Anwendungen der industriellen Bildverarbeitung

Die Einsatzmöglichkeiten der digitalen Bildverarbeitung in der industriellen Anwendung sind vielseitig und stehen daher im Fokus vieler verschiedener Branchen. Ein Haupteinsatzbereich ist die industrielle Qualitätssicherung in der Fertigung oder der Ausgangskontrolle usw.

Das Spektrum der eingesetzten Technologien reicht dabei von der Inspektion und Charakterisierung von Oberflächen, optischen 3D-Messverfahren und Röntgentechnik über Wärmefluss-Thermographie bis zu Terahertz-Messtechnik, Methoden der zerstörungsfreien Prüfung oder hyperspektralen Bildverarbeitung.

Fehlererkennung komplexer Strukturen

Im Bereich der Oberflächenprüfung bestehen die Herausforderungen heute im Erkennen von Fehlern auf komplexen Mustern und Strukturen, beispielsweise bei der Inspektion von Leder. Eine besondere Schwierigkeit liegt dabei unter anderem darin, Fehler von zulässigen Oberflächenabweichungen zu unterscheiden, wie sie bei einem Naturprodukt wie Leder die Regel sind.

Erkennen von Verunreinigungen

Zur Detektion von Verschmutzungen auf Oberflächen wird die Methode der Fluoreszenzmesstechnik eingesetzt. Integriert in ein Inline-Messsystem wird eine 100-Prozent-Prüfung in der Produktion durchgeführt, auch auf komplexen Bauteilen mit einer Fläche von 50 x 50 cm². Erkannt werden unerwünschte Rückstände wie Schmiermittel, Reinigungssubstanzen oder Fotoloacke.

Deflektometrie spiegelnder Oberflächen

Für die Inspektion spiegelnder oder teilspiegelnder Oberflächen ist die Deflektometrie eine geeignete Methode. Im Bild sind die Höhenabweichungen in einem 1m x 1m großen Karosserieteil im Vergleich zum CAD-Datensatz zu sehen; erkennbar sind Abweichungen von deutlich unter 0,1 mm.

Mit der neuen Technologie der inversen Deflektometrie können nun auch Objekte auf beiden Seiten geprüft werden, z.B. Gleitsichtbrillengläser.

Geometrische Qualitätsprüfung von Rädern

Das Laserschnittverfahren kommt z.B. bei der automatischen Qualitätsprüfung von Rädern zum Einsatz. Das im Bild zu sehende System prüft vollautomatisiert und schritthaltend mit dem Fertigungstakt sämtliche funktionsrelevanten Geometriemerkmale an Aluminiumrädern.

Fehlerprüfung von Bahnware

Bei der Prüfung von Bahnware wie z.B. Draht ist es wichtig, dass Abweichungen (Fehler) schnell erkannt und unmittelbar an den Prozess rückgekoppelt werden können. Das im Bild zu sehende System erkennt bei einer Geschwindigkeit von max. 30 Metern pro Sekunde auf Drahtoberflächen Defekte ab 50 μm.

Sortierung von Schuttgütern

Zur Sortierung von Schuttgütern, wie z.B. Lebensmitteln, Kunststoffgranulaten oder auch Steinen, hat sich multi- und hyperspektrale Bildverarbeitung als eine Alternative zur reinen Farbprüfung etabliert, mit der sehr gute Sortierergebnisse erzielt werden. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, dass viele Produkte im ultravioletten und im infraroten Wellenlängenbereich Unterschiede aufweisen, die im sichtbaren Wellenlängenbereich nicht erkennbar sind.

Identifizierung und Rückverfolgung von Bauteilen

In modernen, auf Industrie 4.0 basierenden Produktionen müssen alle Bauteile und Komponenten eindeutig identifiziert werden können. Im Bild ist ein Track&Trace-Fingerprint-System zu sehen, das Massenbauteile anhand der jeweils individuellen Bauteiloberfläche identifiziert. Basis dafür sind unter dem Mikroskop sichtbare zufällige Merkmale wie Mikrostrukturen oder Farbtexturen.

Inspektion von Kohlefasern

Eine Polarisationskamera kann zur Inspektion von Kohlefasern genutzt werden. Einfallendes unpolarisiertes Licht wird von Kohlefasern linear polarisiert, wobei die Polarisationsrichtung abhängig von der Faserrichtung ist. Mit der Polarisationskamera kann die Polarisationsrichtung des reflektierten Lichts gemessen und daraus unmittelbar die Faserrichtung gewonnen werden. Das Bild zeigt das farbcodierte Polarisationsbild eines fehlerhaften Kohlefaser-Geleges.

