Qualitätssicherung bedeutet vor allem: die Gewährleistung von Sicherheit und Kundenzufriedenheit. Je nach Branche kann das unterschiedliche Schwerpunkte haben – vom frühzeitigen Erkennen potenzieller Materialschäden in der Luftfahrt über die Vermeidung von Schweissfehlern im Automobilsektor bis hin zum Schutz sensibler Bauteile in der Mikroelektronik.
Genau hier setzt Xarion Laser Acoustics GmbH aus Wien an: Mit ihrem einzigartigen Inspektionssystem wird ein Ultraschallbild vollständig berührungslos und automatisiert erfasst. Dadurch lassen sich selbst winzige Defekte schnell und präzise identifizieren – von Delaminationen und Rissen über minimale Fehlstellen bis hin zu feinen Schweissfehlern. Das Ergebnis ist eine zuverlässige Qualitätssicherung, die nicht nur für mehr Sicherheit sorgt, sondern auch nachhaltig das Vertrauen von Kundinnen und Kunden stärkt.
Ultraschallprüfung neu gedacht: Das Fundament der modernen Qualitätssicherung
Qualitätssicherung bedeutet, mögliche Defekte in Produkten oder Prozessen frühzeitig zu erkennen und zu beheben. Eine bewährte Methode ist hierbei die Ultraschallprüfung: Hochfrequente Schallwellen durchdringen das Material und machen kleinste Risse, Lufteinschlüsse oder Delaminationen sichtbar, ohne das Bauteil zu beschädigen. In Branchen wie Luftfahrt, Automobilindustrie oder Mikroelektronik hat sich dieses Verfahren längst als Standard etabliert, weil es eine präzise, schnelle und zerstörungsfreie Kontrolle ermöglicht.
Das junge Unternehmen Xarion Laser Acoustics GmbH geht mit seinen innovativen Sensoren einen Schritt weiter: Anstatt der üblichen Kontaktmedien wie Wasser oder Gel setzt sie auf ein neuartiges, patentiertes Optisches Mikrofon (siehe Abb. 1), das vollständig berührungslos arbeitet und ohne Gel und Kontakt zum Prüfling auskommt. Daher gelingt, was bisher schwierig war: Die Integration der Ultraschall-Prüfung in automatisierte Fertigungslinien, weg von der manuellen Prüfung zur Roboter-basierten Prüfung. Der einzigartige Laser-Sensor erfasst Ultraschallwellen, ohne selbst in Schwingung zu geraten, und bietet dadurch eine aussergewöhnliche Präzision und hohe Frequenzbandbreite. Die berührungslose Sensortechnologie lässt sich einfach in bestehende Fertigungslinien integrieren, oder die Sensorik kann Teil von neuen Anlagen sein. «Mit unserem LEA-Prinzip, kurz für 'Laser Excited Acoustics', regen wir das Bauteil mithilfe eines gepulsten LIDAR-Lasers gezielt an», erläutert Balthasar Fischer, Gründer und CEO der Xarion Laser Acoustics GmbH. «Durch den thermoelastischen Effekt entsteht so direkt im Bauteil Ultraschall, den wir mit dem Optischen Mikrofon erfassen können. All das geschieht vollständig berührungslos und ohne das Bauteil zu beschädigen, was uns eine präzise Identifikation unterschiedlichster Fehlstellen in verschiedensten Industriebereichen ermöglicht. Sie können sich vorstellen, dass das für viele Kunden ein bestechender Vorteil gegenüber anderen zerstörungsfreien Prüfmethoden ist.» (siehe Abb. 2)
Darüber hinaus ermöglicht die frühzeitige Detektion von Defekten massive Einsparungen: Fehlproduktionen werden minimiert, Material wird geschont und Arbeitszeit effizienter gestaltet. Diese Kostenvorteile tragen direkt dazu bei, dass sich die Investition in Xarions hochmodernes Prüfsystem rasch amortisiert (siehe Abb. 3). Wer weniger Ausschuss produziert, spart nicht nur Material und Energie, sondern stärkt auch das Vertrauen der Kundschaft und sichert langfristig seine Wettbewerbsfähigkeit. Teure Folgeschäden können vermieden werden. Man denke etwa an einen elektronischen Chip, der eine Delamination aufweist. Er kann zwar elektrisch funktionieren, aber durch Überhitzung nach 10 Betriebsstunden versagen und in Folge zum Stillstand des Autos führen, in das er verbaut wurde. Dieser Fehler kann im Ultraschallbild leicht erkannt werden.
