Weil Schallemissionen verraten können, ob ein Laserprozess stabil läuft oder aus dem Takt gerät, entwickelt das Fraunhofer IWS akustische Überwachungslösungen, die Laserprozesse in Echtzeit bewerten. Ziel ist eine wirtschaftliche und robuste Prozesskontrolle, die Schallemissionen während der Bearbeitung systematisch analysieren kann, um Abweichungen sofort zu erkennen. Ein erstes marktreifes Monitoring-Modul hat das Dresdner Institut jüngst auf der Laser World of Photonics 2025 in München vorgestellt. Parallel arbeiten Forschungsteams des Instituts daran, Ansätze für weitere Anwendungen wie etwa Laserschweißen und -schneiden zu entwickeln.

Industrienahe Lösung

Die Qualitätskontrolle in der Lasermikrobearbeitung ist häufig zeitintensiv, technisch aufwendig und erfolgt nur verzögert. Typisch sind Strukturen mit Abmessungen im Mikro- und Submikrometermaßstab, die sich nur über aufwendige Mikroskopverfahren überwachen und bewerten lassen. Das neue akustikbasierte Monitoring-Modul des Fraunhofer IWS soll jetzt eine industrienahe Lösung bieten: Es analysiert die entstehenden Schallemissionen während der Bearbeitung, bewertet die Qualität unmittelbar und visualisiert Auffälligkeiten, ohne dass das Werkstück die Maschine verlassen muss.

Akustik als Datenquelle: Echtzeitbewertung während des Prozesses

Das System nutzt robuste Halbleitermikrofone zur Erfassung der Schallemissionen, eine lokale Auswerteeinheit sowie ein neuronales Netz, das auf reale Qualitätsdaten trainiert wurde. Es werden akustische Signale in Frequenzbereiche zerlegt und daraus charakteristische Parameter wie Amplitude, Dauer oder Impulsform berechnet. Diese fließen in die KI-gestützte Bewertung ein, die den Prozesszustand zuverlässig klassifiziert – etwa als stabil, abweichend oder fehlerhaft. Die Rückmeldung erfolgt in Echtzeit und unabhängig von zusätzlicher Sensorik.

Fremdkörper, Fehlausrichtung oder ungleichmäßige Ablation werden sichtbar

Ein herausragendes Merkmal soll laut Fraunhofer die Anwendung zur Erstellung einer „akustischen Abbildung“ sein. Dabei erzeugt das System ein zweidimensionales Bild der strukturierten Oberfläche, das auf der räumlichen Verteilung der Schallemissionen basiert. Das akustische Bild lässt sich mit klassischen Oberflächenaufnahmen vergleichen, allerdings ohne zusätzliche Messtechnik, rein aus Prozessdaten. Fehler wie Fremdkörper, Fehlausrichtung oder ungleichmäßige Ablation werden visuell sichtbar und lassen sich dokumentieren. „Wir wollten eine Lösung, die direkt an der Maschine Aussagen zur Prozessqualität liefern kann, ohne dass jemand die Probe entnimmt oder in ein separates Messlabor bringt“, sagt Tobias Steege, Gruppenleiter Systemtechnik und Sensorik am Fraunhofer IWS. „Unsere akustische Analyse ersetzt nicht die klassische Mikroskopmessung einer Oberfläche, ermöglicht aber eine wirtschaftliche und robuste Prozesskontrolle für jedes einzelne Bauteil.“

Schlank integrierbar, wirtschaftlich betreibbar

Das Monitoring-Modul ist als industrietaugliche Plug-and-Play-Lösung konzipiert. Es umfasst standardisierte Ethernet-basierte Schnittstellen (TCP/IP, REST), benötigt keine externe Cloud-Anbindung und lässt sich mit gängigen Maschinensteuerungen verknüpfen. Dank des modularen Aufbaus und der Verwendung von Halbleiterkomponenten lassen sich die Gesamtkosten gegenüber etablierten akustischen Überwachungssystemen stark reduzieren. Das ermöglicht laut Fraunhofer eine präzise, inlinefähige und wirtschaftliche Prozesskontrolle auch für kleinere Serienproduktionen.

Sofort einsatzfähig

„Das System ist so aufgebaut, dass es sofort einsatzfähig ist: ohne Spezialhardware oder externe Datenleitungen, einfach über Netzwerkanschluss an die bestehende Maschine“, ergänzt Steege. „Unsere Stärke liegt in der Verbindung aus prozessnaher Sensorik und intelligentem Softwaredesign, das sich am industriellen Alltag orientiert.“