Auswertung von Punktwolken

Die beim Einsatz optischer 3D-Messsysteme für Maßhaltigkeitsaufgaben entstehende Punktwolken können z.B. mittels Bestfit-Methoden von Regelgeometrien automatisiert ausgewertet werden. Im Bild sind die Messdaten eines Abgaskonverters zu sehen.

Unterstützung bei individualisierten Produktionen

Bei stark individualisierten Produktionen und daraus resultierenden kleinen Stückzahlen, z. B. Flugzeugrumpfschalen, können Montageassistenzsysteme den Werker unterstützen und entsprechende Hilfestellung geben.
Links: Anbauteil und Fügeverbindung ist in Ordnung
Rechts: Anbauteil ist fehlerhaft verdreht

Echtzeit-3D-Personenvermessung

Beispiel einer Echtzeit-3D-Personenvermessung mittels schneller, irritationsfreier Musterprojektion im nahen Infrarot. Entsprechende 3D-Sensoren können zur Erfassung der Körperhaltung, Gestik oder Mimik für die Mensch-Maschine-Interaktion, interaktive Trainingssysteme, Fahrzeuginnenraumüberwachungen, Sicherheitstechnik im öffentlichen Raum sowie Bewegungsanalysen am Menschen eingesetzt werden.

Charakterisierung komplexer Mikrostrukturen

3D-Bildverarbeitung ermöglicht die geometrische Charakterisierung komplexer Mikrostrukturen. Insbesondere werden Kenngrößen berechnet, die nicht anhand von 2D-Bildern bestimmt werden können, wie die Kornform in Gesteinsschüttungen für Hochleistungsmörtel. Die Auswertung ermöglicht Rückschlüsse auf die Werkstoffeingenschaften (Fließeigenschaften) und dient damit der Materialoptimierung.

Sichtbarmachung von inneren Strukturen

Mit Röntgen-Computertomographie können die inneren Strukturen von Bauteilen vollständig sichtbar gemacht werden. Die rot markierten Bereiche stellen detektierte Fehlstellen dar.

Wärmefluss-Thermographie zur Inspektion von Materialinnerem

Eine weitere Möglichkeit zur Inspektion der oberflächennahen Bereiche des Materialinneren von Bauteilen ist die Wärmefluss-Thermographie. In der linken Bildhälfte ist eine Kupplungsscheibe zu sehen; im Thermogramm rechts sind farblich hervorgehobene Verklebungsfehler zwischen Reibbelag und Stahlträger erkennbar.

Abstands- und Positionsbestimmung

Hochfrequenz- bzw. Radarsensoren haben den Vorteil, dass sie auch bei anspruchsvollen Umweltbedingungen wie hohen Temperaturen, Vibrationen oder Null-Sicht aufgrund von Rauch, Dampf oder Nebel arbeiten können. Zudem entfallen Schutzmaßnahmen, wie sie z.B. bei Röntgen erforderlich sind. Ein Haupteinsatzbereich solcher Systeme ist die Abstands- oder Positionsbestimmung.

Magnetresonanz für die industrielle Qualitätssicherung

An der Schwelle zum Einsatz als Methode zu industriellen Qualitätssicherung mit Bildverarbeitung steht die Technologie der Magnetresonanz (MR), die bislang vor allem aus der medizinischen Diagnostik bekannt ist. In der industriellen Qualitätssicherung kann sie z.B. im Bereich von Polymeren und Klebstoffen eingesetzt werden. Im Bild zu sehen sind MR-Tomogramme von Silikonproben.

Millimeterwellen zur Erkennung von Gegenständen in Verpackungen

Mit Millimeterwellen nahe der Terahertzgrenze ist es möglich, Gegenstände durch Verpackungen hindurch zu untersuchen. Mögliche Einsatzbereiche finden sich in der Lebensmittel-, Kunststoff- oder Pharmabranche. Im unteren Bild ist das Innere einer Nussschokolade, aufgenommen bei 240 GHz, durch die undurchsichtige Pappverpackung zu sehen. Durch die unterschiedlichen Reflexionseigenschaften ist die Detektion der Nüsse in der Schokolade durch die Verpackung hindurch möglich.