Anwendungsbereiche
Echtzeit-Überwachung beim Ultraschallschweissen: «Hinhören» im richtigen Moment
Manche Fertigungsprozesse «erzählen» bereits während ihrer Ausführung, ob alles nach Plan verläuft. Was für uns wie ein gleichförmiges Surren oder Kreischen klingt, nimmt Xarions Ultraschallsensor als detailreichen Klangteppich wahr und analysiert ihn in Echtzeit. So lassen sich kleinste Veränderungen in der Akustik aufspüren, die auf Abweichungen im Prozess hinweisen können.
Ein anschauliches Beispiel hierfür ist das Ultraschallschweissen. Dabei werden zwei Teile mithilfe einer Sonotrode durch Reibungswärme miteinander verschweisst – in der Automobilbranche etwa bei der Verbindung von Kabelsträngen oder Befestigungselementen aus Kunststoff, in der Luftfahrt bei der Fertigung komplexer CFK-Bauteile oder in der Elektronik beim Zusammensetzen kleiner Schaltungen und Kabelverbindungen. Während dieses Vorgangs entstehen Schallsignale, die mehrere hundert Kilohertz erreichen können. Das Optische Mikrofon «lauscht» diesen Geräuschen berührungslos und erkennt bereits minimale Schwankungen im Prozessablauf in Echtzeit. Dadurch kann schon während des Schweissprozesses eine Aussage zur Haltekraft der Schweissung gemacht werden. Zwei scheinbar identisch verschweisste Kabelstränge mögen von aussen gleich aussehen, aber während die eine Verbindung eine Zugkraft von 1000 Newton aushält, könnte die andere bereits bei 50 Newton Zugkraft auseinanderbrechen. Natürlich kann man nicht jedes Kabel zerstörend prüfen, dann wäre ja alles kaputt, und daher ist ein Verfahren ein grosser Mehrwert, welches durch reines Zuhören die Zugkraft verlässlich voraussagen kann. So können noch in der Fertigung die schwarzen Schafe – die nOK-Teile – aussortiert werden. Zudem können die Sensordaten reibungslos in moderne Automations- und Steuerungssysteme eingebunden werden, um die Fertigung zu regulieren oder bei Bedarf anzupassen.
Diese Form der Prozessüberwachung ist längst nicht nur für Prototypen oder Kleinserien geeignet. Dank der hohen Messgeschwindigkeit im Bereich von Millisekunden und präzisen Erkennung kann das Optische Mikrofon auch in grossen Serienfertigungen eingesetzt werden. Unternehmen können von einer konsequenten Fehlererkennung profitieren: Ausschuss wird reduziert, Produktionsabläufe bleiben konstant auf hohem Qualitätsniveau und die Durchlaufzeiten verringern sich. Damit trägt die kontaktfreie Datenerfassung nicht nur zu stabilen Prozessen bei, sondern sichert auch langfristig die Wettbewerbsfähigkeit und die Produktsicherheit.
Von Smart Bonding zur Smart Prüfung von Autos
Klebeverbindungen spielen in der Automobilindustrie eine immer grössere Rolle. Gleichzeitig steigen aber auch die Anforderungen an die Qualitätssicherung: Fehlstellen können zu instabilen Verbindungen und potenziellen Sicherheitsrisiken führen. «Gerade bei modernen Klebeprozessen ist die Detektion selbst feinster Defekte entscheidend, um potenzielle Gefahren frühzeitig auszuschliessen. Was es bedeuten würde, wenn im Flugzeug eine Klebestelle nicht hält, möchte man sich lieber nicht ausmalen», betont Geschäftsführer Balthasar Fischer. Genau hier setzt das LEA-Prinzip an, um völlig kontaktfrei und ohne Koppelmittel Defekte schnell und präzise aufzuspüren. «Zugleich bietet unsere Lösung genügend Flexibilität, um unterschiedlichste Materialkombinationen zu prüfen – von speziell formulierten Klebstoffen über Keramik, Kohlefasern bis hin zu Stahl, Aluminium und verschiedenen Metalllegierungen», fügt Fischer hinzu. So profitieren Hersteller und Zulieferer unterschiedlicher Branchen gleichermassen von stabilen, gleichmässig verteilten Klebestellen, die nicht nur die Sicherheit verbessern, sondern auch Gewicht und damit Kraftstoff- bzw. Energieverbrauch senken.
