Akustische Inline-Qualitätssicherung für die Laserablation

AblationGuard – Qualität hören

Beim Laserabtrag entstehen charakteristische akustische Signale, die nach einer KI-basierten Analyse Hinweise zum Bearbeitungszustand der Produkte liefern. Somit stehen qualitätsrelevante Informationen bereits während des Prozesses zur Verfügung und müssen nicht erst nachgelagert ermittelt und ausgewertet werden. Dadurch können Materialübergänge, Restbeschichtungen und beginnender Überabtrag frühzeitig erkannt, die Produktqualität transparent bewertet und Ausschuss vermieden werden.

Laserabtrag auf einer Elektronikplatine mit akustischer Inline-Qualitätssicherung: Ein Messmikrofon erfasst die beim Materialabtrag entstehenden Prozessgeräusche zur Echtzeitbewertung der Produktqualität.
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Ein Mikrofon erfasst die akustischen Signaturen, die während des Laserprozesses entstehen. So können Veränderungen im Prozess in Echtzeit erkannt und für eine zuverlässige Inline-Qualitätssicherung genutzt werden.

Laserbasierte Abtragverfahren gewinnen in der Elektronikfertigung, im Recycling und bei der Aufbereitung hochwertiger Bauteile zunehmend an Bedeutung. Sie ermöglichen die präzise und materialschonende Entfernung von Beschichtungen, Lacken, Vergussmassen oder Funktionsschichten und sind somit eine Schlüsseltechnologie für nachhaltiges Recycling, die Wiederaufbereitung elektronischer Baugruppen und moderne Fertigungsprozesse. Doch trotz ihrer hohen Prozessstabilität und Reproduzierbarkeit bleibt die Bauteilqualität während des Abtragprozesses und bis zur nachgelagerten End-of-Line Prüfung unbekannt. Der Grund liegt oftmals nicht im Ablationsprozess selbst, sondern im Produkt. Unterschiedliche Schichtdicken, Materialtoleranzen, Bauteilgeometrien oder lokale Materialeigenschaften können dazu führen, dass einzelne Bereiche anders reagieren als erwartet. Die Folge: Das Produkt entspricht nicht dem gewünschten Bearbeitungszustand, obwohl der Prozess exakt wie vorgesehen ausgeführt wurde. Genau hier setzt die akustische Inline-Qualitätssicherung an.

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Weniger Ausschuss, weniger Nacharbeit, mehr Prozesssicherheit: Fehler wie Überabtrag, Restschichten oder Materialschäden können bei der Laserablation frühzeitig erkannt werden. Akustisches Monitoring schafft damit die Grundlage für eine transparente und wirtschaftliche Prozesskontrolle.

Wissen, was passiert, während es passiert dank akustischer Analyse

Während der Laserablation entstehen akustische Signaturen. Diese Prozessgeräusche enthalten wertvolle Informationen über den aktuellen Zustand des Produkts und die Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Material.

Die AblationGuard-Technologie erfasst diese Signale berührungslos und wertet sie mithilfe moderner Signalverarbeitung und KI in Echtzeit aus. Dadurch lässt sich der Bearbeitungszustand unmittelbar während des Prozesses bewerten. Da die Qualitätssicherung auf akustischen Signalen basiert, ist keine optische Zugänglichkeit zur Oberfläche notwendig. Selbst in verschmutzten Prozessumgebungen, wo Staub, Partikel oder Prozessrückstände die Sicht einer Kamera beeinträchtigen oder vollständig verhindern, liefert das akustische Monitoring weiterhin verlässliche Informationen über den Bearbeitungszustand.

Das System erkennt am Geräusch beispielsweise:

  • Materialwechsel zwischen Beschichtung und Substrat
  • verbleibende Restschichten
  • beginnenden Überabtrag
  • qualitätsrelevante Prozessabweichungen

Damit wird Qualität erstmals während der Bearbeitung sichtbar bzw. hörbar.

Prozess überwachen, Produktqualität sichern

Während viele Lösungen Prozessparameter überwachen, konzentriert sich die neue akustische Inline-Monitoring auf die Qualität des Produkts.

AblationGuard beantwortet die Fragen, die für Qualitätsverantwortliche und Produktionsleiter entscheidend sind:

  • Wurde genug Material entfernt?
  • Wurde zu viel Material entfernt?
  • Ist das Substrat bereits freigelegt?
  • Muss nachbearbeitet werden?

Anstatt Qualität nach dem Prozess zu prüfen, kann sie direkt während der Bearbeitung abgesichert und dokumentiert werden.

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KI analysiert die charakteristischen Merkmale der aufgezeichneten Signale und erkennt Material, Prozesszustand, Materialübergänge und mögliche Störungen.

Von der Information zur Handlung

Erkennt das System qualitätskritische Zustände, können Warnmeldungen erzeugt oder – abhängig vom Integrationsgrad – automatische Reaktionen ausgelöst werden. So entsteht die Grundlage für eine neue Generation intelligenter Laserprozesse, die nicht nur bearbeiten, sondern ihren Erfolg auch selbst bewerten und regeln können.

Der wirtschaftliche Nutzen liegt dabei unmittelbar in der Qualitätssicherung: Während die End-of-Line-Prüfung heute häufig nur stichprobenartig erfolgt und Fehler oft erst nach Abschluss der Bearbeitung erkannt werden, macht die akustische Inline-Überwachung qualitätsrelevante Informationen bereits während des Prozesses verfügbar. Materialübergänge, Restschichten oder beginnender Überabtrag, die weder optisch noch anhand konventioneller Prozessparameter eindeutig erkennbar sind, können frühzeitig identifiziert werden. Dadurch lassen sich Ausschuss und Nacharbeit reduzieren, die Produktqualität absichern und zugleich technologische Wettbewerbsvorteile schaffen.

Entwicklungspartner gesucht

Die bisherigen Projekte zeigen das große Potenzial der akustischen Inline-Qualitätssicherung für Laserabtragprozesse.
Das Fraunhofer IDMT in Ilmenau sucht daher interessierte Entwicklungspartner aus den Bereichen Maschinen- und Anlagenbau, Lasertechnik, Automatisierung, Systemintegration sowie Anwender aus Fertigung und Recycling, um die Technologie gemeinsam weiterzuentwickeln und in industrielle Anwendungen zu überführen. Gesucht werden Partner für Pilotanwendungen, die Integration in bestehende Lasersysteme sowie die Entwicklung zukünftiger Lösungen zur automatisierten Inline-Qualitätssicherung und Prozessregelung.

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