Process Monitoring

13th CIRP Conference on Photonic Technologies  08/2024

Acoustic process monitoring during the structuring of diffusion media for fuel cells with Ultrashort Laser Pulses

Autoren:

Christian Geigera, Pawel Garkushaa, Christian Bernauera, Simon Mehrla, Pascal A. Schirmerb, Michael F. Zaeha

Inhalte:

•          Um die Leistungseigenschaften von Diffusionsmedien in Brennstoffzellen positiv zu beeinflussen, können diese durch Laserstrukturierung optimiert werden.
•          Die Verwendung von optischen Mikrophonen soll die Überwachung während der Laserstrukturierung gewährleisten.
•        Diese Publikation konnte zeigen, dass mit Hilfe der akustischen Daten die Fokusposition des Lasers sowie Materialübergänge im Diffusionsmedium während der Strukturierung überwacht werden können.

13th CIRP Conference on Photonic Technologies

Wood Materal Science & Engineering  10/2024

Predicting wood moisture classes by sound frequency spectra and Explainable Machine Learning during milling

Autoren:

Mehieddine Derbas, Timothy Mark Young, Stephan Frömel-Frybort, Hans- Christian Möhring & Martin Riegler

Inhalte:

•          Der Feuchtigkeitsgehalt in Holz hat starken Einfluss auf die optimalen Prozessparameter beim Fräsen.
•          Mit dem neuartigen optischen Mikrophon wurden verschiedene Feuchtigkeitsklassen (dried, conditioned, wet und frozen) unterschieden.
•          Mit Hilfe von Machine-Learning Modellen konnte durch das akustische Signal die Feuchtigkeitsklasse sowie die Geschwindigkeit beim Fräsen bestimmt werden. Das beste Modell erreichte eine Genauigkeit von rund 97.2%.

Wood Materal Science & Engineering

Journal of Laser Applications  03/2025

Layer detection in ultrashort pulsed multilayer laser ablation by analyzing ultrasonic process emission

Autoren:

Christian Lutz, Cemal Esen, Ralf Hellmann

Inhalte:

•          Laserablation wird zur Bearbeitung von elektronischen Anwendungen (z.B. PCB) verwendet.
•          In dieser Arbeit werden Materialübergänge während der Laserablation durch ihr akustisches Signal mit dem optischen Mikrophon detektiert.
•          Der Materialübergang von Kupfer auf Polyimid stand dabei im Fokus. Durch die höhere Abtragungsrate von Polyimid im Vergleich zu Kupfer, konnte beim Übergang ein starker Anstieg der akustischen Energie erkannt werden.
•          Zusätzlich zur Detektion von Materialübergängen konnte auch ein Zusammenhang des akustischen Signals mit der Schichtdicke erkannt werden.

Journal of Laser Applications

17th CIRP Conference on Intelligent Computation in Manufacturing Engineering (CIRP ICME ‘23)  08/2024

In-situ acoustic signals correlation of process parameters in laser powder bed fusion

Autoren:

Levent Subasi, Soner Oren, Gokhan Dursun, Cagdas Sen, Akin Orhangul

Inhalte:

•          Pulverbettschmelzen (LPBF) ist additives Verfahren zur Herstellung von metallischen Werkstoffen. Dabei spielt Reproduzierbarkeit eine zentrale Rolle.
•         Das optische Mikrophon wurde zur Überwachung der akustischen Emission während dem LBPF-Prozess verwendet.
•          Die Analyse zeigte eine starke Korrelation zwischen dem akustischen Signal und den Prozessparametern.
•          Diese Methodik ermöglicht die Beurteilung von Prozessmängeln und der Gesamtqualität.

17th CIRP Conference on Intelligent Computation in Manufacturing Engineering

Proceedings of LANE 2024 Fürth, Germany 09/2024

Toward in-line crack detection and localization during metal additive manufacturing using laser-based air-coupled ultrasound sensors

Autoren:

Matthias Kettner, Ryan Sommerhuber et.al.

Inhalte:

• Die Studie zeigt, dass während des L-DED-Prozesses entstehende Ultraschall-Emissionen eine zuverlässige und frühzeitige Inline-Erkennung von Cold Cracks ermöglichen.
• Mit dem luftgekoppelten Optischen Mikrofon von XARION konnten sowohl das Auftreten als auch der exakte Zeitpunkt der Rissbildung anhand charakteristischer Signaturen identifiziert und mit dem Bewegungsprofil des Roboters verknüpft werden.
• Dadurch ließ sich die Position von Defekten auch auf großen Bauteilen präzise bestimmen. Versuche mit einem Sensor-Array verdeutlichen das Potenzial noch genauerer Lokalisierungsmethoden für zukünftige Echtzeitlösungen.