Abhängig von der Geometrie der Bauteile kann Xarions Prüfverfahren in Transmission erfolgen, bei der Sensor und Laser auf gegenüberliegenden Seiten des Bauteils positioniert sind, um den Ultraschall durch das gesamte Bauteil zu leiten. Ist jedoch nur eine Seite zugänglich, lässt sich der Scan einseitig durchführen. In beiden Fällen liefert die Methode klare Informationen über die Güte der Klebefuge: Innere Defekte, die von aussen nicht sichtbar sind, wie Poren, trockene Stellen oder nicht gleichmässig aufgetragenes Klebematerial, können im Ultraschallbild leicht erkannt werden, auch vollautomatisiert. Zudem vermeidet das kontaktlose Vorgehen unnötige Stillstände in der Fertigung, da weder Koppelmittel (Wasser, Gel) aufgetragen bzw. abgewischt werden muss, noch Bauteile mehrfach neu positioniert werden müssen. Ganz besonders aber ermöglicht die berührungslose Ultraschallmessung die Automatisierung, während herkömmliche Ultraschallprüfung wegen des Koppelmittels und der engen Toleranzen (Voraussetzung, das Bauteil zu berühren, aber nicht zu erdrücken) üblicherweise ein von Hand ausgeführter Prozess ist.
Die gleiche Technologie eignet sich auch für die automatisierte Inspektion von Schweisspunkten und -nähten (siehe Abb. 4). Dies können Widerstandsschweisspunkte im Karosseriebau sein, oder Laserschweissnähte auf Stahlblech. Auf Basis der vom Laser erzeugten Ultraschallimpulse kann Xarions NDT-System potenzielle Fehlstellen wie unvollständige Schweissverbindungen, zum Beispiel Anbindungsfehler, identifizieren. Da das Prüfsystem sich nahtlos in bestehende Produktionslinien integrieren lässt, profitieren Unternehmen von einer kontinuierlichen Überwachung. Auf diese Weise gelingt es, sowohl Klebeverbindungen als auch Schweisspunkte verlässlich zu prüfen und langfristig die Qualität und Sicherheit im Automobilbau zu erhöhen.
Von der Batteriezelle bis zum Modul: ZfP-Lösungen für die Energiespeicher der Zukunft
Mit der rasanten Entwicklung der Elektromobilität ist die Produktion von Batterien und zugehörigen Komponenten wie Modulen und Packs in den letzten Jahren stark gestiegen. Allerdings hält die Qualitätskontrolle dieser komplexen Bauteile oft nicht Schritt mit der raschen Industrialisierung. Genau hier kommt Xarions zerstörungsfreies Prüfsystem ins Spiel, um Sicherheitsrisiken zu minimieren und Prozesse zu optimieren.
In der modernen Batteriefertigung spielen verschiedene Faktoren eine entscheidende Rolle für die Leistungsfähigkeit und Sicherheit von Energiespeichern. Ein wesentlicher Aspekt ist die Elektrolytverteilung in der Batteriezelle. Sowohl bei prismatischen, zylindrischen als auch bei Pouchzellen kann mithilfe des LEA-Verfahrens erkannt werden, ob das Elektrolyt gleichmässig verteilt ist, insbesondere nach der Formation, d.h. dem ersten kontrollierten Lade- und Entladeprozess, in dem sich die endgültige chemische Struktur der Zelle ausbildet. Frühzeitig identifizierte Mängel wie unzureichend benetzte Bereiche lassen sich noch vor dem Einbau in Module oder Packs aussortieren, sodass Fehlchargen in weiterführenden Produktionsschritten vermieden werden. Darüber hinaus erhalten Forschende und Prozessverantwortliche wertvolle Daten, um ihre Zellfertigungsprozesse kontinuierlich zu optimieren.
Sobald die einzelnen Zellen zu Modulen zusammengefasst werden, rückt die Wärmeleitpaste in den Fokus. Der Thermoleitkleber im Batteriemodul oder in der Batteriewanne sorgt für eine gute Wärmeabfuhr nach aussen, eine entscheidende Eigenschaft bei Elektrofahrzeugen, um Brände zu vermeiden. Eine korrekte Verteilung der Wärmeleitpaste ist essenziell, um ein effizientes Wärmemanagement sicherzustellen und Überhitzungen oder Hotspots zu vermeiden. «Gerade in der Automobilbranche, in der Qualitätssicherung eine unabdingliche Rolle spielt, bietet die Möglichkeit zerstörungsfrei und automatisiert zu prüfen – beispielsweise Batterien auf Thermoleitpasten-Anbindung – eine erhebliche Kostenersparnis zum derzeitigen manuellen und zerstörenden Prüfverfahren», erklärt Ryan Sommerhuber, Vertriebsleiter bei Xarion. Das LEA-Prinzip ermöglicht hier eine zerstörungsfreie Prüfung, die selbst dann funktioniert, wenn Kühlkanäle in der Kühlplatte integriert sind und die Oberfläche uneben ist. Dank einseitiger Messung und berührungsloser Schallregistrierung werden Unregelmässigkeiten in der Paste zielsicher aufgespürt. Das ist mit herkömmlichen Ultraschallmessgeräten unmöglich, weil sie aufgrund der unebenen Oberfläche nicht angekoppelt werden können. In einem Röntgen- oder CT-Bild wiederum können Anbindungsfehler leicht übersehen werden, weil die Ablösungen so dünn sein können, dass sie das Auflösungsvermögen eines CTs überschreiten.
