Im Projekt „PulLoop“ entwickelten das Fraunhofer IWS und das Fraunhofer IGCV unter Leitung des Fraunhofer AZOM eine KI-gestützte Messtechnik zur Echtzeitkontrolle von Kunststoffprofilen. Ziel des Vorhabens war es, die Produktqualität direkt in der laufenden Fertigung zu überwachen und insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen eine wirtschaftlich umsetzbare Lösung bereitzustellen.
Die entwickelte Lösung basiert auf optischer Oberflächenmesstechnik, KI-gestützter Bildauswertung und dem Abgleich mit digitalen Referenzmodellen. Dadurch können Abweichungen frühzeitig erkannt und unmittelbar in den Produktionsprozess zurückgeführt werden, wodurch sich der Ausschuss bei Kunststoffprofilen reduzieren lässt.
Inline-Überwachung stabilisiert die Fertigung in der Pultrusion
Faserverstärkte Kunststoffprofile sind zentrale Bauelemente im Leichtbau und werden häufig im Pultrusionsverfahren gefertigt, das eine kontinuierliche und kosteneffiziente Herstellung ermöglicht. In der industriellen Praxis zeigt sich jedoch, dass insbesondere bei wechselnden Profilgeometrien und kleinen Losgrößen Unsicherheiten entstehen, die sich auf die Prozessstabilität und damit direkt auf die Qualität der Bauteile auswirken. Aufgrund der hohen Produktionsgeschwindigkeit können bereits geringe Abweichungen erhebliche Ausschussmengen verursachen, da Fehler oft erst in nachgelagerten Prüfschritten sichtbar werden.
Die im Projekt entwickelte Messtechnik adressiert diese Herausforderung durch eine kontinuierliche Inline-Überwachung während der laufenden Fertigung. Oberflächendaten werden fortlaufend erfasst und mit digitalen Referenzmodellen abgeglichen, sodass Abweichungen nicht erst im Nachhinein, sondern unmittelbar im Prozess erkannt werden können. Diese Echtzeitkontrolle schafft die Voraussetzung dafür, gezielt in den Produktionsablauf einzugreifen und die Qualität von Kunststoffprofilen auch unter variierenden Bedingungen stabil zu halten.
KI-gestützte Messtechnik verknüpft Sensorik und Prozessdaten
Kern der entwickelten Lösung ist das Zusammenspiel aus kostengünstiger optischer Sensorik, KI-gestützter Bildauswertung und einer modular aufgebauten Softwarearchitektur. Im Projekt entstand mit SURFinloop ein System, das Streusensoren zur kontinuierlichen Erfassung von Oberflächendaten nutzt und diese mit digitalen Zwillingen abgleicht. Auf diese Weise lassen sich geometrische Toleranzabweichungen präzise identifizieren und in einem Closed-Loop-Ansatz direkt in den Fertigungsprozess zurückführen. Die Messtechnik ist dabei so ausgelegt, dass sie sich flexibel an unterschiedliche Anlagen und Bauteilgeometrien anpassen lässt.
Das Fraunhofer AZOM brachte seine Expertise in der optischen Oberflächenmesstechnik und KI-gestützten Bildauswertung in die Entwicklung ein, während das Fraunhofer IWS an der Umsetzung der sensorbasierten Messmethoden und Auswertestrategien beteiligt war. Ergänzend dazu entwickelte das Fraunhofer IGCV Ansätze für intelligentes Prozessdatenmanagement und die strukturierte Aufbereitung von Wissen, um die gewonnenen Daten für eine nachhaltige Prozessoptimierung nutzbar zu machen. Der Demonstrator erkennt bei Produktionsgeschwindigkeiten von bis zu zwei Metern pro Minute Abweichungen von weniger als 100 Mikrometern, wobei der Einlernprozess der Software weniger als eine Stunde dauert.
Durch die Kombination aus skalierbarer Software und vergleichsweise kostengünstiger Hardware entsteht eine wirtschaftlich tragfähige Lösung, die speziell auf die Anforderungen kleiner und mittlerer Unternehmen zugeschnitten ist. Die Investitionskosten bleiben niedrig, während die Funktionalität eine präzise Inline-Charakterisierung und datengetriebene Prozessoptimierung ermöglicht. Damit wird die Herstellung von Kunststoffprofilen nicht nur transparenter, sondern auch effizienter, da Qualitätsabweichungen frühzeitig erkannt und Ausschussmengen gezielt reduziert werden können.
