian Lang

Der Beitrag Kontrolle der Verbundbauteilqualität im Spritzgießprozess erschien zuerst auf ProKI-Ilmenau.

Der Demonstrator umfasst das Umspritzen eines Metalleinlegers mit einem Kunststoff durch das Fügen durch Urformen. Dazu wird eine Spritzgießanlage der Firma KraussMaffei Technologies GmbH, München, verwendet. Im Anschluss an die Herstellung des Formteils mit Einleger wird mittels einer Infrarotkamera der Firma Optris GmbH, Berlin, eine Thermographieaufnahme des Bauteils erstellt. Trainingsdatensätze wurden erstellt indem auf Basis von Versuchsplänen Probekörper hergestellt, Prozessparameter und Temperaturprofile aufgenommen und die notwendigen Auszugskräfte mittels mechanischer Prüfung bestimmt wurden. Auf Basis der Korrelationen zwischen den Thermographieaufnahmen und den ermittelten Auszugskräften sowie den Prozessparametern wird über die Qualität des Bauteils entschieden. Im Fall, dass das Bauteil nicht den geforderten Qualitätseigenschaften entspricht, werden die Prozessparameter angepasst, um die erforderliche Bauteilqualität wieder zu erreichen. Anhand des Demonstrators wird gezeigt, wie auf Basis von Datensätzen automatisiert und zerstörungsfrei über Qualitätskriterien entschieden sowie die Prozessparameter im Fall von Ausschuss angepasst werden können. Die Datenerhebung erfolgt automatisch mittels der mit der Anlage verbundenen IoT-Plattform d-scover@ der d-fine GmbH, Frankfurt.

Beitrag von: M. Sc. Maximilian Lang

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Im Newtonbau präsentierte das Fachgebiet Fertigungstechnik in Zusammenarbeit mit dem dort ansässigen Partnerzentrum Mittelstand-Digital Zentrum Ilmenau innovative Fügeprozesse und Möglichkeiten der KI-gesteuerten Prozessüberwachung. Anschließend gewährte das Fachgebiet Qualitätssicherung & industrielle Bildverarbeitung Einblicke in Datenaugmentierung sowie KI-gestützte Methoden zur optischen Unterscheidung von Kunststoffen. Außerdem wurde ein mobiler Roboterhund vorgestellt, der eigenständig dabei helfen wird, die Gesundheit des Waldes zu beurteilen. Abschließend wurden bei einer Laborführung durch die Projekthalle und den Staudingerbau des Fachgebiets Kunststofftechnik Möglichkeiten zur Qualitätssicherung mithilfe von KI-Methoden für Kunststoffextrusionsverfahren diskutiert.
Die weitere Zusammenarbeit wird nun durch gemeinsame KI-Projekte intensiviert.

Das Team von ProKI-Ilmenau bedankt sich herzlich bei allen Gästen und Mitarbeiter:innen der Fachgebiete für den regen Austausch.

Der Beitrag Thementour für Jenoptik im ProKI-Zentrum Ilmenau erschien zuerst auf ProKI-Ilmenau.