Auch Busbar Welds, also die Schweissverbindungen zwischen den einzelnen Zellen oder Zellverbunden, lassen sich mithilfe dieses Verfahrens zuverlässig überprüfen. Häufig werden solche Verbindungen klassisch über Widerstandsmessungen beurteilt. Das liefert jedoch nicht immer aussagekräftige Ergebnisse: Selbst bei guter Kontaktleitfähigkeit können strukturelle Mängel wie Anbindungsfehler («Lack-of-fusion») vorliegen, die sich erst später als Sicherheitsrisiko erweisen. Mit dem LEA-Verfahren erkennt man diese Fehler bereits frühzeitig: Ein sogenanntes Ultraschall C-Bild gibt Aufschluss über die Schweissnahtqualität, indem es problematische Stellen genau abbildet. Auf diese Weise lassen sich Ausfälle und Rückrufaktionen im Voraus minimieren und die Batteriemodule sicher in den weiteren Produktionsprozess überführen (siehe Abb. 5).
Nur ein Puls? Mehr als genug für die Mikroelektronik
In der Welt der Mikroelektronik können oft winzigste Fehlstellen – etwa Delaminationen, Lufteinschlüsse oder unzureichend versiegelte Verbindungen in Chips, Sensoren oder Leiterplatten – die Funktionalität und Zuverlässigkeit des gesamten Bauteils drastisch beeinträchtigen. Solche Defekte könnten prinzipiell auch durch ein zeilenweises Abscannen des gesamten Bauteils erfasst werden. Xarion bietet jedoch eine besonders effiziente Alternative, die sich ideal für die Serienfertigung eignet: die Einzelschuss-Messung.
«Man kann sich das wie bei einem erfahrenen Gitarristen vorstellen, der mit einem einzigen Akkord erkennt, ob seine Saiten verstimmt sind oder nicht», erklärt Fatih Okçu, Applikationsingenieur bei Xarion. «Wir regen das Bauteil einmalig mit einem Laserpuls an und können anhand dieses einzelnen Impuls-Echos erkennen, ob beispielsweise Delaminationen oder Fehlverklebungen vorliegen – ganz ohne aufwendiges, flächiges Scannen.» Da das Optische Mikrofon alle entstehenden Schallwellen unmittelbar «hört», lassen sich, je nach Anlagenkonfiguration, mehrere Hundert bis Tausende Teile pro Minute überprüfen.
Diese hohe Geschwindigkeit ermöglicht ein effizientes automatisiertes Sortieren direkt im Produktionsablauf: Defekte Bauteile lassen sich sofort ausschleusen, was unnötige Folgeschritte verhindert und insgesamt Material- und Zeitersparnis schafft. Darüber hinaus generiert das Einzelschuss-Verfahren wertvolle Qualitätsdaten, die sich langfristig speichern und mithilfe moderner Auswertungsmethoden (z. B. KI) analysieren lassen. So erhalten Unternehmen laufend Einblicke in Prozessschwankungen und können Fertigungsparameter gezielt anpassen, um ihren Durchsatz zu maximieren und den Ausschuss zu minimieren.
Die Inline-Monitoring-Fähigkeit dieser Methode macht sie ideal für Fertigungslinien, in denen grosse Stückzahlen in kurzer Zeit verarbeitet werden. Obendrein ist sie skalierbar: Vom Laboreinsatz in kleineren Stückzahlen bis hin zu vollautomatisierten Grossserien –das Verfahren passt sich flexibel an die jeweiligen Anforderungen an. Damit liefert Xarions Einzelschuss-Messung eine hochmoderne Antwort auf steigende Qualitätsansprüche in der Mikroelektronik und schützt Unternehmen wie Endkundschaft vor kostspieligen Ausfällen (siehe Abb. 6).
