Industrielösungen für die Produktion

Edge-KI-Lösungen für intelligente Sensoren in der Zustandsüberwachung von Anlagen

Industrielösungen für die Produktion

© Fraunhofer IPMS

Am Fraunhofer IPMS nutzen wir Edge Computing und Echtzeit-Datenübertragung, um eine präzise und ortsnahe Überwachung von Industriemaschinen zu ermöglichen. Unsere KI-gestützten Sensorsysteme erkennen Schäden frühzeitig, optimieren Wartungspläne und reduzieren Stillstandszeiten deutlich.

Live-Demonstrator für smarte Zustandsüberwachung

Ein Live-Demonstrator mit einem miniaturisierten Förderband zeigt das Potenzial unseres fortschrittlichen Überwachungssystems für industrielle Anwendungen. Multimodale Sensoren erfassen verschiedene physikalische Größen wie Beschleunigung, Drehzahl, Magnetfelder sowie akustische und ultraschallbasierte Signale. Damit erkennt das System zuverlässig Riemenspannung, Blockaden und mechanische Anomalien. KI-Modelle ermöglichen eine hochpräzise vorausschauende Wartung, während eine Echtzeit-Kalibrierung die Anpassung an dynamische Betriebsbedingungen sicherstellt.

Das System kombiniert eigene Sensortechnologien mit einer RISC-V-basierten Edge-Computing-Plattform, um komplexe KI-Auswertungen direkt am Ort der Messung durchzuführen. Diese lokale Rechenleistung ermöglicht Echtzeit-Entscheidungen, verbessert die Vorhersagegenauigkeit und überwindet die typischen Einschränkungen herkömmlicher eingebetteter Systeme in zeitkritischen Anwendungen.

Industriepartnerschaften

Die Expertise des Fraunhofer IPMS in den Bereichen Sensortechnologie und KI-gestützte Auswertung treibt die kontinuierliche Weiterentwicklung der Lösung voran. Bestehende Kooperationen, etwa mit der Vetter Kleinförderbänder GmbH, unterstreichen das Interesse der Industrie an solchen zukunftsfähigen Technologien.

Multisensorik für sichere und präzise Mensch-Roboter-Kollaboration

Industrielösungen für die Produktion

Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) erfordert ein Höchstmaß an Sicherheit, Präzision und Umfeldwahrnehmung, insbesondere in engen oder dynamischen Arbeitsumgebungen. Das Fraunhofer IPMS entwickelt fortschrittliche multisensorische Systeme, die optische und akustische Sensortechnologien wie LiDAR, Ultraschall-Näherungssensoren, akustische Kameras und taktile Sensoren kombinieren.

Diese Systeme ermöglichen eine zuverlässige Erkennung von Personen und Objekten sowie die Analyse von Texturen und Kraftverteilungen – vom mehrere Meter entfernten Bereich bis hin zum direkten Kontakt. Die Kombination verschiedener Sensortechnologien erhöht die Redundanz und verbessert die Zuverlässigkeit bei sicherheitskritischen Anwendungen.

Fraunhofer IPMS - Expertise in miniaturisierter Sensorik

Dank ihrer Miniaturisierung lassen sich die vom Fraunhofer IPMS entwickelten Sensorlösungen selbst in kompakten Einbauumgebungen oder direkt auf Oberflächen integrieren. Dadurch entstehen neue Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen Greifen, Positionieren, Kollisionsschutz und Navigation – etwa in der Servicerobotik, bei professionellen Dienstleistungen oder in der automatisierten Maschinenbedienung.

Taktile Nahdistanzsensorik für Industrie 4.0,

Industrielösungen für die Produktion

Moderne Anwendungen in den Bereichen Industrie 4.0, Smart Health, Smart Security und Automotive erfordern zunehmend intelligente, interaktive Sensorsysteme. Entscheidend dafür ist die sichere und präzise Erfassung sensorischer Informationen im Nahbereich und Kontaktbereich von Objekten und Oberflächen. Anwendungsfelder wie das sensible Greifen, Handhaben, Positionieren und Ausrichten von Objekten in der Robotik, die Erweiterung menschlicher Wahrnehmung (z. B. durch künstliche Haut oder AR-Systeme) sowie die dreidimensionale Umgebungserfassung (z. B. Gestenerkennung oder berührungslose Schalter) erfordern eine hohe Informationsdichte in Echtzeit und energieeffiziente, KI-gestützte Sensornetzwerke.

