Ein System für viele Sensoren

Die automatische Qualitätskontrolle hat sich in den vergangenen Jahren zu einem festen Bestandteil der Medizintechnik entwickelt. Gemessen werden nicht nur Volumina, Durchmesser und Längen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Es wird auch die Vollständigkeit von Baugruppen kontrolliert, auf Oberflächen müssen bei der Inline-Inspektion Fehler detektiert und lokalisiert werden – und selbst innere Defekte gilt es zu erkennen und die Test- und Prüfläufe zur Funktionalität mit hohen Datenübertragungsraten auszuführen.

Solche Kennzahlen müssen darüber hinaus innerhalb immer komplexerer Prozessketten ermittelt werden. „Eine Qualitätssoftware sollte daher eine Vielzahl von Prüf- und Messaufgaben in einem System zusammenführen und im Idealfall automatisiert auswerten“, erklärt Thomas Wiener, Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Maschinen- und Prozessmesstechnik am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz. Speziell für diese Anforderungen haben Softwareentwickler und Prüftechnikexperten vom Fraunhofer IWU die Software Xeidana entwickelt, deren Name sich aus der Funktionsbeschreibung ableitet: Extensible Environment for Industrial Data Analysis. Dem Anwender steht damit ein vollständiges Lösungspaket zur Verfügung, das Aufgaben von der Datenakquisition bis hin zur automatisierten Qualitätskontrolle abdeckt.

Die Besonderheit: Xeidana kann eine vergleichsweise hohe Anzahl von Daten verschiedener Sensorsysteme parallel erfassen und automatisch auswerten. Diese multisensorielle Qualitätskontrolle ermöglicht es, Sensortypen wie Wirbelstromsonden, Oberflächenscanner, optische Kameras oder Köperschallmikrofone miteinander zu kombinieren. Die Software erfasst und analysiert so beispielsweise Thermografiebilder und optische Live-Videos gemeinsam mit den Informationen von Ultraschall- oder Wirbelstromsystemen. Die Daten werden in einem individuell visualisierbaren Arbeitsbereich abgelegt und automatisiert ausgewertet. Das Programm ist für Mehrkernsysteme optimiert, um die erforderliche Rechenleistung erreichen zu können.

Ein weiteres Merkmal von Xeidana ist das erweiterbare Framework, mit dem der Anwender in der Lage ist, der Software eigenständig leistungsfähige Plug-Ins hinzuzufügen. So können sowohl neue Module als auch Datenanbindungen bereitgestellt werden, um den Zugriff auf eine Vielzahl an Hardwarekomponenten zu ermöglichen. Die Software lässt sich im Online- und Offline-Betrieb einsetzen. Um das Projektmanagement zu vereinfachen, nutzt Xeidana so genannte Depots, in denen alle relevanten Dateien zusammengeführt und in einem Arbeitsbereich abgelegt werden.

Um die Datenerfassung und -auswertung zu automatisieren, steht eine spezielle Scriptsprache zur Verfügung. Mit ihrer Hilfe kann das Bedienpersonal Prozessabläufe durch externe Signalgeber oder programminterne Timer steuern und so ein Höchstmaß an Flexibilität erreichen. Zudem lässt sich die Ausgabe individuell konfigurierbar visualisieren.

Da genau diese Anforderungen in der Medizintechnik sehr gefragt sind, ergeben sich für die Praxis eine Reihe von Anwendungen. „In der Qualitätssicherung für medizintechnische Produkte, beispielsweise im Bereich Mikrofluiddiagnostik, stoßen konventionelle Systeme schnell an ihre Grenzen. Insbesondere dann, wenn eine Inline-Prüfung eingesetzt werden muss“, erklärt Dr. Jan Edelmann, Abteilungsleiter Funktionsoberflächen und Mikrosystemfertigung am Fraunhofer IWU. „Wenn aber im Idealfall In-Line und mit einer automatisierten Softwarelösung wie Xeidana geprüft wird, die gleichzeitig innere und äußere Defekte erkennt, bedeutet das nicht nur eine erhebliche Zeitersparnis, sondern senkt auch die Kosten.“

Edelmann entwickelt mit seinem Team gemeinsam mit Industriepartnern unter anderem Einmalgebrauchssensoren für Blutanalysen, die für Diabetestests, Herzinfarkt- oder Tumormarker eingesetzt werden können. Diese sind aus übereinander liegenden, komplex strukturierten Kunststofffolien zusammengesetzt. Eingearbeitet sind darin für die Diagnostik notwendige Technik oder auch Chemikalien.

Hersteller dieser filigran verarbeiteten Teststreifen müssen absichern, dass sowohl die inneren Strukturen richtig ausgeformt als auch dass die unterschiedlichen Lagen korrekt ausgerichtet sind. Selbstverständlich müssen auch die Funktionalitäten des Sensors nach Außen gegeben sein. „Das komplexe Anforderungsprofil der Hersteller solcher Teststreifen“, sagt Edelmann, „ist ein typisches Beispiel für die Entwicklungstrends in der medizintechnischen Qualitätssicherung, die wir mit Xeidana unterstützen können.“

Michael Hoffmann, Hendrik Schneider Fraunhofer IWU, Chemnitz

Gleichzeitige Erfassung spart Zeit und senkt Kosten

Das Fraunhofer IWU in Chemnitz besitzt Know-how auf dem Gebiet der automatisierten Qualitätssicherung. Die Abteilung Automatisierung entwickelt unter anderem Condition-Monitoring- und Qualitätsüberwachungssysteme. Das Leistungsspektrum umfasst das Konzeptionieren neuartiger Überwachungssysteme, das Entwickeln von Prototypen sowie die Integration von serienreifen Überwachungssystemen in Produktionsanlagen.

Die Kernkompetenzen in der Medizintechnik sind die Biomechanische Modellbildung, die Konstruktion und numerische Simulation sowie die Erforschung und der Einsatz aktiver Materialien. Ein weiterer Schwerpunkt sind Fertigungstechnologien für medizintechnische Komponenten und Implantate, insbesondere die generative Fertigung (Laserstrahlschmelzen und FDM), die Präzisions- und Mikrofertigung, die Massivumformung sowie Verfahren zur Herstellung von zellularen metallischen Strukturen.