PDF

Applied Sciences 10/2024

Akustische Emissions- und Digitale Bildkorrelations-basierte Untersuchung zur Früherkennung von Schäden in Sandwichstrukturen

Autoren:

Aitor García de la Yedra, Igor Erro, et al.

Inhalte:

• Die Überwachung der Qualität komplexer Sandwichstrukturen ist aufgrund von Zugangsproblemen mit gängigen Prüfmethoden schwierig
• Ein neuer Ansatz zur Lösung dieses Problems ist die akustische Überwachung im Ultraschallbereich mit dem Optischen Mikrofon
• Die Ergebnisse der akustischen Überwachung wurden mit den Ergebnissen der digitalen Bildkorrelation verglichen
• Es konnte gezeigt werden, dass eine frühzeitige Erkennung struktureller Schäden mit dem Optischen Mikrofon möglich ist

Link

Additive Manufacturing 01/2024

Healing of keyhole porosity by means of defocused laser beam remelting: Operando observation by X-ray imaging and acoustic emission-based detection (Englisch)

Autoren:

Charlotte de Formanoir, Milad Hamidi Nasab, et al.

Inhalte:

• Beim Pulverbettschmelzen (LPBF) kann die unvorhersehbare Bildung von Defekten wie Poren zu einer Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften führen
• Mit Hilfe des optischen Mikrofons von XARION wurde eine Strategie zur Überwachung der In-situ-Porenheilung durch Laserumschmelzen entwickelt
• Akustische Signale, die während des Laserumschmelzens erfasst werden, werden zeitlich synchronisiert und mit Röntgenbildern analysiert, um akustische Signaturen des Porenheilungsvorgangs zu identifizieren
• Der in dieser Arbeit vorgestellte Ansatz ermöglicht eine präzise Überwachung der Defektheilung während des LPBF-Prozesses ohne den Einsatz aufwändiger maschineller Lernalgorithmen

PDF

Nature Communications 12/2023

Harmonizing sound and light: X-ray imaging unveils acoustic signatures of stochastic inter-regime instabilities during laser melting (Englisch)

Autoren:

Milad Hamidi Nasab, Giulio Masinelli, et al.

Inhalte:

• Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Additive Manufacturing ist ein Verfahren zur additiven Fertigung von Metallen, welches in der Lage ist, komplizierte dreidimensionale Metallteile direkt aus CAD-Modellen herzustellen
• In der vorliegenden Arbeit wird Synchrotron-Röntgenbildgebung eingesetzt, um Keyhole-Instabilitäten in LPBF zu filmen und diese mit der Schallemission des Prozesses zu korrelieren
• Das optische Mikrofon von XARION wurde zur Messung der Luftschallemission aus der Wechselwirkungszone zwischen Laser und Material eingesetzt
• Die Übergänge zwischen den Zuständen Wärmleitschweißen, Schweißen mit stabilem Keyhole und Schweißen mit instabilem Keyhole (welches zur Bildung von Porosität und anderen Instabilitäten führt), können anhand der Schallemissionsdaten erfolgreich erkannt werden

PDF

Wood Material Science & Engineering 05/2023

Supervised classification of wood species during milling based on extracted cut events from ultrasonic air-borne acoustic signals (Englisch)

Autoren:

Mehieddine Derbas, Stephan Frömel-Frybort, Christian Laaber, Hans-Christian Möhring, Martin Riegler

Inhalte:

• Die Überwachung während der Holzverarbeitung gewinnt an Bedeutung, um die Effizienz zu steigern und eine adaptive Fertigung zu ermöglichen
• Die akustische Überwachung eignet sich besonders für den Schneide- und Fräsvorgang
• Derbas et al. entwickelten ein KI-Modell zur Unterscheidung von Holzarten mit einer Genauigkeit von bis zu 93 % anhand von Einzelschnitt-Ereignissen

Link

Optics and Laser Technology 04/2023

A comprehensive study on water jet guided laser micro hole drilling of an aerospace alloy (Englisch)

Autoren:

Levent Subasi, Mustafa I. Gokler, Ulas Yaman

Inhalte:

• Water-Jet Guided Laser Drilling ist ein spezieller Herstellprozess für kleinste Bohrlöcher in Metallen
• Die Publikation zeigt, dass das Optische Mikrofon verwendet werden kann um die Bohrlochtiefe und den Durchstoß-Zeitpunkt anhand der Ultraschall-Prozessemission zu überwachen

Link