AI-BEAM

KI-unterstützte Lasermaterialbearbeitung mit schneller kompakter piezogetriebener 3D-Strahlformung und neuen Laserquellen (AI-BEAM)

Dynamische Strahlmodifikation in Kombination mit Multisensorkonzepten und Steuerungsalgorithmen der künstlichen Intelligenz ermöglichen einen Paradigmenwechsel in der Lasermakromaterialbearbeitung

Kopplung von Laserquelle, dreidimensionaler Strahlfirmungseinheit und Multi-Sensorik-System zur intelligenten Prozesssteuerung.
© Fraunhofer IWS
Kopplung von Laserquelle, dreidimensionaler Strahlfirmungseinheit und Multi-Sensorik-System zur intelligenten Prozesssteuerung.

Sensorik-gestützte Lasermaterialbearbeitung mit dreidimensionaler dynamischer Strahlformung

In einem ganzheitlichen Lösungsansatz werden Laserquelle, dreidimensionale Strahlformung und Prozesssensorik zur effizienten und zuverlässigen Prozessregelung für das Laserschneiden, Laserschweißen und Laserhärten gekoppelt. Die dynamische dreidimensionale Strahlformung ermöglicht eine zeitliche sowie örtliche Änderung der Energieverteilung im Bereich mehrerer Kilohertz, wobei diese innerhalb von wenigen Millisekunden sensorgesteuert angepasst werden kann.  

Die geringe Latenz benötigt einen enormen Rechenaufwand, weshalb eine multisensorische Überwachung und eine KI-basierte Datenverarbeitung Gegenstand der aktuellen Forschung ist, um die neue Generation einer Inline-Prozesssteuerung zu entwickeln. Fernziel ist die Berücksichtigung weiterer notwendiger Bauteil- und Fertigungsinformationen, um Konzepte für Cloud-basierte datengesteuerte Dienste zu entwickeln.

Projektergebnisse

Im Rahmen des Projektes wurde eine FPGA-basierte Infrastruktur zur Echtzeit-Datenerfassung aufgebaut, welche akustische Sensoren, Hochgeschwindigkeitskameras und Lichtschnittsensoren in einer gemeinsamen Messplattform integriert. In hochdynamischen Schweiß- und Schneidprozessen wurden multimodale Sensordaten mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung inline erfasst, synchronisiert und für die KI-gestützte Auswertung vorverarbeitet. Die gewonnenen Informationen ermöglichen zunächst eine automatisierte Qualitätsentscheidung für Prozesse und Bauteile. Perspektivisch werden sie genutzt, um beispielsweise die dreidimensionale Strahlformung innerhalb weniger Millisekunden adaptiv an den Prozess anzupassen und so eine intelligente Inline-Prozessregelung zu realisieren.

Ihr Nutzen

  • Höhere Prozessstabilität und reproduzierbare Bauteilqualität durch Sensor- und KI-gestützte Prozessregelung
  • Reduzierung von Ausschuss, Nacharbeit und Fertigungskosten durch frühzeitige Qualitätsentscheidungen
  • Höherer Automatisierungsgrad durch adaptive Echtzeitregelung der Laserbearbeitung
  • Flexible Integration neuer Sensoren und Aktoren in bestehende Fertigungsanlagen
  • Zukunftssichere Basis für datengetriebene Fertigung und Cloud-basierte Produktionsservices

Video: KI-gestützte Lasermaterialbearbeitung mittels dynamischer Strahlmodulation

© Fraunhofer IWS

Kooperationen

Technologien und Kompetenzen am Fraunhofer IWS

 

Laserschneiden

An der Optimierung von Schnittgeschwindigkeit, Kantenqualität, Konturgenauigkeit und Taktzeitoptimierung wird fortwährend gearbeitet. 

 

Laserschweißen

Das Laserstrahlschweißen bietet als modernes Fügeverfahren zur Herstellung metallischer Verbindungen vielfältige industrielle Einsatzmöglichkeiten. 

 

Mikro- und Biosystemtechnik

 

Laseroberflächenbearbeitung und Plattieren