Echtzeit Mess- und Regelungstechnik

Unser Leistungsangebot

Viele moderne Anwendungen in der Industrie oder im Labor erfordern eine unterbrechungsfreie Datenverarbeitung in Echtzeit und hohe Rechenleistungen on demand. Etwa für Geräte in der Fertigungs- und Labormesstechnik entwickelt das Fraunhofer ILT dazu applikationsangepasste Lösungen.

Leistungsstarke Elektronikeinheiten sind zentrale Elemente für die Anbindung an gerätespezifische Sensoren und Aktoren. Sie lassen sich als offene Plattformen auslegen, die es ermöglichen, flexibel und kostengünstig anwendungsspezifische Funktionen umzusetzen. Zusätzlich lassen sich Kommunikationsschnittstellen zu Systemen implementieren, die für lasertechnische Anwendungen von Bedeutung sind, etwa für die Anbindung von Scannersystemen und Sensoren.

Modulare Konzepte, bestehend aus zentralen Basisplatinen mit vielseitigen Schnittstellen und passendem Portfolio von Peripherieplatinen, bieten die Möglichkeit, anwendungsspezifische Elektronikeinheiten für neue Geräte zusammenzustellen. Damit lassen sich Daten in Echtzeit verarbeiten. Hardwareschnittstellen erlauben zudem die Anbindung von Laserstrahlquellen, Scannern, A/D- und D/A-Wandlern, Encodern, Photomultipliern, Photodioden, SPS und Präzisionswaagen und weiteren Modulen. Anwendungen sind u. a. Geräte in der Lasermess- und Lasermedizintechnik, wie beispielsweise Abstandssensoren, Mikrosorter- und Laborgeräte, die auf Fluoreszenzmesstechnik basieren.

Das Leistungsangebot umfasst Machbarkeitsstudien zu kundenspezifischen Aufgabenstellungen, die Entwicklung von neuen Verfahren, Komponenten und Geräten sowie individuelle Beratung.

Optoelektronischer D/A-Wandler für faseroptisch übertragene Steuersignale mit angeschlossenem Lichtwellenleiter (blau).
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Optoelektronischer D/A-Wandler für faseroptisch übertragene Steuersignale mit angeschlossenem Lichtwellenleiter (blau).
Umlaufende Messstrahlung des »bd-1« zur richtungsunabhängigen Geometriemessung beim Laserauftragschweißen. Ausrichtung von Pulverfokus, Lage der Bearbeitungslaserstrahlung (grün) und Messstrahlung (rot).
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Umlaufende Messstrahlung des »bd-1« zur richtungsunabhängigen Geometriemessung beim Laserauftragschweißen. Ausrichtung von Pulverfokus, Lage der Bearbeitungslaserstrahlung (grün) und Messstrahlung (rot).
»bd-4«-Sensorik und FIRE-Datenverarbeitungselektronik mit faseroptischem Messarm (gelb).
© Fraunhofer ILT, Aachen.
»bd-4«-Sensorik und FIRE-Datenverarbeitungselektronik mit faseroptischem Messarm (gelb).

Messung geometrischer Größen

  • Lasermessverfahren (Interferometrie, Triangulation) zur Erfassung von Abständen und Dicken
  • absolut messende interferometrische Sensorik (»bd-x«)
  • optische Kohärenztomografie (OCT)
  • Anwendungen in Fertigung und Prozesskontrolle und Einbindung in Regelkreise
  • Inline-Überwachung und Regelung von Laserfertigungsprozessen (Auftragsschweißen, Einschweißtiefe, Oberflächenstrukturen, Bohrungen, Additive Manufacturing)

Chemische Analyse

  • spektroskopische Messtechnik, Laser-Emissionsspektrometrie (LIBS)
  • Prozessanalytik von Metallen, Keramik, Glas, Schlacke, Rohstoffen, Stäuben, …
  • Analytik für das werkstoffliche Recycling, automatisierte Sortierverfahren
  • positive Materialidentifikation (PMI): 100 %-Prüfung von Halbzeugen und Endprodukten in der Fertigungslinie
  • ortsaufgelöste Elementanalytik; Reinheitsanalyse von Produktionsproben, Mikroeinschlüsse und Seigerungen in Metallen

Entwicklungen

  • Erschließung neuer Anwendungsfelder der Lasermesstechnik
  • Funktionsmuster und Prototypen für industrielle Anwendungen
  • kundenspezifische Anlagen für Messaufgaben in der Produktion

Publikationen

Veltrup, M., Krüger, T., Wendt, F., Lück, M., Rütters, M., Lukasczyk, T.:
Laserabtragsprozesse hören und autonom nachregeln.
adhäsion KLEBEN & DICHTEN 68(3), 36-41, (2024)
http://dx.doi.org/10.1007/s35145-024-1614-x

Hofmann, J., Taube, V., Stollenwerk, J., Holly, C.
Measurement and control system for compensation of thermal effects in laser material processing.
WLT/LiM Lasers in Manufacturing Conference 2023. 26. – 29. Juni 2023, München Germany.
Proceedings of World of Photonics, (5 S.), (2023).