Hoch hinaus: Wenn berührungslose Prüfverfahren und Robotik den Flugzeugbau beflügeln
In der Luft- und Raumfahrtindustrie sind Leichtbaumaterialien wie CFK (Carbonfaserverstärkte Kunststoffe) längst zum Standard geworden. Allerdings bergen diese Hightech-Werkstoffe auch versteckte Risiken: Selbst winzige Fehlstellen können die Stabilität erheblich beeinträchtigen. Um solchen Gefahren vorzubeugen, setzen Kunden auf Xarions LEA-basiertes Prüfsystem, das sich nahtlos in roboterbasierte Fertigungs- und Prüfumgebungen integrieren lässt. Dank dieser Flexibilität ist sogar eine grossflächige Inspektion grosser CFK-Komponenten – etwa Flugzeugrümpfe oder Tragflächen – in einem einzigen Durchgang möglich, sofern mehrere Roboter parallel eingesetzt werden (siehe Abb. 7).
Je nach Zugänglichkeit des Bauteils kann die Messung einseitig erfolgen oder in Transmission, bei der gegenüberliegende Seiten als Sensor- und Anregungsbereich dienen. In beiden Varianten erkennt das System selbst kleinste Fehlstellen. Zusätzlich erlaubt das Pulse-Echo-Setup eine Tiefenbestimmung der Defekte, sodass Ingenieurinnen und Ingenieure genau wissen, wo sich potenzielle Schwachstellen verbergen.
«Gerade in der Luftfahrt sind die Bauteile nicht immer geradlinig wie ein Flügel und dürfen durchaus komplexe Geometrien aufweisen», erläutert Fischer. «Für unsere laserbasierte Ultraschallprüfung ist das jedoch kein Problem, weil wir unsere kompakten Sensorköpfe nicht nur an klassischen Scannersystemen, sondern auch an sämtlichen gängigen Robotersystemen montieren können. So gelingt es uns, selbst ungewöhnlich komplex geformte Oberflächen umfassend und effizient zu prüfen.» Diese 3D-Messung erfolgt kontaktfrei, indem der Prüfkopf den Konturen des Bauteils folgt, und wird anschliessend in der von Xarion entwickelten LEAdesk-Software dreidimensional dargestellt und automatisiert weiterverarbeitet (siehe Abb. 8 und 9). In einem hochsensiblen Umfeld wie der Luft- und Raumfahrt kann zuverlässige Qualitätssicherung im Ernstfall sogar Leben schützen und Xarions Lösung bietet genau an dieser Stelle eine flexible Methode, die den stetig wachsenden Qualitätsanforderungen in diesem Sektor optimal gerecht wird.
Fazit: Qualitätssicherung neu gedacht – schneller, präziser, automatisiert
Die beschriebenen Beispiele zeigen eindrucksvoll, wie vielseitig die berührungslose Ultraschalltechnologie von Xarion Laser Acoustics einsetzbar ist. Ob in der Automobilbranche, der Batteriefertigung, der Mikroelektronik oder der Luft- und Raumfahrt – überall profitieren Unternehmen von effizienteren Prozessen und höherer Zuverlässigkeit ihrer Produkte. Der Verzicht auf Koppelmittel, die Möglichkeit zur automatischen Prozessüberwachung und flexible Prüfverfahren wie Einzelschuss-Messungen oder 3D-Scans eröffnen völlig neue Wege in der Qualitätssicherung.
Was als reine Defektsuche beginnt, entpuppt sich dank Xarions Technologie als wichtiger Teil einer ganzheitlichen Prozessoptimierung: Mängel können schneller und präziser erkannt, Ausschuss drastisch reduziert und Kosten signifikant gesenkt werden. Zugleich bieten umfassende Analysen und Echtzeitüberwachung einen enormen Wissensvorsprung, der die stetige Weiterentwicklung von Fertigungslinien ermöglicht. So entsteht eine zukunftsweisende Form der Qualitätssicherung, die nicht nur auf isolierte Prüfstationen beschränkt bleibt, sondern sich bis in vollautomatisierte Produktionsanlagen erstreckt und damit den Anforderungen zunehmend komplexer Produkte gerecht wird.
Am Ende steht eine Lösung, die Qualität neu definiert: schneller, präziser und durchgängig automatisiert. Genau hier liegt die Stärke von Xarion Laser Acoustics, die Unternehmen den entscheidenden Vorsprung sichert – in puncto Sicherheit, Effizienz und Innovationskraft.