Herkömmliche optische oder kapazitive Sensoren stoßen hier an ihre Grenzen, da sie häufig keine kontinuierliche, hochauflösende Umfelderfassung ermöglichen oder keine Kombination aus taktiler und Näherungssensorik bieten. Das Fraunhofer IPMS entwickelt daher eine multimodale Sensorplattform auf Ultraschallbasis, die beide Sensorfunktionen auf einem einzigen Chipmodul vereint.

Fraunhofer IPMS – Führend in Ultraschall-basierter Sensorik

Im Zentrum stehen CMOS-kompatible kapazitive mikromechanische Ultraschallwandler (CMUTs), die gemeinsam mit integrierter Elektronik eine kompakte, kosteneffiziente und energiearme Sensorlösung ermöglichen – mit hoher Empfindlichkeit und integrierter Signalverarbeitung in Echtzeit. So wird eine neue Generation von Sensorik für KI-basierte Echtzeitanwendungen in industriellen und sicherheitskritischen Bereichen möglich.

Highspeed-Kontaktlose Datenübertragung für rotierende Schnittstellen mit Li-Fi GigaDock®

Industrielösungen für die Logistik

Die Datenübertragung zwischen rotierenden und stationären Komponenten zählt zu den größten Herausforderungen der industriellen Kommunikation. Traditionelle Schleifringe kommen häufig in Windkraftanlagen, Hubschraubern und Industrierobotern zum Einsatz, um diesen Datenaustausch zu ermöglichen. Kontaktbehaftete Schleifringe stoßen jedoch aufgrund von mechanischem Verschleiß und Materialgrenzen an ihre Grenzen, während kontaktlose Alternativen oft teuer, störanfällig oder in der Datenrate eingeschränkt sind.

Das Fraunhofer IPMS bietet mit den innovativen Li-Fi GigaDock® Transceivern eine Lösung für die kontaktlose, hochgeschwindigkeitsfähige Datenübertragung mit Übertragungsraten von bis zu 12,5 Gbit/s bei voller 360-Grad-Drehbarkeit. Durch den Einsatz optischer Datenübertragung gewährleisten diese Transceiver eine störungsfreie, verschleißfreie Kommunikation, die sich ideal für anspruchsvolle rotierende Anwendungen eignet.

Unsere Leistungen umfassen:

  • Entwicklung kundenspezifischer Optiken und Transceiver
  • Integration der Module in kundenspezifische Systeme
  • Komplette Systemeinrichtung und Inbetriebnahme
  • Gründliche Charakterisierung und Tests
  • Pilotfertigung
  • Umfassender Kundensupport und Wartung

Kontaktlose Verbindungstechnologien für Maschinen und Roboter – Li-Fi als innovative Alternative zu Steckverbindern und Kabelschleifen

Industrielösungen für die Produktion

Aktuell werden klassische Verbindungstechnologien wie Steckverbinder und Kabelschleifen hauptsächlich genutzt, um Maschinen und Roboter mit der Datenkommunikation zu verbinden. Neben der mangelnden Flexibilität dieser Lösungen führt der ständige mechanische Kontakt zu Verschleißerscheinungen an den Komponenten. Im Vergleich zur festen Verdrahtung ermöglichen Steckverbinder zwar das Trennen von Verbindungen – ein großer Vorteil bei Reparatur, Wartung und Modernisierung. Allerdings sind die Steckverbinder oft in ihrer Anzahl an Steckzyklen begrenzt, und häufige Steckvorgänge können die Übertragungseigenschaften verändern.