Grubert, N., Prochnau, M., Stollenwerk, J., Holly, C.:
Fiber-based sensor for combustion chamber monitoring: manufacturing challenge.
SPIE OPTO, 28 Jan - 3 Feb 2023, San Francisco, California, United States.
Proceedings Volume 12434, MOEMS and Miniaturized Systems XXII; 124340O (2023)
http://dx.doi.org/10.1117/12.2647501

Fiedler, W., Schulze, F.:
Fugenfolgeregelung für das Fügen mit Laserstrahlung mittels koaxialer texturbasierter Bildverarbeitung.
DVS-BERICHTE 382, 371-378 (2022)

Knaak, C., von Querfurth, B., Hollatz, S., Duong, E., Abels, P., Olowinsky, A.:
Defect localization during laser microwelding of battery connectors using long exposure imaging and few-shot learning.
Procedia CIRP 111, 90-795 (2022)
https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.08.130 (Open Access)

Prochnau, M., Grubert, N., Andres, S., Holters, M., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
Miniaturized optical measuring probe for the detection of drop sizes in steam turbines.
CLEO, Conference on Lasers and Electro-Optics Applications and Technology 2021,9–14 May 2021, San Jose, California US.
OSA Technical Digest (Optica Publishing Group, 2021), paper JTh3A.86, (2021)

https://doi.org/10.1364/CLEO_AT.2021.JTh3A.86

Grubert, N., König, G., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
Ring-Shaped Conoscopic Holography for Distance and Tilt Measurement.
Conference on Lasers and Electro-, 09.05-14.5.2021, online only. OSA Technical Digest (Optical Society of America, 2021), paper ATh4Q.4 (2021)
https://doi.org/10.1364/CLEO_AT.2021.ATh4Q.4

Knaak, C., von Eßen, J., Kröger, M.., Schulze, F., Abels, P., Gillner, A.:
A Spatio-Temporal Ensemble Deep Learning Architecture for Real-Time Defect Detection during Laser Welding on Low Power Embedded Computing Boards.
Sensors 21(12), 4205- (28 S.), (2021)
https://doi.org/10.3390/s21124205 (Open Access)

Mahler, G., Westphalen, T. :
Laserangeregte Thermografie von CFK-Bauteilen
Thermographie-Kolloquium 2017, 28. – 29. September 2017 in Berlin.
Beitrag 7, (8 S.) (2017)

Sturm, V., Meinhardt, C., Fleige, R., Fricke-Begemann, C., Eisbach, J.:
Fast identification of steel bloom composition at a rolling mill by laser-induced breakdown spectroscopy
SPECTROCHIMICA ACTA PART B: ATOMIC SPECTROSCOPY 136, 66-72 (2017)
https://doi.org/10.1016/j.sab.2017.08.009 (Open Access)

Donges, A., Noll, R.:
Laser Measurement Technology
Heidelberg [u.a.]: Springer 2015, Springer Series in Optical Sciences, Vol. 188.
ISBN 978-3662436332
https://doi.org/10.1007/978-3-662-43634-9

Sturm, V., Fleige, R., de Kanter, M., Leitner, R., Pilz, K., Fischer, D., Hubmer, G., Noll, R.:
Laser-Induced Breakdown Spectroscopy for 24/7 automatic liquid slag analysis at a steel works
Anal. Chem. 86, 9687-9692, (2014)
https://doi.org/10.1021/ac5022425

Noll, R., Hölters, S., Kämmerling, J., Lenenbach, A.:
Laserabstandssensoren messen die Dicke von Walzbändern
QZ 58 (10), 44-47 (2013)

Sturm, V., Eilers, D., Werheit, P., Chiarotti, U., Volponi, V., De Miranda, U. Zani, M., Makowe, J.:
Elemental monitoring of steel scrap loading an electrical arc furnace
Metallurgical Analysis, Vol. 32 (6): 18-23 (2012)

Noll, R., Krauhausen, M.:
Online Lasermesssysteme für die Stahl- und Automobilindustrie
Düsseldorf: VDI-Berichte. Bd 2011, pp. 3-12, (2008)

Noll, R., Krauhausen, M.:
Online laser measurement technology for rolled products
Ironmaking & Steelmaking 35, 221-227, (2008)
https://doi.org/10.1179/174328108X284543

Sturm, V., Schmitz, H.-U., Reuter, T., Fleige, R., Noll, R.:
Fast vacuum slag analysis in a steel works by laser-induced breakdown spectroscopy Spectrochim.
Acta Part B 63, 1167-1170, (2008)
https://doi.org/10.1016/j.sab.2008.08.004

Noll, R., Sturm, V., Aydin, Ü., Eilers, D., Gehlen, C., Höhne, M., Lamott, A., Makowe, J., Vrenegor, J.:
Laser induced breakdown spectroscopy - from research to industry, new frontiers for process control
Spectrochim. Acta Part B63, 1159-1166, (2008)
https://doi.org/10.1016/j.sab.2008.08.011

