Wie Industrie 4.0 das Hören lernt

Das Verbundprojekt ACME 4.0 hat es sich zum Ziel gesetzt, energieautarke, akustische Sensorik zu entwickeln und einzusetzen. Industrieanlagen sollen so intelligenter, sicherer und effizienter werden. In dem Projekt arbeiten Vertreter aus Wissenschaft und Wirtschaft gemeinsam daran, akustische Überwachungssysteme von Maschinen und Produktionsstraßen zu entwickeln. Auch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert bis März 2019 das Projekt mit insgesamt 3,5 Millionen Euro.

Am Ende soll eine hochintegrierte Sensorplattform stehen, die ohne Verkabelung in Industrieanlagen integriert werden kann. Die Sensoren sollen sich über so genanntes Energie-Harvesting selbst mit Energie versorgen. Die Technologie soll zunächst bei der Qualitätskontrolle von Halbleiterprodukten zum Einsatz kommen. Auch die Fehlererkennung von Axialkolbenpumpen soll über die akustischen Sensoren erprobt werden.

Akustische Sensorik ist bislang nur in wenigen Nischen in der industriellen Produktion vertreten. Das soll sich durch das ACME 4.0 ändern. Immer mehr Produktions- oder Logistikstätten werden mit Sensorik versehen, über IP vernetzt und auf diese Weise vermessen.

Ziel von Projekt ACME 4.0 ist es unter anderem verbesserte Elektronik, Sensorik und Signalverarbeitungsverfahren entwickelt, beispielsweise um Verschleißerscheinungen anhand des Betriebsgeräusches zu erkennen. So sollen über computerbasierte akustische Ereigniserkennung Unregelmäßigkeiten oder Fehler im Produktionsprozess erkannt werden.

Als Unternehmen beteiligen sich die Bosch Rexroth AG, Infineon Technologies AG, CoSynth GmbH & Co. KG und die edacentrum GmbH. Aus der Forschung beteiligen sich die Projektgruppe Hör-, Sprach- und Audiotechnologie des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medientechnologie IDMT sowie der Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme EAS des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS. Koordiniert wird das Projekt von dem Oldenburger Verein OFFIS. Seit 1991 engagiert sich das international tätige Forschungs- und Entwicklungsinstitut bei ausgewählten Informatiktechnologien und praxisrelevante IT-Forschungsbereiche.

Bosch etwa will über akustische Sensoren die Zustandsüberwachung von Maschinen verbessern, zunächst will sich Bosch darauf beschränken, den Verschleiß von Axialkolbenpumpen schneller als bisher zu erkennen. Bislang prüft Bosch diesen Verschleiß über verdrahtete Vibrationssensoren. Das aber sorgt für Probleme bei der Positionierung des Sensors. Denn der kann nur an bestimmten Stellen verlässliche Werte liefern und so Verschleiß melden. Hinzu kommt, dass diese Sensoren aufwändig angepasst werden müssen – auch für die akustische Umgebung müssen diese Bauteile eigens konzipiert werden.

Nun wollen die Forscher gemeinsam eine Sensorik entwickeln, die über den Körperschall von Maschinen hinaus auch Luftschall und den Frequenzbereich von Infra- und Ultraschall erfasst. Eine kompakte Bauform und hohe Energieeffizienz sollen das Sensorsystem leicht integrierbar machen.

Auch für die Halbleiterproduktion könnten akustische Sensoren einen Beitrag leisten. So versucht Infineon akustische Ereignisse mittels Körperschallsensoren im Ultraschallbereich zu erkennen. Diese akustischen Prüfverfahren sollen optischen Tests von Halbleitern ergänzen. Denn über Schall könnten auch tiefer liegende Materialschichten geprüft werden.