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Entwicklung maßgeschneiderter Compounds
Neben klassischen Thermoplasten wie Polyolefinen, Polyvinylchlorid, Polyestern, Polyamiden, Polycarbonaten oder Styrolcopolymeren sowie deren Blends forschen wir an der Entwicklung von Biopolymeren, Wood Polymer Composites (WPC), Hochleistungskunststoffen, Nanocomposites und thermoplastischen Elastomeren (TPE).
Verarbeitung und Weiterbearbeitung von Kunststoffprodukten
Wir arbeiten an Themen mit starkem Bezug zur industriellen Umsetzung. Dabei können wir auf ein großes Netzwerk vertrauen, das unsere Kompetenzen ergänzt. So gelingt es uns, innovative Lösungen für Ihre Fragestellungen zu entwickeln.
Fehler entdecken und Gefahren minimieren
In der Kunststoffindustrie werden unterschiedliche Prüfmethoden zur Prozessüberwachung und Bauteilprüfung eingesetzt. Sie helfen bei der Schadensanalyse, Qualitätskontrolle und Produktüberwachung.
Auch im Abfall stecken wertvolle Rohstoffe
Wir arbeiten an Themen mit starkem Bezug zur industriellen Umsetzung. Dabei können wir auf ein großes Netzwerk vertrauen, das unsere Kompetenzen ergänzt. So gelingt es uns, innovative Lösungen für Ihre Fragestellungen zu entwickeln.
Analog war gestern – Industrie 4.0 ist die Zukunft
Die Digitalisierung ist ein Eckpfeiler der modernen Industrie. Sie birgt ein enormes Potenzial, um die Leistungen in der Produktion deutlich zu steigern und damit die Wettbewerbsfähigkeit in Deutschland zu stärken.
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USKI
KI-gestützte Prozessauswertung zur Qualitätssicherung beim Ultraschallschweißen
Projektdauer
Von: 01.11.2025 Bis: 31.10.2027Beschreibung
Das Ultraschallschweißen (US) ist ein sehr verbreitetes Fügeverfahren für Kunststoffe, das mit Schweißzeiten von häufig unter einer Sekunde für Bauteile mit hohen Stückzahlen eingesetzt wird. Ein grundsätzliches Problem des US und anderer Schweißverfahren liegt darin, dass die Qualität einer hergestellten Fügeverbindung nach dem aktuellen Stand der Technik nur zerstörend vollumfänglich bewertet werden kann. Damit entsteht im industriellen Produktionsumfeld sehr häufig ein Zielkonflikt zwischen möglichst umfassender Qualitätssicherung und möglichst geringem Ausschuss durch zerstörende Prüfung. Entsprechend erfolgen zerstörende Prüfungen meist nur an einer Stichprobenauswahl der hergestellten Bauteile. Gerade beim US ist dies kritisch, da die Fügeverbindungsqualität im Vergleich zu anderen Schweißverfahren deutlich variieren kann.
Um dennoch eine 100%-Kontrolle zu ermöglichen, werden meist zerstörungsfreie Prüfungen eingesetzt, die mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit bauteil- oder anwendungsspezifische Fehlerbilder identifizieren können. Zerstörungsfreie Prüfungen erfolgen analog zu zerstörenden Prüfungen nachgelagert zum Schweißprozess und sind teils mit erheblichem Ressourceneinsatz verbunden, den es unter wirtschaftlichen Erwägungen zu minimieren gilt.
Einen alternativen Ansatz zur Qualitätssicherung mit geringem Ressourcenbedarf stellt in diesem Kontext die Prozessüberwachung der Schweißmaschine selbst dar, d.h. z.B. Sensordaten von Kraft-, Weg- oder Leistungssensoren. Diese Daten werden von modernen Ultraschallschweißanlagen individuell für jede Schweißung mit einer zeitlichen Auflösung ca. 1 ms erfasst, gespeichert und ggf. nach einfachen, vom Nutzer vorgegebenen Kriterien wie z.B. Min- oder Maximum ausgewertet. Da allerdings in der industriellen Anwendung häufig sehr komplexe zeitliche Verläufe der Prozessüberwachungsgrößen auftreten, ist die aktuelle, vergleichsweise simple Auswertung in vielen Fällen nicht ausreichend für eine robuste Qualitätssicherungsmaßnahme. Mitarbeiter mit einem hohen Maß an Prozessverständnis und Erfahrung können hingegen eine ganze Reihe von Fehlerbildern aus den Prozessüberwachungsdaten von US-Anlagen lesen. Mit Hinblick auf Taktzeit des US-Prozesses und Verfügbarkeit entsprechenden Fachpersonals ist dieses Vorgehen nur nachgelagert und nur bei sehr kritischen Fehlern möglich. Deshalb wird das Potential der bei den meisten US-Anlagen vorhandenen Prozessüberwachung hinsichtlich Qualitätssicherung bisher nur zu einem sehr geringen Umfang genutzt.
Vor diesem Hintergrund zielt das USKI-Projekt auf die Entwicklung einer KI-gestützten, datenbasierten, vollständig automatisierten, inline-fähigen Qualitätssicherungsmaßnahme für den Ultraschallschweißprozess ab. Die zu entwickelnden KI-Modelle sollen anhand gängiger Prozessüberwachungsdaten von US-Anlagen Schweißnahtfestigkeiten direkt nach Abschluss des Schweißvorgangs prognostizieren und so den Prozessverlauf beurteilen. Zusätzlich soll geprüft werden, ob sich die Prognosefähigkeit solcher KI-Modelle durch zusätzliche Daten verbessern lässt, die aus unmittelbar nach dem Schweißvorgang aufgenommen Thermogrammen extrahiert wurden. Die im Projektverlauf generierten Daten, die damit trainierten KI-Modelle und insbesondere die entwickelten Methodiken zum Training der KI-Modelle sollen es Unternehmen ermöglichen, eigene Qualitätskontrollen für 100 % ihrer ultraschallgeschweißten Bauteile zu implementieren. Der Nutzen der Unternehmen liegt dabei in der Reduktion von Schadensfällen, Reklamationen und Regressansprüchen sowie einer Steigerung der Ressourceneffizienz.
Eine industrielle Umsetzung der grundlegenden Ergebnisse soll dabei bereits im Forschungsvorhaben direkt und unmittelbar für verschiedene Bauteilgeometrien und Materialien erprobt werden. Des Weiteren sollen alle in dem Projekt erhobenen Daten, entwickelten Programme und Auswertungsalgorithmen zur freien Nutzung veröffentlicht werden, um das Training der erstellten KI-Modelle auf andere Produkte zu ermöglichen.
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