Die neue Bilderkennungssoftware der ALD Vacuum Technologies GmbH analysiert Verdampfungs- und Schmelzvorgänge in Vakuumanlagen und erkennt kritische Abweichungen vom Sollprozess frühzeitig. Bei anspruchsvollen Beschichtungsprozessen – etwa in der Luftfahrt – können schon kleinste Abweichungen zu hohen Kosten führen. Genau hier kann die Lösung ALD EXPERT – EB Vison Monitoring unterstützen und den Operator frühzeitig auf Abweichungen im Prozess hinweisen.
Die Herausforderung: Hohe Qualitätsanforderungen in der Keramikbeschichtung
Flugzeugtriebwerke sind äußerst komplexe Maschinen. Ihre Produktion stellt höchste Anforderungen an die Qualität aller Arbeitsschritte und Ergebnisse. Mit den Beschichtungsanlagen von ALD Vacuum Technologies werden beispielsweise Turbinenschaufeln mit einer hauchdünnen Keramikschicht überzogen. Sie dient in erster Linie der thermischen Isolation, da innerhalb der Turbine sehr hohe Temperaturen herrschen, die nahe an die Belastungsgrenze der Werkstoffe reichen.
Die Keramikschicht verlängert die Lebensdauer des Triebwerks, erhöht die Betriebssicherheit und verbessert den Wirkungsgrad. Dafür muss diese jedoch in einer gezielten Schichtdickenverteilung aufgetragen werden. Bereits geringe Abweichungen im Prozess verändern die Qualität der Schicht und können unter Umständen eine gesamte Charge der Produktion unbrauchbar machen. Dadurch summieren sich Materialkosten, Energieaufwand und Personalkosten.
Regulatorische Vorgaben und begrenzte Prozesssicht
In der Luftfahrt herrschen strenge Qualitätsanforderungen. In dieser regulierten Branche bedarf es einer lückenlosen Dokumentation, um die Einhaltung von Standards und gesetzlichen Vorgaben zu den durchgeführten Prozessen nachweisen zu können.
Prozessparameter, Zustände sowie Prozessergebnisse in den Anlagen von ALD Vacuum Technologies müssen konsistent erfasst und für die weitere Verarbeitung nachhaltig dokumentiert werden.
Hinzu kommen praktische Herausforderungen. So geschieht die Beschichtung in einer geschlossenen Vakuumkammer, die manuell nur durch einen kleinen Viewport beobachtet werden kann. Des Weiteren werden durch Sensoren einzelne Messwerte erfasst. Diese reichen jedoch für eine umfassende, stetige und reproduzierbare Prozesskontrolle sowie Qualitätsdokumentation meist nicht aus. Stattdessen ist eine digitale, kamerabasierte Prozessüberwachung erforderlich.
Herausforderungen im Überblick
- Gezielte Schichtdickenverteilung der Keramikschicht erforderlich
- Eingeschränkte Sicht für Operator in geschlossene Vakuumkammer
- Klassische Sensorik erfasst nur isolierte Messwerte
- Hohe regulatorische Dokumentationspflichten in der Luftfahrt
Die Lösung: Automatisierte Prozessüberwachung mit Kameras für Vakuumanlagen
Die automatisierte Kameraüberwachung ist in der industriellen Qualitätssicherung üblich, auch bei den Anlagen von ALD Vacuum Technologies. Dort überwachen Kameras den Zustand von Systemen und erkennen rechtzeitig Unregelmäßigkeiten beim Verdampfungs- und Schmelzprozess.
Integration von AOS und EB Vision Monitoring
Bedingt durch Fortschritte sowohl in der Erfassung als auch in der Auswertung von Kamerabildern hat ALD Vacuum Technologies eine kamerabasierte Prozessüberwachung, das ALD EXPERT – Advanced Observation System (AOS), entwickelt. Durch die nahtlose Integration des EB Vision Monitoring-Moduls (speziell entwickelter Algorithmus zur automatisierten Bilderkennung) erhält der Bediener kontinuierliches Feedback über den laufenden Schmelz- und Verdampfungsprozess, wodurch Abweichungen vom Sollprozess schnell erkannt werden können.
