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Im Vorhaben RESTMAG wurde ein funktionsfähiger Prototyp eines inline-fähigen Restmagnetismus-Prüfgerätes entwickelt und erfolgreich validiert. Die Projektziele wurden erreicht bzw. übertroffen. Das System ermöglicht eine automatisierte, schnelle und reproduzierbare Prüfung von Werkstücken und stellt damit eine geeignete Grundlage für die industrielle Umsetzung dar.
Ausgangssituation und Zielstellung
In zahlreichen industriellen Fertigungsprozessen stellt Restmagnetismus an Bauteilen eine relevante Einflussgröße für die Produktqualität dar. Insbesondere bei Schweiß-, Beschichtungs- sowie Reinigungsprozessen kann Restmagnetismus zu Prozessstörungen und Qualitätsabweichungen führen. Die in der industriellen Praxis etablierten Messverfahren basieren überwiegend auf manuellen Prüfmethoden mit handgeführten Messgeräten. Diese sind zeitaufwendig, bedienerabhängig und nur eingeschränkt reproduzierbar, sodass in der Regel lediglich Stichprobenprüfungen durchgeführt werden.
Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines inline-fähigen Prüfgerätes zur Detektion von Restmagnetismus an Werkstücken, das eine automatisierte, reproduzierbare und flächendeckende Qualitätskontrolle im Produktionsprozess ermöglicht. Dabei sollten insbesondere kurze Messzeiten im Sekundenbereich, eine hohe Klassifikationssicherheit (≥ 90 %) sowie eine Anpassbarkeit an unterschiedliche Werkstückgeometrien realisiert werden.
Durchführung und erzielte Ergebnisse
Im Rahmen des Projekts wurde ein Prototyp eines Restmagnetismus-Prüfgerätes entwickelt. Das System basiert auf einer statischen Anordnung von 23 dreiachsigen Magnetfeldsensoren zur Erfassung der Magnetfeldverteilung in unmittelbarer Nähe der Werkstückoberfläche. Ergänzend wurde eine aktive Kompensation des Umgebungsfeldes realisiert, um reproduzierbare Messbedingungen sicherzustellen.
Die Auswertung der Messdaten erfolgt mittels Gauß-Prozess-Modellen (GaussianProcessClassifier aus scikit-learn), die auf Referenzmessungen trainiert werden. Hierdurch wird eine automatisierte Bewertung von Werkstücken hinsichtlich des zulässigen Restmagnetismus ermöglicht.
Zur Anpassung an unterschiedliche Werkstückgeometrien wurde ein Konzept mit austauschbaren, werkstückspezifischen Sensoranordnungen entwickelt. Diese werden auf Basis von Referenzmessungen optimiert und mittels additiver Fertigung hergestellt.
Die Validierung des entwickelten Prototyps zeigte, dass die angestrebten Zielgrößen deutlich übertroffen wurden. Es konnte eine Messzeit von 0,65 s pro Werkstück sowie eine Erkennungswahrscheinlichkeit von 99,94 % nachgewiesen werden.
Bewertung der Ergebnisse
Mit dem entwickelten Prüfsystem konnte die angestrebte Inline-Fähigkeit erfolgreich demonstriert werden. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass eine automatisierte und reproduzierbare 100-%-Kontrolle von Restmagnetismus in industriellen Fertigungsprozessen grundsätzlich möglich ist.
Im Vergleich zum Stand der Technik stellt das System eine deutliche Erweiterung der bisherigen Prüfmethoden dar, da diese bislang überwiegend manuell und stichprobenbasiert erfolgen. Die Kombination aus kurzer Messzeit und hoher Klassifikationssicherheit ermöglicht erstmals eine wirtschaftliche Integration in Serienprozesse.
Anwendungs- und Verwertungsperspektiven
Das entwickelte Verfahren richtet sich an industrielle Anwender mit hohen Anforderungen an die magnetische Sauberkeit von Bauteilen, insbesondere in den Bereichen Maschinen- und Anlagenbau, Automobilindustrie, Metallverarbeitung sowie Medizintechnik.
Die wirtschaftliche Verwertung der Projektergebnisse erfolgt über den Transfer in die Industrie, beispielsweise durch Lizenzierungen, Kooperationsprojekte oder weiterführende Forschungs- und Entwicklungsaufträge.
Prototyp eines Restmagnetismus-Prüfgerätes
Copyright: INNOVENT e.V.
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler
Elektrotechnik, Maschinenbau, Werkstoffwissenschaften, Wirtschaft
überregional
Forschungsergebnisse
Deutsch
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