Noll, R., Krauhausen, M.:
Online-Prüfung von Bändern und Rohren
Bänder Bleche Rohre 49, 72-75, (2008)

Lenenbach, A. , Hölters, S., Noll, R.:
Optisches Online-Messverfahren zur Überwachung von Wandstärken an Stückgütern in der kunststoffverarbeitenden Industrie
VDI-BERICHTE 2011, 33-41, (2008)

Sturm, V., Brysch, A., Noll, R.:
Online Multielement Analysis of the Top Gas of a Blast Furnace by Laser-induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)
Berg- und Hüttenmännische Monatshefte 152, 28-32, (2007)
https://doi.org/10.1007/s00501-006-0268-3

Noll, R., Krauhausen, M.:
Autoteile unter Laseraugen
Laser + Photonik 2, 30-33, (2007)

Noll, R., Krauhausen, M.:
Den Bewegungszustand des Blechs einfrieren
QZ Qualität und Zuverlässigkeit 52, 36-40, (2007)
https://doi.org.de/10.24406/publica-fhg-214294

Noll, R.:
Lasertriangulation
In: Handbuch zur Industriellen Bildverarbeitung.
Hrsg.: N. Bauer. Fraunhofer IRB Verl. 56-60, (2007)

Noll, R., Krauhausen, M.:
Lasertriangulation für die Online-Messung geometrischer Größen in der Produktion
In: Handbuch zur Industriellen Bildverarbeitung.
Hrsg.: N. Bauer. Fraunhofer IRB Verl., 260-275, (2007)

Noll, R., Krauhausen, M.:
Online-Lasermesstechnik für Walzprodukte
stahl und eisen 127, 99-105, (2007)

Noll, R., Sturm, V., Stepputat, M., Whitehouse, A., Young, J., Evans, P.:
Industrial applications of LIBS. Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS): Fundamentals and Applications
Ed. A.W. Miziolek, V. Palleschi, I. Schechter, Cambridge: Cambridge Univ. Pr. (2006) 400-439, (2006)
https://doi.org.de/10.5772/61915 (Open Access)

Balzer, H., Höhne, M., Noll, R., Sturm, V.:
New approach for online monitoring of the Al depth profile of the hot-dip galvanised sheet steel using LIBS
Analytical & Bioanalytical Chemistry 385 225-233, (2006)
https://doi.org/10.1007/s00216-006-0347-z

Balzer, H., Hoehne, M., Hoelters, S., Sturm, V., Noll, R., Leunis, E., Janssen, S., Raulf, M., Sanchez, P. Hemmerlin, M.:
Online depth profiling of zinc coated sheet steel by laser-induced break/down spectroscopy,
Progress in Analytical Chemistry in the Steel and Metal Industries 7, 237-242, (2006)
https://doi.org/10.1016/j.sab.2005.07.003

Vrenegor, J., Sturm, V., Noll, R., Hemmerlin, M., Thurmann, U., Flock, J.:
Preparation and analysis of production control samples by a two-step method.
Proceedings of the 7th International Workshop "Progress in Analytical Chemistry in the Steel and Metal Industries", 81-86, (2006)

Sturm, V., Vrenegor, J., Noll, R., Hemmerlin, M.:
Bulk analysis of steel samples with surface scale layers by enhanced laser ablation and LIBS analysis of C, P, S, Al, Cr, Cu, Mn and Mo,
J. Anal. At. Spectrom. 19, 451-456, (2004)
https://doi.org/10.1039/B315637K

Sturm, V., Noll, R.:
Laser-induced breakdown spectroscopy of gas mixtures of air, CO2, N2, and C3H8 for simultaneous C, H, O and N measurement,
Applied Optics 42, 6221-6225, (2003)
https://doi.org/10.1364/AO.42.006221

Peter, L., Sturm, V., Noll, R.:
Liquid steel analysis with laser-induced breakdown spectrometry in the vacuum ultraviolet
Applied Optics 42, 6199-6204, (2003)
https://doi.org/10.1364/AO.42.006199

Brysch, A., Sturm, V., Noll, R.:
Online-Überwachung von Aerosolen im Hochofen-Gichtgas durch Laser-Emissionsspektrometrie
VDI-Bericht, Anwendungen und Trends in der optischen Analysenmesstechnik,
VDI Verlag, Bericht-Nr. 1667, 149-154, (2002)

Sturm, V., Peter, L., Noll, R.:
Steel analysis with laser-induced breakdown spectrometry in the vacuum ultraviolet
Appl. Spectroscopy 54, 1275-1278, (2000)
https://doi.org/10.1117/12.360993

Mönch, I., Peter, L., Priem, R., Sturm, V., Noll, R.:
Quality assurance in the production of pipe fittings by automatic laser based material identification
SPIE Vol. 3823, 235-243, (1999)
https://doi.org/10.1117/12.360993

Sattmann, R., Sturm, V., Noll, R.:
Laser-induced breakdown spectroscopy of steel samples using multiple Q-switch Nd:YAG laser pulses
J. Phys. D: Appl. Phys. 28, 2181-2187, (1995)
https://doi.org/10.1088/0022-3727/28/10/030

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