Vorteile von Li-Fi für die kontaktlose Datenübertragung

Li-Fi, also die optische Datenübertragung, bietet hier eine moderne, kontaktlose Alternative als Steckverbinder-Ersatz oder Kabelersatz und überträgt Daten mit hohen Gigabit-Raten. Die kontaktlose Verbindungstechnologie ist nahezu verschleißfrei, störungsarm und eignet sich besonders für den Einsatz in explosionsgeschützten Bereichen.

Unsere Leistungen:

  • Technologie Consulting
  • Konzeptentwicklung
  • Hardware- und Moduldesign
  • Pilotfertigung

Maschine-zu-Maschine Kommunikation: Moderne, flexible Produktionslinien mit sicherer drahtloser Kommunikation dank Li-Fi HotSpots

Industrielösungen für die Produktion

Moderne, flexible Produktionslinien mit mobilen Robotern und Werkzeugen, in denen jede Produktionszelle und Maschine mit der Cloud verbunden und untereinander vernetzt ist – das sind typische Industrie 4.0- und M2M-Szenarien, die vor allem eines erfordern: sichere und drahtlose Kommunikation.

Li-Fi - ideal für Echtzeit-Datenübertragung in der Industrie

Li-Fi HotSpots nutzen das Lichtspektrum statt Funkwellen zur Datenübertragung. Im Vergleich zur Funktechnologie ist die optische Übertragung grundsätzlich sicherer gegenüber elektromagnetischen Störungen. Sie ist abhörsicher und bietet eine Echtzeitfähigkeit im Mikrosekundenbereich mit Datenraten von bis zu 1 Gbit/s. Diese Eigenschaften machen die optische Kommunikation ideal für den industriellen Einsatz.

Li-Fi kann auch in Bereichen eingesetzt werden, in denen selbst industrielle WLAN-Access-Points an ihre Grenzen stoßen. Durch die lokale Diversität der Li-Fi HotSpots wird die Netzwerkplanung deutlich vereinfacht, da aufwändige Antennenplanung und -ausrichtung entfallen.

Unsere Leistungen:

  • Optik- und Transceiverentwicklung
  • Modulintegration
  • Systemsetup
  • Charakterisierung & Test
  • Pilotfertigung
  • Kundensupport

 

Sichere Quantenkommunikation in der Industrie mit Li-Fi

Industrielösungen für die Produktion

Die Quantenkommunikation nutzt grundlegende physikalische Prinzipien der Quantenmechanik, um eine höchstmögliche Sicherheit bei der Datenübertragung zu gewährleisten. Mit dem Ausbau von Quantenkommunikationsnetzwerken kann diese zukunftsweisende Sicherheitstechnologie künftig einer breiten Nutzerbasis zur Verfügung gestellt werden. Bereits heute ermöglicht die Quantum Key Distribution (QKD) die sichere Übertragung von kryptografischen Schlüsseln über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen.

Bisher konzentrierten sich Quantenkommunikationsnetze auf die Verbindung von Gebäuden über große Distanzen hinweg. Doch analog zu heutigen klassischen Netzwerken müssen in einem quantenbasierten Netzwerk der Zukunft auch einzelne Geräte innerhalb eines Gebäudes sicher kommunizieren können. Dafür sind Quantum Local Area Networks (Q-LANs) erforderlich, die den sicheren Schlüsselaustausch über kurze Distanzen ermöglichen.

Erste Anwendung von Li-Fi in der drahtlosen Quantenkommunikation

Das Fraunhofer IPMS entwickelt die erste Anwendung von optischer Li-Fi-Technologie für die drahtlose Quantenkommunikation. Diese innovative Lösung erlaubt eine interferenzfreie, kontaktlose und sichere Übertragung von Quantenschlüsseln im lokalen Netzwerkbereich. Bereits identifizierte und teilweise erprobte Anwendungsszenarien zeigen die Vielseitigkeit dieser Technologie. Die Arbeiten schaffen eine wichtige Grundlage für ein mehrschichtiges Quanteninternet und ermöglichen die flexible Nutzung von QKD in zukünftigen, kabellosen Netzwerken.

