Forschungsschwerpunkte

Synergetische Nutzung von Kompetenzen – das Fraunhofer IDMT greift auf jahrelange Expertisen zurück und geniert damit einen Mehrwert für I4.0
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Synergetische Nutzung von Kompetenzen – das Fraunhofer IDMT greift auf jahrelange Expertisen zurück und geniert damit einen Mehrwert für I4.0

Das Fraunhofer IDMT greift zur Realisierung von Projekten auf ein starkes Kompetenz- und Partnernetzwerk aus den Bereichen Bildung, Wissenschaft und Industrie zurück. Um die vorhandenen Kompetenzen nun in Anwendungen der Industrie zu verwirklichen, sind die Wissenschaftler des Geschäftsfelds Industrial Media Applications IMA stets auf der Suche nach neuen Anwendungsfällen für akustische Zustandsüberwachung oder Qualitätsprüfung.

Experiment zur automatischen Erkennung von Druckluftleckagen

Zuverlässig und automatisiert hörbare Leckagen erkennen dank Luftschallanalyse und maschineller Lernverfahren.

Druckluft ist für viele deutsche Industrie- und Handwerksbetriebe eine unerlässliche Ressource zum Betreiben von Maschinen und Anlagen. Gleichzeitig stellt sie aber auch einen hohen Kostenfaktor auf der Stromrechnung dar. Unternehmen verschwenden durchschnittlich 30 Prozent der erzeugten Energie aufgrund der unbemerkten Entweichung von teurer Druckluft. Zur Erkennung solcher Leckagen setzt man unter anderem auf Prüfverfahren mittels Ultraschall sowie auf das bloße Gehör von geschultem Personal.

Das Fraunhofer IDMT hat nun in einem Experiment getestet, ob sich dieses »Hören« automatisieren und unter Verwendung von Mikrofonen in Kombination mit maschinellen Lernverfahren nachbilden lässt, um ein zuverlässiges System zur Leckagendetektion zu entwickeln. Erste Ergebnisse zeigen, dass dies generell möglich ist.

Weniger Prüfschrott dank »Pling«

Der Prinzipdemonstrator »Air-Hockey Tisch« bietet Besucherinnen und Besuchern auf Messen und Konferenzen neben dem fachlichen Austausch eine sportliche Abwechslung.

Anhand eines für den Forschungseinsatz modifizierten Air-Hockey Tischs wird an neuartigen Verfahren zur akustischen Qualitätssicherung im industriellen Kontext gearbeitet. Hier kommen Pucks zum Einsatz, die aus verschiedenen Materialien gefertigt sind und unterschiedliche, aber sehr charakteristische »Pling«-Geräusche verursachen, sobald sie an die Bande des Spielgeräts treffen. Während des Spiels treten diese akustischen Signale so häufig und unregelmäßig auf, dass sie zur Analyse mittels maschineller Lernverfahren genutzt werden können, um eine zuverlässige Aussage über das Material zu treffen, aus dem die Pucks gefertigt sind.

Eingesetzt werden kann dieses berührungslose Verfahren, bei dem das Fraunhofer IDMT seine langjährige Expertise in den Bereichen akustische Messtechnik, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen kombiniert, unter anderem zur Erkennung von Materialfehlern oder in der In-Line Überwachung von Schweißprozessen. Werden akustisch wahrnehmbare Fehler bereits im Prozess festgestellt, kann dieser abgebrochen und zeitnah neu gestartet werden. Das akustische Prüfverfahren des Fraunhofer IDMT ist zudem zerstörungsfrei und dient somit der Reduzierung von teurem Prüfschrott.

