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Fakultät für Ingenieurwissenschaften

Lehrstuhl für Mess- und Regeltechnik

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System- und Prozessmesstechnik

Der Lehrstuhl beschäftigt sich seit vielen Jahren mit verschiedenen Techniken um System- und Prozesszustände im Feld zu überwachen. Dabei liegt der Fokus sowohl auf der Verbesserung bekannter Algorithmen, als auch auf deren Neuentwicklung. Als messtechnischer Lehrstuhl beschäftigen wir uns aber auch mit der Entwicklung kostengünstiger und feldtauglicher Messsysteme.

  • Elektrische Kapazitätstomographie (ECT)

Die elektrische Kapazitätstomographie befasst sich mit der Rekonstruktion von Materialparameterverteilungen in 2D-Ebenen bzw. im 3D-Raum. Dabei werden Elektroden rund um den Messbereich (in der Regel das Innere von Rohren) angebracht und die Kapazitäten der verschiedenen Elektrodenkombinationen gemessen. Damit lassen sich Stoffzusammensetzungen, Füllstände und Fremdkörpereinschlüsse ermitteln. Die zu messenden Kapazitäten sind allerdings sehr klein (Größenordnung pF) und müssen trotzdem schnell und präzise gemessen werden. Am Lehrstuhl wurden für diese Aufgabe verschiedene hochentwickelte Prototypen entworfen, realisiert und getestet. Außerdem beschäftigt sich der Lehrstuhl mit der Verbesserung der Algorithmen zur Rückrechnung von den gemessenen Kapazitäten auf die Materialparameterverteilung.

  • Impedanzspektroskopie

Die elektrische Impedanzspektroskopie (EIS) wird am Lehrstuhl schwerpunktmäßig zur Überwachung von Schüttgütern im Gießereiumfeld verwendet. Die aufgenommenen Impe-danzspektren werden mittels maschinellen Lernens (ML) in Form einer Support Vector Machine (SVM) ausgewertet.


Die Kombination der EIS als Messmethode mit der SVM als Auswerteverfahren bietet eine präzise und effiziente Lösung zur Online-Überwachung und Regelung von Prozessen im Formstoffkreislauf von Gießereien. Diese innovative Verfahrenskombination ermöglicht es, die komplexen elektrochemischen Eigenschaften von Formstoffen in Echtzeit im Prozess zu analysieren und sofort auf Prozessänderungen zu reagieren.
Die EIS ermöglicht es, die elektrischen Eigenschaften von Formstoffen über ein breites Frequenzspektrum zu analysieren. Dadurch können detaillierte Informationen über die Materi-aleigenschaften gewonnen werden, wie z.B. Feuchtigkeitsgehalt, Homogenität und Zusammensetzung. Diese Methode ist für die Überwachung von Anlagen des Formstoffkreislaufs besonders geeignet, da sie nicht-invasiv, schnell und genau ist.


Die Integration der SVM als Auswertemethode maximiert den Nutzen der gewonnenen EIS-Daten. SVMs sind leistungsstarke, maschinelle Lernalgorithmen, die in der Lage sind, komplexe Muster und Beziehungen innerhalb der Daten zu erkennen und zu klassifizieren. Durch das Training der SVMs mit spezifischen Daten in Gießereien können präzise Vorhersagen und Klassifikationen in Echtzeit getroffen werden. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Über-wachung und Anpassung von Anlagen und Prozessen, was zu einer Erhöhung der Prozess-stabilität und damit zu einer Verbesserung der Gussproduktqualität führt.


Der übergeordnete Vorteil der Kombination aus EIS und SVM ist ihre Online-Fähigkeit. Die kontinuierliche Datenerfassung und -analyse in Echtzeit erlaubt es, schnell auf Abweichungen oder Unregelmäßigkeiten im jeweiligen Prozess zu reagieren. Dies minimiert Ausfallzeiten und Fehlproduktionen, optimiert den Materialeinsatz und reduziert Kosten, wodurch ihr Einsatz zur Wettbewerbssteigerung moderner Gießereibetriebe beiträgt.
Weitere Lehrstuhl-Anwendungsgebiete der EIS in Kombination mit Verfahren des maschinellen Lernens im Bereich von Schüttgütern bzw. Pulver:

  • Partikeldetektion und -klassifikation in Fluidströmungen (z.B. Mikroplastik)
  • Analyse von Bodenproben bzgl. Nitrat und anderen Zusätzen
  • Qualitätsüberwachung von Metallpulvern, die in der additiven Fertigung beim Laser-strahlschmelzen eingesetzt werden
Graph mit Impedanzen verschiedener Sandmessungen
  • Hochfrequenzverfahren

Bei den Hochfrequenzverfahren handelt es sich meistens um hohlraumresonatorbasierte Verfahren zur Bestimmung inhomogener Materialparameterverteilungen. Durch ein oder mehrere Koppelelemente werden elektromagnetische Wellen verschiedener Frequenzen im Hohlraumresonator angeregt. Je nach Materialparameterverteilung resoniert der Hohlraum bei anderen Frequenzen. Mit spektraler Reflexionsmessung (oder Transmissionsmessung) wird die Form und Lage der Resonanzen ermittelt. Durch komplexe (nichtlineare) Algorithmen wird auf die Materialparameterverteilung rückgerechnet. Auch bei dieser Technik wurden bereits hochentwickelte und trotzdem kostengünstige Messsysteme entwickelt und erfolgreich getestet.
Demonstrator eines Messsystems zur hochfrequenten in-situ-Materialparameterbestimmung


Verantwortlich für die Redaktion: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Fischerauer

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