Entwicklung einer Methodik zur Detektion von Umformdefekten in kontinuierlich faserverstärkten Thermoplasten mittels optischer Bildverarbeitung

Motivation

Durch die Kombination von Vorteilen wie einem hohen Leichtbaupotential, Rezyklierbarkeit, Schweißbarkeit und besonders auch geringer Zykluszeiten in der Bauteilfertigung finden kontinuierlich faserverstärkte Thermoplaste zunehmend Einsatz in der Luftfahrt. Zur Herstellung der Bauteile kann das Stempelumformverfahren eingesetzt werden. Besonders in der Luftfahrt bestehen jedoch höchste Anforderungen an die Bauteilqualität und Umformdefekte, die in anderen Branchen teilweise toleriert werden können, müssen durch eine optimierte Prozessführung vermieden werden. Einige Umformdefekte lassen sich bisher aber nur mit viel Aufwand und in teuren Prüfverfahren identifizieren. Für eine schnelle Prozessoptimierung wird allerdings eine Möglichkeit benötigt, mit der Umformdefekte schnell, kostengünstig und zuverlässig erkannt und quantifizierbar gemacht werden können.

Vorhabensbeschreibung:

Eine vielversprechende Möglichkeit Umformdefekte quantifizierbar, und somit für die Prozessoptimierung nutzbar, zu erkennen, besteht darin, Oberflächenmuster auf das Ausgangsmaterial aufzubringen und das resultierende Muster nach der Umformung mittels optischer Bildverarbeitungsmethoden zu analysieren. Dazu sollen verschiedene Muster, die eine eindeutige Nachverfolgung der Umformung erlauben, ausgewählt und miteinander verglichen werden. Geeignete Muster können beispielsweise mithilfe eines UV-Druckers auf das Ausgangsmaterial aufgebracht werden, bevor die Proben in einem Pressprozess im Industriemaßstab in einer 3600t-Presse umgeformt werden. Die resultierenden Oberflächenmuster sind optisch aufzunehmen und es müssen Methoden entwickelt werden, mit denen diese Aufnahmen analysiert und mit Umformdefekten korreliert werden können.
Die Bearbeitung der Aufgabe findet in engem Austausch mit dem betreuenden Wissenschaftlichen Mitarbeitenden statt. Bei den praktischen Tätigkeiten werden Sie durch unsere technischen Mitarbeitenden jederzeit unterstützt.
Die Masterarbeit wird im Rahmen des DFG Forschungsprojektes FOR5339 ”KI‑basierte Methodik für die schnelle Ertüchtigung unreifer Produktionsprozesse” durchgeführt.

Arbeitsinhalte:

Literaturrecherche zu verschiedenen Oberflächenmustern und optischen Bildverarbeitungsmethoden
Evaluation unterschiedlicher Muster bezüglich verschiedener Einschränkungen und Kriterien
Applikation geeigneter Oberflächenmuster auf Versuchsmaterial und Umformung der Proben im Stempelumformverfahren
Analyse der verformten Muster und Detektion von Artefakten mittels optischer Bildverarbeitung
Validierung der Methodik basierend auf den Versuchsergebnissen

Beginn: ab sofort

Ort: Pfinztal Berghausen

Kontakt: Georg Zeeb, M.Sc.
E-Mail: georg zeeb ∂does-not-exist.ict fraunhofer de

Bild — Kontinuierlich faserverstärktes Thermoplast-Bauteil.