Neues CD-Labor: Präzise Messungen in Bewegung

Industrielle Fertigungstechnik soll einerseits schnell, andererseits hochpräzise sein. Wie man diese Anforderungen vereinen kann, wird nun an der TU Wien gemeinsam mit der Micro-Epsilon Gruppe in einem neuen Christian Doppler Labor untersucht.

Wer jemals versucht hat, ein scharfes Foto von einem vorbeifliegenden Vogel zu schießen, weiß: Bewegte Objekte zu erfassen ist schwierig. Wenn man nicht extrem präzise und schnell arbeitet, wird das Messergebnis ungenau und unscharf. In der industriellen Produktion ist das oft ein Problem. Wenn man ein Produkt mit hoher Genauigkeit zuverlässig herstellen möchte, dann braucht man für die Steuerung der Produktionsanlage Messungen mit noch höherer Genauigkeit. Um die Qualität der Güter fortlaufend zu überwachen, müssen diese Messungen im Produktionstakt – direkt am bewegten Objekt – durchgeführt werden.

Am Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik (ACIN) der TU Wien wurde nun mit Unterstützung des Bundesministeriums für Arbeit und Wirtschaft das neue „Christian Doppler Labor für Präzise Messungen in Bewegung“ eröffnet. Als Unternehmenspartner sind Micro-Epsilon Atensor aus Steyr und die bayrische Micro-Epsilon Messtechnik an diesem CD-Labor beteiligt. Im neuen Labor sollen nun Methoden für präzise 3D-Messungen an bewegten Objekten sowie innovative robotergestützte Inline-Messsysteme für Industrieanlagen entwickelt werden, die ähnlich präzise sind wie wissenschaftliche Labormesssysteme. Am 1. Februar 2023 wurde das neue Labor eröffnet.

„Ob Computerchips, Handys, Batteriefolien oder flexible Photovoltaikzellen: Die Produktion moderner High-Tech Produkte ist ohne leistungsfähige und präzise Messsysteme für die laufende Qualitätskontrolle nicht vorstellbar“, betont Arbeits- und Wirtschaftsminister Martin Kocher. „Im neuen CD-Labor wird an robotergestützten, hochauflösenden 3D-Messungen geforscht, die direkt in der Produktionslinie, auf bewegten Objekten und unter realen Produktionsbedingungen durchführbar sind. So wird die Produktion hochwertiger Produkte effizienter, Ausschuss wird minimiert und Ressourcen und Kosten werden gesenkt. All das stärkt den Standort Österreich.“

Bisherige Methoden nicht genau genug

„Es gibt heute gut erprobte optische Methoden, um räumliche Messungen in industriellen Produktionsanlagen durchzuführen“, sagt Prof. Ernst Csencsics, der Leiter des neuen Labors. „Für Anwendungen mit moderaten Präzisionsanforderungen sind diese Methoden sehr gut geeignet. Doch die Anforderungen an moderne Produktionssysteme nehmen fortlaufend zu: Wenn man eine Präzision im Mikrometer- oder Submikrometerbereich gewährleisten will, und gleichzeitig eine Fertigung mit hohem Durchsatz und hohen Fördergeschwindigkeiten in vibrationsreicher Produktionsumgebung hat, dann wird es schwierig. Man hat dann immer mit einer gewissen Bewegungs-Unschärfe zu kämpfen. Für solche Fälle reicht die heutige Technik einfach nicht aus.“

Es gibt aber Auswege aus diesem Dilemma: „Wir beschäftigen uns mit Technologien, mit denen man das Bewegungs-Unschärfeproblem in Griff bekommen kann“, sagt Ernst Csencsics. Er verbindet mit seinem Team Konzepte aus Optik, Mechatronik und Regelungstechnik, um zwischen Messsystem und Messobjekt lokal laborähnliche Bedingungen zu erzeugen. Man kann durch einen ausgeklügelten Messaufbau die Bewegung des Messobjekts in Echtzeit kompensierten, man kann aber auch nachträglich die erfassten Messdaten mit Hilfe von Bewegungsdaten des Messobjekts rechnerisch korrigieren. Im CD-Labor werden unter anderem neuartige Sensoren entwickelt, mit denen man die laterale Bewegung von Objekten zu diesem Zweck präzise erfassen kann – ein bisher ungelöstes Problem.

„Erste Ansätze liefern im Labor vielversprechende Ergebnisse“, sagt Csencsics. „Nun wollen wir aber auch zeigen, dass sich diese Methoden in der Praxis bewähren und sich tatsächlich erfolgreich in moderne industrielle Fertigungsanlagen integrieren lassen.“ Man möchte so die Leistungsfähigkeit von Messystemen von Produktionsanlagen deutlich erhöhen und für ganz konkrete Anwendungen durch eine maßgeschneiderte Systemarchitektur hochpräzise 3D-Messungen an bewegten Messobjekten ermöglichen.

Über Christian Doppler Labors

In Christian Doppler Labors wird anwendungsorientierte Grundlagenforschung auf hohem Niveau betrieben, hervorragende Wissenschafter_innen kooperieren dazu mit innovativen Unternehmen. Für die Förderung dieser Zusammenarbeit gilt die Christian Doppler Forschungsgesellschaft international als Best-Practice-Beispiel.
Christian Doppler Labors werden von der öffentlichen Hand und den beteiligten Unternehmen gemeinsam finanziert. Wichtigster öffentlicher Fördergeber ist das Österreichische Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft (BMAW).

Weitere Informationen: www.acin.tuwien.ac.at