Abbildung 1: Beispiel einer Messung an der Fassade des Fraunhofer IPM-Gebäudes, das Schwingungen von Fassadenplatten zeigt.
Die farbcodierte Phase des erfassten Lichts entspricht die Verformung der Oberfläche.

LongPower 4.0

Abbildung 2: Prototyp eines ESPI-Sensors zur Untersuchung der Qualität von Baufassaden.
Der Sensor erkennt beschädigte Bereiche der Fassaden durch das Analysieren ihrer Schwingungseigenschaften.

Projekttitel: Entwicklung und Transfer eines industrietauglichen holographischen Inspektionssystems zur 100%-Qualitätssicherung in der Produktion

Die Lebensdauer einzelner Komponenten spielt bei der Produktion nachhaltiger Güter eine entscheidende Rolle. Im Zuge des Scaling-Projektes „LongPower 4.0“ wurde auf Basis des in »LongPower« aufgebauten und erprobten Messsystems ein in der Serienfertigung einsetzbares holographisches Qualitätssicherungssystem entwickelt. Der entwickelte Sensor bietet erstamls die Möglichkeit einer produktionsnahen Messung des Verformungsverhaltens elektromechanischer Systeme unter zyklischen Lasten.  Die so gewonnen Messdaten stellen eine gute Basis für die Vorhersage der Versagenswahrscheinlichkeit der vermessenen Systeme – und damit der erwarteten Lebensdauer – dar. Mithilfe eines speziell entwickelten optischen Sensorsystems auf Basis der elektronischen Speckle-Interferometrie (ESPI) konnten am Beispiel von Leistungselektroniken unter thermischer Belastung bereits kleinste Qualitätsmängel (z. B. Delamination einzelner Schichten) detektiert werden, die maßgeblich für den vorzeitigen Ausfall dieser Komponenten im späteren Betrieb verantwortlich sind. Neben der geeigneten „Anregung“ der Bauteile entweder durch eine externe Wärmequelle oder durch einen simulierten Hochleistungsbetrieb ist für den Erfolg des Projektes insbesondere die hochempfindliche aber gleichzeitig auch sehr robuste Sensorik verantwortlich. Das Messverfahren – ESPI – ist eine Sonderform der Interferometrie (Messmethode, die die Überlagerung oder Interferenz von Wellen nutzt, um zu messende Größen zu bestimmen) und erlaubt durch die Nutzung moderner Kameras und Grafikkarten (zur Auswertung der Messdaten) bereits Verformungen im Bereich von 0,01 μm mit Bildraten von über 1 kHz flächig zu erfassen.

Das im Projekt entwickelte System ermöglicht die Steigerung der Zuverlässigkeit komplexer elektromechanischer Gesamtsysteme – z. B. Leistungselektronik oder Mikromechanik – und leistet durch die damit verbundene Reduktion des Ausschusses einen wesentlichen Beitrag zur Nachhaltigkeit. Zusätzlich wurde das System für alternative industrielle Einsatzgebiete im Bereich der Festigkeitsanalyse von Gebäudestrukturen (Fassaden, Trägersysteme, etc.) weiterentwickelt. Hier kann die Technologie einen erheblichen Beitrag zur frühzeitigen Erkennung und Einschätzung von Sanierungsbedarfen – und damit zur Erhöhung der Betriebssicherheit und zur Reduktion des Sanierungsumfangs – leisten.

Projektpartner: