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Zerstörungsfreies Prüfsystem für die Handprüfung

Für die Qualitätssicherung in den unterschiedlichsten Industriebranchen sind Sensorsysteme der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) essentiell. Gerade bei der manuellen Prüfung sind die aktuellen unhandlichen Prüfsystemkonzepte jedoch eher hinderlich, da oft in schlecht zugänglichen Bereichen geprüft werden muss. Kevin Becker vom Fraunhofer IZFP forscht an Technologien, die den Einsatz erleichtern sollen.

© privat
Kevin Becker.
© Fraunhofer IZFP / U. Bellhäuser
Wirbelstrombaugruppe inspECT-PRO als Teil des Demonstrators.

Herr Becker, welche Herausforderungen sehen Sie bei der Entwicklung neuer Sensorsysteme für ZfP-Verfahren?

Unser Ziel am Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP ist es unter anderem, Systeme zu entwickeln, welche neue Konzepte der Sensorsignalverarbeitung zur Anwendung bringen. Ein gutes Beispiel hierfür ist die Handprüfung, bei der vielfältige Randbedingungen berücksichtigt werden müssen – gute Handhabbarkeit, Miniaturisierung des gesamten Sensorsystems, geringe Latenz der Signalübertragung sowie eine Echtzeitdatenverarbeitung. Dies verlangt eine genaue Betrachtung der gesamten Signalkette, damit die Datenverarbeitung und -übertragung möglichst energieeffizient und ohne größere Verzögerung vonstattengeht. Wichtig ist es auch, schon vorab eine Klassifizierung der Daten vorzunehmen, um die Fehlererkennung für den Prüfer möglichst zu vereinfachen. Dadurch kann eine deutliche Verbesserung des Qualitätssicherungsprozesses erzielt werden. 

Mit welchen Forschungsthemen beschäftigen Sie sich am Fraunhofer IZFP?

Im Kern meiner Forschungen geht es vor allem um die Entwicklung neuartiger Konzepte für energieeffiziente Mikroarchitekturen und KI-Beschleuniger. Hierfür dient zunächst ein »Field Programmable Gate Array« (FPGA) als Entwicklungsplattform. Die darauf entwickelten Systeme sollen die Datenverarbeitung beschleunigen, möglichst energieeffizient arbeiten sowie neue Konzepte der biologisch inspirierten Informationsverarbeitung umsetzen. Bei solchen und ähnlichen Forschungsthemen arbeiten wir in enger Kooperation mit Instituten des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik – beispielweise in dem Innovationsprogramm »TRAICT« (TrustedResource-Aware ICT). Hierbei untersuchen die beteiligten Forscherteams aus 18 Fraunhofer-Instituten gemeinsam Systemarchitekturen und deren Komponenten im Hinblick auf ihre Vertrauenswürdigkeit und Energieeffizienz. 

An was genau arbeiten Sie gerade?

Aktuell arbeite ich an der Umsetzung eines Wirbelstrom-Prüfsystems für die Handprüfung. Bisher wurde ein Demonstrator realisiert, der zukünftig vor allem hinsichtlich Energieeffizienz und Performance optimiert wird: so können Daten nach einer Analog-Digital-Wandlung des Sensorsignals mittels Bluetooth auf ein Smartphone übertragen und dargestellt werden. Hierfür haben wir im Team die notwendige Programmierung des Mikrocontrollers vorgenommen sowie eine App entwickelt, welche die Daten auf dem Bildschirm des Smartphones darstellt.

Was finden Sie besonders spannend dabei? 

Für uns ist es interessant, eine möglichst geringe Latenz zwischen der physikalischen Wechselwirkung mit dem Prüfobjekt, der Datenverarbeitung auf dem Mikrocontroller und der letztendlichen Darstellung auf dem Bildschirm des Smartphones zu erzielen. Eine Latenz von 100 ms ist für die Handprüfung schon deutlich zu lang. Künftig soll hier die Verknüpfung mehrerer Sensorsignale sowie die einhergehende Klassifikation der Daten realisiert werden. 

 

Kevin Becker, geboren 1991 in Homburg, studierte Elektro- und Informationstechnik an der Technischen Universität Darmstadt mit den Vertiefungsrichtungen »Integrierte Mikro- und Nanotechnologie« sowie »Sensorik, Aktuatorik und Elektronik« und schloss dieses 2020 mit dem Abschluss Master of Science ab. Im Rahmen seiner Masterarbeit entwickelte er einen 10 Gbps High-Speed-Transceiver in der 28 nm HPC-Technologie von TSMC. Seit November 2020 ist er als Doktorand am Fraunhofer IZFP tätig und forscht hier auf dem Gebiet der energieeffizienten Echtzeit-Datenverarbeitung für Sensorsysteme der zerstörungsfreien Prüfung.