Ausgabe zur BLECHEXPO 2017

FORSCHUNG & TECHNIK

TEXT & BILD: FRAUNHOFER IZFP

CAMPUS E3 1, 66123 SAARBRÜCKEN,

aterialfehler im

Endprodukt kön-

nen in vielen In-

dustriebereichen

zu frühzeitigem Versagen

führen und den sicheren Ge-

brauch der Erzeugnisse mas-

siv beeinträchtigen.

Eine Schlüsselrolle im Rah-

men der Qualitätssicherung

kommt daher intelligenten,

zerstörungsfreien Sensorsyste-

men zu, die es erlauben, Bau-

teile schnell und kostengünstig

zu prüfen, ohne das Material

selbst zu beschädigen oder die

Oberfläche zu verändern. Ex-

perten des Fraunhofer IZFP in

Saarbrücken präsentieren vom

7. bis 10. November 2017 auf

der Blechexpo in Stuttgart zwei

Exponate, die eine schnelle,

zuverlässige und automatisier-

te Materialcharakterisierung

und Fehlerbestimmung ermög-

lichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwän-

diger zerstörender Prüfverfah-

ren zieht die Qualitätsprüfung

durch die Beschädigung oder

Zerstörung der Produkte enor-

me Kosten nach sich. Prozess-

störungen werden aufgrund der

auf Stichproben beschränkten

Prüfung überdies oft erst er-

kannt, wenn bereits in erheb-

lichem Umfang Ausschuss ent-

standen ist. Zerstörungsfreie

Prüfverfahren sind daher eine

Alternative und nach entspre-

chenden Anpassungsprozessen

langfristig auch ein Ersatz für

zerstörende Verfahren.

Kognitive Sensorik zur

Qualitätssicherung in der

Produktion

Unsere Ingenieure demons-

trieren auf der diesjährigen

Blechexpo ein robotergestütz-

tes Sensorsystem, welches sich

schnell und einfach in Produk-

tionsprozesse integrieren lässt.

Der automatisierte Einsatz

intelligenter zerstörungsfrei-

er Sensorsysteme ist nicht nur

essenziell zur Sicherstellung

der optimalen Produktqualität

in der Fertigung, sondern auch

unabdingbar zur Realisierung

aktueller »Machine-Learning«-

Konzepte. Die mögliche Anwen-

dung solcher Systeme wird an-

hand einer robotergestützten

Prüfung an pressgehärteten

Bauteilen mittels EMUS* und

3MA** beispielhaft demonst-

riert. EMUS ermöglicht die kop-

pelmittelfreie Fehlerprüfung im

Blech, während 3MA parallel

eine quantitative Materialcha-

rakterisierung erlaubt.

Sekundenschnelle Prüfung

Die Vorteile der roboterba-

sierten Kombination der zwei

Sensoren (3MA, EMUS) liegen

in der sekundenschnellen Prü-

fung, der Bestimmung und Be-

wertung von mehreren relevan-

ten Qualitätsmerkmalen sowie

der berührungslosen Prüfung

von Blechen. »Durch das kom-

binierte sensorgestützte Prüf-

verfahren werden mechanische

Eigenschaften, beispielsweise

der

Eigenspannungszustand

und die Härte eines Stahls,

sowie Defekte wie Risse oder

Einschnürungen

frühzeitig

erkannt. Dies ist ressourcen-

schonend, reduziert Kosten und

trägt zur Stärkung der Wettbe-

werbsposition der Produzenten

bei«, erklärt Frank Leinenbach,

Entwicklungsingenieur

Fraunhofer IZFP. Das Institut

verfügt über jahrzehntelange

Erfahrung und Know-how im

Bereich der Kombination und

Automatisierung von zerstö-

rungsfreien Prüfmethoden für

die Fertigung.

Qualitätssicherung während

der Stahlherstellung

Die Stahl herstellende und

verarbeitende Industrie be-

nötigt zerstörungsfreie Prüf-

verfahren für die Qualitäts-

sicherung. Dabei sind Härte,

Härtetiefe, Festigkeit und

Eigenspannungen häufig rele-

vante Qualitätsmerkmale. Um

eine schnelle und sichere Aus-

sage über den Qualitätszustand

ferromagnetischer Werkstoffe

zu erhalten, sind zerstörungs-

freie mikromagnetische Prüf-

verfahren bestens geeignet.

»Eine derzeit häufig angefragte

Prüfaufgabe betrifft das Moni-

toring von Grobblechen und die

damit verbundene Detektion

von oberflächennahen lokalen

Aufhärtungen«, erläutert Sar-

gon Youssef, Wissenschaftler

und Ingenieur am Fraunhofer

IZFP. Mit Hilfe der am Fraunho-

fer IZFP entwickelten 3MA-X8-

Prüftechnologie können diese

lokalen Aufhärtungen mittels

mikromagnetischer Messeffekte

bestimmt werden.

