Fraunhofer ISC, Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL, Bayreuth
Projektcluster DiMaWert
Digitalisierung der Materialentwicklung entlang der Wertschöpfungsketten
Abgeschlossenes Förderprojekt
Motivation
Tubus und Linsenhalterungen für die Schlüssellochdiagnostik
Beispiele für 3D-gedruckte Mikrooptiken aus ORMOCER®
Die optische Überwachung des Ofeninnenraums während des Betriebs liefert wertvolle Informationen über den Zustand der Ofenisolierung, ohne dass der Ofen wie bisher üblich abgekühlt werden muss. Aufgrund der hohen Temperaturen stellt sie jedoch besondere Anforderungen an die eingesetzten Bildaufnahmesysteme. Die Elektronik muss gegen die hohen Temperaturen abgeschirmt werden, und gleichzeitig muss die optische Information zur Kamera übertragen werden. Außerdem wird eine temperaturbeständige Frontoptik benötigt.
Zielsetzung
Temperaturbeständige Elektronik für die Bildgebung
Ziel dieses Teilprojektes war die Entwicklung eines autonomen Sensormoduls, der ohne externe Stromversorgung auskommt und Schäden in der Ofenisolierung erkennt. Dazu sollte eine Schlüssellochdiagnostik entwickelt werden, bei der Kamera und Elektronik in einem Wärmeschutzbehälter gegen die hohe Ofentemperatur geschützt sind. Außerdem musste eine Frontoptik aus einem temperaturbeständigen transparenten Material entwickelt werden, die optische Informationen aus dem Ofen mit hoher Lichtstärke und großem Bildwinkel aufnimmt und über einen engen Tubus an eine Kamera überträgt. Die Kamera, die Energieversorgung und der Datenspeicher sollten in einem Wärmeschutzbehälter auf Temperaturen von ca. 100°C gehalten werden. Es sollte geprüft werden, ob mit additiven Technologien Freiformlinsen von hoher optischer Qualität hergestellt werden können.
Ergebnisse
Digitale Verarbeitung von Bildern zur Merkmalserkennung
- Quarzglas erwies sich als geeignetes Material für die Frontoptik (maximale Einsatztemperatur bis 1100°C).
- Für die additive Herstellung von Mikrofreiformoptiken erwiesen sich ORMOCER® als geeignet, die mittels 2-Photonen-Polymerisation selektiv gehärtet und anschließend pyrolisiert wurden.
- Das Wärmemanagement für den ASM konnte erfolgreich mit einem Phase Change Material umgesetzt werden (vgl. Teilprojekt 7).
- Kamera, Elektronik und Batterien, die bei 100°C einsetzbar waren, konnten identi-fiziert und erfolgreich getestet werden.
- Zur Bilderkennung wurden KI-Algorithmen entwickelt und getestet.