Eine speziell positionierte Prozesskamera ist auf das Schmelzbad gerichtet. Das Material wird durch einen Elektronenstrahl verdampft (das flüssige Material befindet sich in einem Tiegel, der „Pool“ genannt wird) und in der daraus entstehenden Keramikwolke werden die Turbinenschaufeln mit einer hauchdünnen Keramikschicht überzogen. Die Kamera erfasst kontinuierlich mit Live-Bildern den Zustand des flüssigen Materials. Damit wird sichtbar, wie sich der Füllstand verändert, die Oberfläche bewegt oder ob es kritische Zustände, wie zum Beispiel ein Überlaufen des Materials über den Tiegelrand, gibt.
Eventbasierte Bildverarbeitung verringert Datenvolumen
Die neue Kamera-Software nutzt das EB Vision Monitoring. Es basiert auf der Erkennung von Helligkeitsänderungen in Echtzeit und eignet sich gut für Schmelz- und Verdampfungsprozesse.
Dabei sendet die Kamera nur dann ein Signal (den „Event“) an die Überwachungssoftware, wenn es tatsächlich eine Änderung der Lichtintensität gibt. Dadurch sinkt das Datenvolumen drastisch und die Verarbeitung beschleunigt sich. Die Systeme benötigen weder leistungsstarke Prozessoren noch bandbreitenstarke Netzwerke. Vision Monitoring vereinfacht die Qualitätssicherung, wenn herkömmliche Bildverarbeitung an Grenzen stößt.
Echtzeitanalyse von Schmelzbad und Verdampfungsprozess
Mit dem AOS-Upgrade auf EB Vision Monitoring können die Kamerabilder direkt während der Fertigung live analysiert werden und daraus kontinuierlich Messwerte (KPIs) extrahiert werden. Sie werden in einer Zeitreihendatenbank gespeichert, sodass eine Langzeitanalyse aller Prozessdaten möglich wird. Die überwachten KPI-Werte sind:
- Pool Roughness: Die Art der Bewegung der Pooloberfläche. Der Wertebereich reicht von keiner Poolbewegung bis zu starker Poolbewegung.
- Pool Level: Auf der rechten Seite des Kamerabildes wird die Füllhöhe des Pools angezeigt.
- Overflow: Sobald die Kamera einen kritischen Überlauf erkennt, erscheint ein Warnsymbol über dem Pool.
Die kamerabasierte Prozessüberwachung von ALD Vacuum Technologies hebt mit dem neuen Modul ALD EXPERT – EB Vision Monitoring die wichtigen Prozessinformationen im Live-Bild visuell hervor. So werden der Rand des Schmelztiegels, seine Füllhöhe und ein möglicher Überlauf farblich gekennzeichnet. Das unterstützt die Arbeit des Bedieners bei der Überwachung, sodass dieser schnell auf kritische Abweichungen reagieren kann.
Das Ergebnis: Messbare Qualitäts- und Effizienzgewinne
Die kamerabasierte Prozessüberwachung von ALD Vacuum Technologies verbessert die Produktionsqualität und senkt Kosten für Qualitätssicherung und Prozessführung. Durch die frühzeitige Erkennung von Abweichungen kommt es seltener zu fehlerhaften Chargen. Da kritische Zustände schneller erkannt und behoben werden, verringern sich außerdem die Stillstandzeiten der Anlagen.
Langfristig ermöglicht die Speicherung der KPIs in einer Zeitreihendatenbank eine datenbasierte Optimierung. Die historischen Daten liefern Hinweise auf wiederkehrende Muster im Prozessverhalten. Abweichungen können statistisch ausgewertet und mit Prozessereignissen in Verbindung gebracht werden. Auf dieser Grundlage lassen sich Parameter gezielt anpassen und die Prozessstabilität verbessern.
Ergebnisse im Überblick
- Reduzierter Ausschuss durch frühe Fehlererkennung
- Geringere Stillstandzeiten der Anlagen und damit Kosteneinsparung
- Datenbasierte Verbesserung der Prozessstabilität
