Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Die Abteilung »Produktionsmesstechnik« des Fraunhofer IPT beschäftigt sich mit allen Fragen der produktionsbegleitenden Messtechnik sowie allen qualitätssichernden Maßnahmen in produzierenden Unternehmen. Dabei erarbeiten wir Lösungen sowohl für die Automobilindustrie, den Maschinen- und Anlagenbau oder die Luftfahrtindustrie als auch für die Medizin- und Biotechnologie. Dazu steht uns eine umfangreiche Ausstattung moderner Messsysteme zur Verfügung, die wir nicht nur für Dienstleistungsmessungen einsetzen, sondern auch zusammen mit unseren Partnern und Messtechnikanbietern optimieren und weiterentwickeln.
Produktionsmesstechnik
Prozessüberwachung für die Lasermaterialbearbeitung
Die Laserbearbeitung wird durch unterschiedliche maschinen-, werkstück- und umgebungsbedingte Faktoren bestimmt, die direkt die Prozessstabilität und Produktqualität beeinflussen. Die inline Prozessüberwachung am Fraunhofer IPT, auf den Grundlagen von kurzkohärenter Interferometrie, Laserplasmaanalyse und chromatisch-konfokalen Sensoren, ermöglicht unter Berücksichtigung dieser Einflüsse eine hochpräzise und materialunabhängige 100%-Prüfung von Laserbearbeitungsprozessen. Die extrahierten Messdaten ermöglichen anschließend eine Rückführung der Prozessdaten in den Fertigungsprozess, um diesen adaptiv an änderende Randbedingungen anzupassen und den Produktionsprozess zu optimieren.
High-Speed-Mikroskopie
Am Fraunhofer IPT entwickeln wir Hochdurchsatz-Mikroskopielösungen zur automatisierten Qualitätskontrolle beispielsweise für die Waferinspektion. Eine vollflächige mikroskopische Prüfung einschließlich Bildverarbeitung ist damit in kurzer Zeit möglich. Die kundenspezifisch entwickelten Systeme basieren auf einem kontinuierlichen Scanverfahren, bei dem die Probe aus der Bewegung heraus digitalisiert und der Fokus kontinuierlich über Hardware-Autofokussysteme nachgeregelt wird.
Dienstleistungsmessungen
Präzise Messtechnik ist unverzichtbar zur Qualitätskontrolle ein- und ausgehender Produkte – sowohl bei Serienbauteilen als auch bei prototypischen Prüflingen aus der Entwicklung. Das Fraunhofer IPT verfügt über zahlreiche Messgeräte zur Charakterisierung von Bauteilen aller Größenordnungen vom Meter- bis in den Nanometerbereich. Unser Angebot zu Auftragsmessungen reicht von der einfachen 3D Digitalisierung von Bauteilen bis zu deren kompletten Bemusterung einschließlich der Datenauswertung und Protokollierung.
Messtechnische Beratung
Die erfolgreiche Auswahl eines Messsystems hängt entscheidend von einem strukturierten Vorgehen und der systematischen Berücksichtigung aller wesentlichen Aspekte ab. Unterstützt werden Anwender dabei von der IDENT-Systematik, die eine Gegenüberstellung und detaillierten Bewertung der in Frage kommenden Varianten leistet. Durch die einzelnen Module der IDENT-Systematik wird sichergestellt, dass alle wichtigen Aspekte im notwendigen Detaillierungsgrad berücksichtigt und auch weniger augenfällige Komponenten in der Messmittelauswahl nicht außer Acht gelassen werden. Dazu lassen sich mit Hilfe konkreter Toolboxen relevante messtechnische Verfahren und Geräte identifizieren und ihre Eigenschaften am zu lösenden Aufgabenspektrum spiegeln. Über diverse technische und wirtschaftliche Bewertungskriterien können die messtechnischen Alternativen anschließend priorisiert und das optimale Verfahren ausgewählt werden.
Strukturüberwachung
Intakte Strukturen von Leichtbaukomponenten spielen eine immer wichtigere Rolle. Vor allem bei Bauteilen aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) mit komplexen Geometrien und Faserlagen lassen sich Dehnungen und Spannungen im Bauteilinneren anhand von Finite-Elemente- Methoden nur schwer vorhersagen. Mit der optischen Frequenzbereichsreflektometrie lassen sich anhand optischer Fasern Dehnungs- und Temperaturänderungen unter der Oberfläche messen. So können in Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen Schädigungen und Belastungen sichtbar gemacht werden.