Die besonderen Stärken des

3MA-X8-Prüfsystems liegen in

der benutzerfreundlichen An-

lernphase bzw. Kalibrierung

und in einer variablen und ro-

busten Sensorgestaltung. Ein

spezieller Schwerpunkt liegt in

der mehrkanaligen Echtzeitfä-

higkeit des Prüfsystems.

Das 3MA-X8-Prüfverfahren

wird auf der Blechexpo in

Stuttgart anhand eines Mes-

seexponats demonstriert: Un-

sere

Hightech-Prüftechnik

ist – wie unter realen Bedin-

gungen – in einer miniaturi-

sierten Walzstraße integriert.

Hierfür werden Testbleche auf

der Walzstraße mit den Prüf-

verfahren vermessen und ent-

sprechend ihren Zuständen

als »Blech i.O.« oder »Blech

n.i.O.« erkannt und gegebenen-

falls sortiert.

Smart sensors

for efficient

processes

aterial defects in

end products can

quickly result in

failures in many

areas of industry, and have

a massive impact on the safe

use of their products.

This is why, in the field of

quality assurance, intelligent,

nondestructive sensor systems

play a key role. They allow test-

ing components and parts in a

rapid and cost-efficient manner

without destroying the actual

product or changing its surface.

Experts from the Fraunhofer

IZFP in Saarbrücken will be pre-

senting two exhibits at the Ble-

chexpo in Stuttgart from 7–10

November 2017 that allow fast,

reliable, and automated charac-

terization of materials and de-

tection of defects (Hall 5, Booth

5306).

When quality testing uses

time-consuming destructive test

methods, it can result in enor-

mous costs due to damaging or

destroying the products. And

given that testing is restricted

to random sampling, faults in

processes are often not found

until a large amount of scrap

has already been produced.

Consequently, nondestructive

testing method represent an

alternative, and after appropri-

ate adaptation processes, also

a replacement for destructive

methods for the long run.

Cognitive sensors for quality

assurance in production

At this year's Blechexpo, our

engineers will demonstrate a ro-

botics-supported sensor system

that can rapidly and easily be

integrated into production pro-

cesses. The automated applica-

tion of intelligent, nondestruc-

tive sensor systems is not only

essential for ensuring optimum

product quality in production,

it is also indispensable for real-

izing current machine learning

concepts. The potential use of

such systems will be demon-

strated in an exemplary case

of robotics-supported testing of

press-hardened parts by means

of EMAT* and 3MA**. EMAT al-

lows couplant-free testing of de-

fects in sheet metal, while par-

allel application of 3MA makes

quantitative material charac-

terization possible.

Testing within seconds

The advantages of the ro-

botics-based combination of

the two sensors (3MA, EMAT)

include rapid testing in mere

seconds, determining and evalu-

ating several relevant quality

characteristics, as well as the

nondestructive testing of sheet

metal. "The combined sensor-

based testing process allows

early detection of mechanical

properties, e.g., the residual

stress and the hardness of steel,

as well as defects like cracks or

necking. This will save resourc-

es, reduce costs, and contribute

to strengthening manufacturers'

competitive position," explained

Frank Leinenbach, development

engineer at the Fraunhofer IZFP.

The institute has decades of

experience and expertise in

combining and automating non-

destructive testing methods for

production.

Quality assurance

during steel production

The steel-producing and -pro-

cessing industries need nonde-

structive testing methods in

quality assurance. Frequently

relevant quality characteristics

include hardness, case depth,

strength, and residual stresses.

In this context, nondestructive

micromagnetic testing methods

are optimally suited for provid-

ing fast and reliable statements

on the quality status of ferro-

magnetic materials. "An inspec-

tion task that is being request-

ed frequently is the monitoring

of heavy steel plates, and the

related detection of localized

increases in surface harden-

ing," explained Sargon Youssef,

researcher and engineer at the

Fraunhofer IZFP. These local-

ized effects can be detected by

means of micromagnetic meas-

uring effects when the 3MA-X8

testing technology developed at

the Fraunhofer IZFP is applied.

The specific strengths of the

3MA-X8 testing system lie in its

user-friendly learning curve and

calibration, as well as in its var-

iable and robust sensor design.

A key point is the test system's

multi-channel real-time capabil-

ity.

The 3MA-X8 testing method

will be demonstrated at the Ble-

chexpo in Stuttgart using a fair

exhibit. As under realistic con-

ditions, our high-tech testing

technology will be integrated

in a miniaturized rolling line.

Here, sheet metal to be tested

will be measured using the

testing method, detected, and

sorted – if necessary – into "OK

sheet metal" or "not-OK sheet

metal".

www.izfp.fraunhofer.de

Fraunhofer IZFP:

Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Durchführung einer robotergestützten Prüfung von Stahlplatinen. Untersucht werden mechanische

Eigenschaften (u. a. Eigenspannungen) mittels mikromagnetischer Verfahren (3MA).

An engineer performs robotics-supported testing of steel sheets for mechanical properties

(residual stresses) using micromagnetic testing (3MA)

Schematischer Aufbau einer Walzstraße zur zerstörungsfreien Prüfung von Grobblechen

Schematic layout of a rolling line for nondestructive testing of heavy plates