 

Zuverlässige Datenkommunikation für fahrerlose Transportsysteme in der Intralogistik mit Li-Fi

Industrielösungen für die Produktion

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Mobile Roboter, die in einem Warenlager die Logistik übernehmen, könnten zukünftig über Li-Fi-Hotspots miteinander kommunizieren.

Automatisierte Lösungen kommen in der Intralogistik zunehmend zum Einsatz, um dauerhaft verfügbare und flexible Warenflüsse sicherzustellen. Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind dabei in der Regel über WLAN oder andere funkbasierte Übertragungstechnologien mit übergeordneten Steuerungs- oder Flottenmanagementsystemen verbunden.

In funktechnisch stark frequentierten Umgebungen kann es jedoch durch viele parallele Teilnehmer zu Störungen und einer eingeschränkten Zuverlässigkeit der Datenverbindungen kommen – ein kritischer Faktor in dynamischen Lager- und Produktionsumgebungen.

Fraunhofer IPMS: Expertise in industrietauglicher Li-Fi-Kommunikation

Li-Fi bietet hier eine leistungsfähige Alternative für eine stabile, störungsfreie und sichere Datenübertragung. Durch die Nutzung von Licht anstelle von Funkwellen ermöglicht Li-Fi eine zuverlässige Hochgeschwindigkeitskommunikation zwischen mehreren FTS, selbst in netzintensiven Umgebungen. Dadurch lassen sich parallele Datenverbindungen bei gleichbleibender Bandbreite realisieren – für eine effiziente, skalierbare und jederzeit zuverlässige Intralogistik.

Unsere Leistungen:

  • Optik- und Transceiverentwicklung
  • Modulintegration
  • Systemsetup
  • Charakterisierung & Test
  • Fertigungsunterstützung
  • Kundensupport

3D-Maschinensicht mit MEMS-basiertem „Scanning Eye“ vom Fraunhofer IPMS

© Fraunhofer IPMS
Mikrospiegel für zweidimensionale Lichtablenkung.

Das Fraunhofer IPMS entwickelt innovative Lösungen im Bereich der Maschinenwahrnehmung und ermöglicht mit seinem „Scanning Eye“ die präzise 3D-Erfassung von Umgebungen in Echtzeit. Herzstück ist ein hochentwickelter MEMS-Spiegel (Micro-Electro-Mechanical Systems), der Lichtstrahlen gezielt und zuverlässig ablenkt. Diese mikrooptischen Komponenten sind extrem kompakt, wartungsfrei und zeichnen sich durch besondere Robustheit aus. Das macht sie ideal für industrielle, mobile und sicherheitskritische Anwendungen.

Maschinelles Sehen in 3D durch LiDAR-Technologie

Montiert am Ende eines Roboterarms oder in einem Fahrzeug, agiert das MEMS-basierte Scannermodul als „Auge“ der Maschine. Es nimmt die Umgebung dreidimensional auf, indem es einen Laserstrahl über die Szene lenkt und die Laufzeit des reflektierten Lichts misst (Time-of-Flight, kurz ToF). Dieses Prinzip ist bekannt als LiDAR (Light Detection and Ranging) und ermöglicht eine detaillierte und präzise Raumwahrnehmung. Maschinen erhalten so die Fähigkeit, ihre Umgebung zu „verstehen“, Aufgaben autonom auszuführen und Qualitätskontrollen in Echtzeit durchzuführen.

4D-Maschinenwahrnehmung: Spektralanalyse für erweiterte Sensorik

Die nächste Ausbaustufe integriert breitbandige Lichtquellen und spektroskopische Auswertung. Durch ein optisches Gitter auf dem Mikroscanner kann der Spiegel je nach Wellenlänge unterschiedlich reflektieren. So lassen sich neben der Distanzmessung auch chemische Eigenschaften von Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen analysieren. Das System liefert somit eine vierdimensionale Sensorik: räumlich und stofflich.