Lithographie
Die Zwei-Photonen Polymerisation erlaubt die additive Fertigung individueller Mikro- und Nanostrukturen in verschiedenen photosensitiven Polymeren. Durch Ausnutzung des nichtlinearen physikalischen Effekts der Zwei-Photonen Absorption ist sowohl eine Auflösung unterhalb der Beugungsgrenze als auch volle 3D-Fähigkeit hinsichtlich des Strukturdesigns möglich. Anwendungen finden sich hauptsächlich in der Herstellung optischer und biologischer Strukturen, bspw. zur Zelldifferenzierung wieder.
Bau von Sondermessmitteln
Häufig erfordern Prüfaufgaben individuelle Messsysteme oder Prüfvorrichtungen, die nicht am Markt erhältlich sind. Hier setzen Sonderentwicklungen des Fraunhofer IPT an, die gezielt besondere messtechnische, wirtschaftliche und produktionstechnische Randbedingungen erfüllen. Dabei setzt das Fraunhofer IPT auf ganzheitliche Lösungen von der Auslegung einer geeigneten Messkinematik über die Ausarbeitung der Messtrategie bis hin zum Aufbau einer Sensorsystems.
- Informationsflyer »Entwicklung von Sondermesssystemen«
- Informationsflyer »Design und Bau faseroptischer Sonden«
Laborautomatisierung
Manuelle Prozesse in den biotechnologischen Laboren sind meist sehr zeit- und arbeitsintensiv. In der Abteilung Produktionsmesstechnik entwickeln wir daher in enger Zusammenarbeit von Biologen und Ingenieuren Konzepte für die Automatisierung von Laborprozessen aus der Biotechnologie – von individuellen Sondermessgeräten bis hin zur Automatisierung komplexer biologischer Zellkulturprozesse. Mithilfe intelligenter Lösungen mit integrierter Qualitätskontrolle können so beispielsweise Zellprodukte standardisiert im Hochdurchsatz hergestellt werden.
Optikprüfung
Damit optische Bauteile ihre Funktion erfüllen, müssen extrem niedriger Toleranzen eingehalten werden, die häufig am Rande des technisch Machbaren liegen. Die Qualitätssicherung und Messtechnik ist daher ein wichtiger Bestandteil der Optikfertigung, bei der das Fraunhofer IPT einerseits mit seiner extensiven Messtechnik-Ausstattung unterstützen kann. Dazu gehören taktile und berührungslose Verfahren zur Form- und Funktionsprüfung. Darüber hinaus entwickelt das IPT maßgeschneiderte Messtechnik zur Charakterisierung anspruchsvoller optischer Funktionsflächen mit z.B. hohen Flakensteilheiten, komplexen Freiformen oder überlagerten Mikrostrukturen. Für die Montage der Einzelkomponenten zu vollständigen Systemen stellt das IPT darüber hinaus aktive Justagemethoden bereit, die komplette optische Systeme anhand ihrer optischen Funktion in sub-µm Präzision ausrichten.
Miniaturisierung von Messmitteln
Einen Forschungsschwerpunkt des Fraunhofer IPT bildet die Miniaturisierung messtechnischer Komponenten. Durch den Einsatz von Fasertechnologie, Mikrooptiken und mikromechanischen Bauteilen können Messsysteme und Sonden deutlich verkleinert werden. Dank einer kompakten Bauform erleichtert sich die Integration dieser Sonden in Fertigungsprozesse.
Produktionsintegrierte Messtechnik
Heutige Produktionsprozesse verlangen nach immer kürzeren Qualitätsregelkreisen. Dadurch wächst der Bedarf an Messtechnik, die prozessnah schnell die erforderlichen Daten liefert. Dieser Trend geht hin bis zur vollständigen Integration autonomer Messsysteme in Produktionsabläufe und -maschinen und ermöglichet die Adaption von Prozessen an abweichende Produktionsbedingungen was für Smart Factory Ansätze eine Voraussetzung dar stellt.