Intelligente akustische Messtechnik

  • Schallaufnahme (Körperschall und Luftschallmessungen in störfreien und gestörten Umgebungen)
  • Kundenspezifische HW/SW-Entwicklung von Multi-Mikrofon-Arrays inklusive Datenvorverarbeitung und –übertragung
  • Vernetzung von Sensoren und zeitsynchroner Übertragungstechnik

Signalanalyse und -verarbeitung

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  • Ein- und mehrkanalige Signalverarbeitung in vernetzten Systemen und Maschinenanlagen (Richtungsfilterung, Verfahren zur Quellentrennung, Merkmalsextraktion, Erstellung von akustischen Fingerabdrücken)

Machine Learning

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  • Modelle des Maschinellen Lernens auf Basis von Datenmustern (pattern)zur Beurteilung unbekannter Daten und für die Analyse beliebiger Sensordaten inkl. Mikrofonen

Medienspezifische Sicherheitstechnologien (Security und Privacy by Design)

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  • Integrität und Authentizität von (Medien-)Daten und Metadaten
  • Vertraulichkeit von (Medien-)Daten und Metadaten
  • (Urheber-)Rechtskonformes Datenmanagement
  • Datenschutzfreundliche Datenanalyse und somit Datensouveränität

Wissenschaftliche Veröffentlichungen

 

Grollmisch, Sascha (TU Ilmenau); Johnson, David und Liebetrau, Judith (Fraunhofer IDMT): 
Visualizing Neural Network Decisions for Industrial Sound Analysis
Proceedings SMSI 2020 – Sensor and Measurement Science International (Konferenz hat nicht stattgefunden)

 

Grollmisch, Sascha (TU Ilmenau); Johnson, David; Krüger, Tobias und Liebetrau, Judith (Fraunhofer IDMT): 
Plastic Material Classification using Neural Network based Audio Signal Analysis
Proceedings SMSI 2020 – Sensor and Measurement Science International (Konferenz hat nicht stattgefunden)

 

Helbig, Mareike; Clauß, Tobias; Kepplinger, Sara; Lukashevich, Hanna:
Anwendung von (Luft-)Schallanalyse als ein Verfahren der berührungslosen Qualitätssicherung für die vorausschauende Wartung
Tagungsband, Instandhaltungsforum, 22.-23. Mai 2019, Dortmund

 

Liebetrau, Judith; Grollmisch, Sascha; Nowak, Johannes:
Luftschallbasierte Rissdetektion in kleinen Metallteilen
Proceedings, 44. Deutsche Jahrestagung für Akustik (DAGA) 19.- 22. März 2018, München

 

Nowak, Johannes; Grollmisch, Sascha; Cano Estefanía; Lukashevich, Hanna; Liebetrau, Judith:
Störschallunterdrückung bei Luftschallanalysen in industriellen Fertigungsstrecken
Proceedings, 44. Deutsche Jahrestagung für Akustik (DAGA) 19.- 22. März 2018, München

 

Clauß, Tobias; Abeßer, Jakob; Lukashevich, Hanna; Gräfe, Robert; Häuser, Franz; Kühn, Christian; Sporer, Thomas:
StadtLärm – A distributed system for noise level measurement and noise source identification in a smart city environment
Proceedings, 44. Deutsche Jahrestagung für Akustik (DAGA) 19.- 22. März 2018, München

Beiträge in Fachzeitschriften

 

Clauß, Tobias:
Qualität hören – Das Gehör des Technikers für die Produktion 4.0
ZfP-Zeitung 170, 07/2020

 

Kepplinger, Sara; Krüger, Tobias:
Der Puck macht "pling" 
VDI fachmedien »Technische Sicherheit« 09/2019

 

Liebetrau, Judith; Grollmisch, Sascha; Clauß, Tobias:
Akustische Qualitätskontrolle mit künstlicher Intelligenz
Magazin »Mechatronik« 11/2018

 

Liebetrau, Judith; Grollmisch, Sascha; Clauß, Tobias:
Zisch oder Tzisch? Akustische Qualitätskontrolle in der Getränkeherstellung

Magazin »Getränkeindustrie« 11/2017

 

Liebetrau, Judith; Grollmisch, Sascha; Nowak, Johannes:
Hörbare Fehler – Überwachung von Maschinen und Produkten anhand akustischer Signale

Magazin »QZ – Qualität und Zuverlässigkeit« 09/2017

Veröffentlichte Datensätze

[Englisch]

 

  • IDMT-ISA-Electric-Engine
    An audio database for the automatic analysis of operational states of electric enginges
  • IDMT-ISA-Metal-Balls
    An audio database for the automatic surface detection of metal balls
  • IDMT-ISA-Tubes
    An audio database for the automatic detection of bulk materials
  • IDMT-ISA-Pucks
    An audio database for the automatic detection of air-hockey pucks of different plastic materials