Anwendungsbeispiele:

  • Überwachung der Wasserqualität
  • Analyse pharmazeutischer Produktionsprozesse
  • Leckageprüfung in Rohrleitungssystemen
  • Zustandsüberwachung in Industrieanlagen
  • Sicherheitserweiterung in Mensch-Maschine-Schnittstellen

Diese multimodale Sensorplattform bietet eine kontaktlose, hochauflösende Analyse der Umgebung und ermöglicht sichere, stabile und automatisierte Prozesse ohne direkten Kontakt mit gefährlichen Substanzen.

Vorteile der „Scanning Eye“-Technologie des Fraunhofer IPMS

  • Kontaktlose 3D-Umgebungserfassung in Echtzeit
  • Ultra-hohe räumliche und spektrale Auflösung
  • Kompakte, energieeffiziente und mobile Bauweise
  • Robuste, langlebige und wartungsfreie Komponenten
  • Ideal für Robotik, Automatisierung und Smart Sensing

Intelligente Datenbrillen für die Industrie: Mikrodisplay-Innovationen vom Fraunhofer IPMS

Industrielösungen für die Produktion

Datenbrillen und tragbare Displays (Wearables) revolutionieren die industrielle Fertigung, indem sie Produktivität, Präzision und Arbeitssicherheit erhöhen. Echtzeitdaten, Anleitungen und visuelle Informationen werden direkt im Sichtfeld der Nutzenden eingeblendet - ganz ohne externe Bildschirme. Die Hände bleiben frei, Arbeitsabläufe werden effizienter, Fehlerquellen reduziert.

Für den professionellen Einsatz entwickelt das Fraunhofer IPMS maßgeschneiderte Mikrodisplays, die höchste technische Anforderungen erfüllen, darunter:

  • Ultrahohe Auflösung
  • Flexible Substrate
  • Sonnenlichttauglichkeit und hoher Kontrast
  • Gesten- und Blicksteuerung
  • Robuste, kratzfeste Oberflächen

Fraunhofer IPMS: Technologieführer für tragbare Displaylösungen

Mit dem Wachstum des globalen Wearables-Markts steigt der Bedarf an miniaturisierten, energieeffizienten Anzeige- und Sensorsystemen. Das Fraunhofer IPMS entwickelt zukunftsweisende Technologien, die weit über klassische Displays hinausgehen.

Eine zentrale Innovation ist das bidirektionale Mikrodisplay, das Anzeigefunktion und Bildaufnahme auf einem Chip vereint. Dies ermöglicht neuartige Interaktionskonzepte, wie z. B. die steuerung von Inhalten durch Augenbewegungen ganz ohne physische Eingaben oder Touchscreens.

Durch die Kombination aus optischer Sensorik, stromsparender Elektronik und kompakter Integration bietet Fraunhofer IPMS leistungsfähige Lösungen für AR-Brillen, Smart Glasses und industrielle HMIs, die zuverlässig, intelligent und für den Praxiseinsatz optimiert sind. 

Sichere AR-Serviceplattform für die industrielle Fertigung

Industrielösungen für die Produktion

Fabriken werden in der Zukunft noch flexibler als heute individuelle Einzelprodukte fertigen und eine höhere Wirtschaftlichkeit erzielen: in kurzer Zeit, zu niedrigen Kosten, bei höchster Qualität. Dabei werden die Mitarbeiter durch moderne AR-Assistenzsysteme bestmöglich unterstützt und in die Produktions- und Serviceprozesse eingebunden. Dies ermöglicht eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen sowie der Produktionsprozesse und eröffnet zudem völlig neue Geschäftsmodelle und Dienstleistungen.


Ziel des Verbundprojektes secureAR ist die Erforschung von innovativen Dienstleistungen im industriellen Produktionsumfeld. Hierfür wird eine branchenübergreifende und offene cloudbasierte Serviceplattform mit offenen Industrieschnittstellen realisiert. Diese Serviceplattform erfasst Daten entlang der gesamten Wertschöpfungskette von der Planung, über die Produktionsprozesse bis zur Wartung der Anlagen und ermöglicht eine orts- und situationsbezogene Bereitstellung und Visualisierung der Daten über ein neuartiges AR-Assistenzsystem.