Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

LaserKI

Latenzoptimiertes Anlagen- und Sensornetzwerk zur Echtzeitdatenerfassung und Regelung über KI-Modelle

Motivation und Projektbeschreibung

In der Lasermaterialbearbeitung sind datengetriebene Prozessmodelle gegenwärtig und zukünftig die Voraussetzung für neue Produkte und Dienstleistungen. Die Basis für hochautomatisierte, autonome Fertigungsprozesse sind dabei:

  1. Das Erfassen und Auswerten von relevanten Prozessdaten
  2. Die darauf aufbauende Entwicklung von KI-Modellen zur Verarbeitung der Daten und
  3. Die Entwicklung spezifischer Hardware (FPGA, ASIC), die diese Modelle prozessnah zur Anlagen-Steuerung und -Regelung integriert.

Durch das Erfassen aller relevanten Prozess- und Anlagendaten kann aus Prozessen zielführend gelernt werden, welche Prozessparameter angepasst werden müssen (Effects of Defects). Das dafür notwendige Prozess- und Materialverständnis ist die Kernkompetenz des Fraunhofer IWS. Darauf aufbauend nutzt das Training von neuronalen Netzen zum Aufbau KI-basierter Prozessmodelle vorhandene Werkstoffdaten in Kombination mit hochauflösender, prozessnaher, optischer Sensorik für die Regelung komplexer Bearbeitungsanlagen. So werden solche Anlagen und Prozesse über einfache Interfaces auch für wenig erfahrene Bediener steuerbar (One Button Process). Diese Entwicklung ist sowohl für die Adaption der Laserprozesse an neue Materialien als auch aufgrund des zunehmenden Fachkräftemangels von herausragendem Interesse. Grundlage dafür ist jedoch die echtzeitfähige Verknüpfung (< 3 ms Latenz) der Sensoren und die Entwicklung KI-basierter Soft- und Hardware zur Regelung von Laserprozessen.

Projektziel

Das Ziel des Forschungsprojektes LASER-KI ist daher die Entwicklung einer latenzoptimierten Laser-Anlagen- und Sensorkommunikation zur Echtzeitdatenerfassung und Regelung mittels KI-Modellen für das Laser-Pulver-Auftragschweißen, Laserschneiden und Laserschweißen. So können Prozessdaten genutzt werden, um Einflüsse auf die Produktqualität zu verstehen und daraus Echtzeit-Hardware für die einfache Steuerung komplexer Laserprozesse zu entwickeln - From "Effects of Defects" to the "One Button Process".

Von „Effects of Defects“ zum „One Button Process“ am Beispiel des Laser-Pulverauftragschweißens. Links: Im ersten Teil des Projektes LASER-KI soll die Anlage mit einem echtzeitfähigen OCT-Sensor gekoppelt werden. Die Verbindung mit dem IWS-Edge-Server ermöglicht das Training der Modelle. Rechts: Auf Basis der trainierten Modelle werden System on Module (SOM)-basierte FPGA entwickelt, die die Regelung der Laserprozesse in Echtzeit übernehmen.
© Fraunhofer IWS
Von „Effects of Defects“ zum „One Button Process“ am Beispiel des Laser-Pulverauftragschweißens. Links: Im ersten Teil des Projektes LASER-KI soll die Anlage mit einem echtzeitfähigen OCT-Sensor gekoppelt werden. Die Verbindung mit dem IWS-Edge-Server ermöglicht das Training der Modelle. Rechts: Auf Basis der trainierten Modelle werden System on Module (SOM)-basierte FPGA entwickelt, die die Regelung der Laserprozesse in Echtzeit übernehmen.