Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT
Ein erfrischendes Getränk zum Feierabend, doch nach dem Öffnen der Flasche schmeckt es schal und abgestanden. Undichte Flaschen sind ein großes Problem für Getränke- und Lebensmittelhersteller, da sie die Qualität und Haltbarkeit der Produkte beeinträchtigen. Für die Dichtigkeitsprüfung gibt es bereits akustische Messsysteme, die jedoch nicht für den Dauereinsatz in rauen Industrieumgebungen geeignet sind. Das Projekt »DIAMOSS-I – Development of an Intelligent Automonitored Sound Sensor for Industrial Application« hat zum Ziel, ein intelligentes, akustisches Schallsensorsystem zu entwickeln, das speziell für Industriebedingungen geeignet ist.
Intelligentes Sensorsystem für raue Industriebedingungen
Für die Dichtigkeitsprüfung von Flaschen und Behältern ist der Einsatz von Messsystemen verbreitet, die nach dem Prinzip der akustischen Resonanzanalyse arbeiten. Problematisch für das akustische Messystem sind jedoch raue Industrieumgebungen, in denen beispielsweise klebrige Flüssigkeiten zu Verunreinigungen des Mikrofons und damit zu Messfehlern oder sogar Totalausfällen des Mikrofons führen.
Das im Projekt zu entwickelnde Schallsensorsystem arbeitet ebenfalls nach dem Prinzip der akustischen Resonanzanalyse, wird aber im Gegensatz zu derzeitigen akustischen Messsystemen, die in der Regel mit Elektret-Kondensatormikrofone arbeiten, erstmalig mit kleinen, robusten und sehr kostengünstige MEMS-Schallsensoren ausgestattet sein. Ein neuartiger KI-Algorithmus sorgt außerdem dafür, dass sich der Sensor selbst überwacht und falsche Messwerte erkennt, die z. B. aufgrund von Verschmutzungen entstehen, und daraus passende Handlungsempfehlungen ableitet. So sollen beispielsweise Hinweise gegeben werden, die Mikrofonschutzkappe zu reinigen, die Selbstkalibrierungsfunktion des Mikrofons auszulösen oder, wenn das alles nichts hilft, das Schallsensorsystem an den Hersteller zu schicken. Eine weitere Innovation ist der Edge-KI-Ansatz. Dabei werden die KI-Algorithmen auf einem Mikrocontroller verarbeitet – ohne Verbindung in eine Cloud oder einen externen PC. Diese Integration ermöglicht eine hohe Flexibilität bei der Verwendung des Schallsensorsystems, macht es kompakt und einfach in der Installation.
Um das Mikrofon unempfindlicher gegenüber Verschmutzungen zu machen, soll im Rahmen des Projekts außerdem eine neuartige strukturoptimierte Mikrofonschutzkappe entwickelt werden, die für Verschmutzungen weniger anfällig ist als herkömmliche Schutzkappen. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung einer einzigen elektronischen Flachbaugruppe, die je nach den Anforderungen der jeweiligen Anwendung entweder mit einer innovativen magnetischen oder einer mechanischen Anregeeinheit ausgestattet werden kann. Mit der neuen Anregeeinheit sollen erstmals Taktzeiten von unter 50 ms (mechanisch) bzw. 25 ms (magnetisch) realisierbar sein. Das sind 50 Prozent weniger als bei bisherigen Systemen. Insgesamt soll eine Erkennungsrate von 99,9 Prozent erzielt werden, d. h. das Sensorsystem ist dann in der Lage, 99,9 Prozent des Ausschusses korrekt zu erkennen.