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Digitale Bildverarbeitung ist eine Schlüsseltechnologie, die in den vergangenen Jahren eine rasante Verbreitung und Entwicklung erfahren hat. In immer mehr und immer wieder neuen Bereichen finden Technologien aus dem Bereich der automatisierten Bildsysteme Verwendung. Die Fraunhofer Allianz Vision bündelt dieses Wissen mithilfe eines Netzwerks aus verschiedenen Fraunhofer Instituten und kooperierenden Akteuren. Im Folgenden erhalten Sie einen Einblick in die daraus entstandenen, umgesetzten Projekten.

 

 

Technologien

Optische 3D-Messtechnik

Inlinemessung einer Verzahnungsgeometrie
© Fraunhofer IPM

Inlinemessung Verzahnungsgeometrie

Was ist Optische 3D-Messtechnik?

 

Grundlagen der optischen 3D-Messtechnik

Optische 3D-Messverfahren sind mittlerweile vielfach verbreitet. Sie finden Anwendung in den unterschiedlichsten Bereichen. Je nach Anwendungszweck und Erfordernis kommen dabei verschiedene optische Sensorprinzipien zum Einsatz. Optische Sensorsysteme für 3D-Messverfahren bestehen in der Regel aus einer Lichtquelle (Sender), die das Prüfobjekt mit einem Lichtsignal beaufschlagt und einer das Lichtsignal aufzeichnenden Emfangseinheit (Empfänger). Durch das Objekt wird hierbei die Amplitude, Phase, Polarisation oder Richtung des optischen Signals geändert und als Messgröße genutzt. Durch Auswertung dieser Änderung kann dann je nach Messprinzip auf die 3D-Information bzw. Oberflächenstruktur des Objekts rückgeschlossen werden.

 

Einsatzgebiete der optischen 3D-Messtechnik

  • Qualitätssicherung in Fertigungsprozessen
  • Digitalisierung von Objekten für den 3D-Druck
  • Medizintechnik (CAD/CAM)
  • Kriminalistik (Spurensicherung)
  • Archäologie

Oberflächeninspektion

Oberflächenprüfung von Dichtungen mit MASC
© Fraunhofer ITWM

Oberflächenprüfung von Dichtungen mit MASC

Was ist Oberflächeninspektion?

 

Grundlagen der Oberflächeninspektion

Die Inspektion von Oberflächen ist ein klassisches Arbeitsgebiet der industriellen Bildverarbeitung und bewährt sich seit vielen Jahren in mannigfachen Anwendungen. Die Fortschritte der Technik ermöglichen nicht nur ständig höhere Prüfgeschwindigkeiten und kompaktere Bauweisen der Systeme, sondern, neben der traditionellen Auswertung zweidimensional aufgenommener Texturen, auch die flächenhafte Erfassung der geometrischen Beschaffenheit von Oberflächen bis in den nanoskaligen Bereich. Auch die Vielfalt der Eigenschaften von Oberflächen, die geprüft werden können, nimmt ständig zu.

 

Einsatzgebiete der Oberflächeninspektion

  • Visualisierung von Mikrostrukturen
  • Oberflächentopographie und Rauheiten
  • Mikrokoordinatenmesstechnik
  • Detektion von Verunreinigungen

Röntgentechnik

Röntgentechnik - Ansicht eines Gussteils
© Fraunhofer EZRT

Röntgentechnik - Ansicht eines Gussteils

Was ist Röntgentechnik?

 

Grundlagen der industriellen Röntgentechnik

Der Einsatz der Röntgentechnik als bildgebendes Verfahren in der Medizin ist allgemein bekannt und deren Unverzichtbarkeit für die Diagnose ist unbestritten. Die Röntgentechnik hat jedoch in der Industrie mittlerweile eine ebenso große Bedeutung erlangt. Als Durchstrahlungstechnik wird hier heute im Wesentlichen die Radioskopie eingesetzt. Genutzt wird dabei die spezielle Eigenschaft von elektromagnetischer Strahlung, mit Energien zwischen 5keV und 10 MeV Materie mehr oder weniger ungeschwächt durchdringen zu können.

 

Einsatzgebiete der industriellen Röntgentechnik

  • Erkennung von Defekten im Materialinneren
  • 3D-Volumenrekonstruktion
  • Schichtweise Untersuchung großer flächiger Bauteile
  • Quantitative CT
  • Computertomographie als Messmittel
  • Mikrostruktur-Analyse

Wärmefluss-Thermographie

Fremdkörpererkennung in Weingummis - Thermographie
© Fraunhofer WKI

Fremdkörpererkennung in Weingummis - Thermographie

Was ist Wärmefluss-Thermographie?

 

Grundlagen der Wärmefluss-Thermographie

Zur Qualitätskontrolle können Temperaturunterschiede in den Messobjekten festgestellt werden. Temperaturunterschiede sind im Allgemeinen mit Wärmeflüssen verbunden. Im Zuge solcher Erwärmungs- oder Abkühlungsvorgänge können im Thermographiebild verschiedene Bereiche unterschieden werden, dieses Thermoraphie-Verfahren wird daher als Wärmefluss-Thermographie berzeichnet. Die Wärmefluss-Thermographie ermöglicht in vielen Fällen eine schnelle, berührungslose und in den Prozess integrierte Qualitätskontrolle einer Vielzahl von Produkten. Auch zur Fremdkörpererkennung, zum Beispiel in Lebensmitteln, eignet sich das Verfahren. Neben Emissivitätsunterschieden können in erster Linie Unterschiede in den thermischen Materialparametern der Messobjekte ausgenutzt werden. Besonders gut eignet sich die Wärmefluss-Thermographie zur Erkennung von oberflächennahen Delaminationen, Verklebungsfehlern und dergleichen in nichtmetallischen Verbundwerkstoffen.

 

Einsatzgebiete der Wärmefluss-Thermographie

  • Erkennung von äußerlich nicht sichtbaren Materialdefekten in Werkstücken (Haftungs- und Klebefehler, Delaminationen, Blasen, Lunker, Risse oder Korrosion)
  • Überprüfung von Dichtigkeiten, Schweißnähten, Schweißpunkten und Fügeverbindungen
  • Wartung (s. Button)
  • Bestimmung von Schichtdicken in Verbundmaterialien
  • Detektion von Fremdkörpern in Lebensmitteln

Terahertz-Messtechnik

Terahertz SAMMI
© Fraunhofer FHR

Terahertz SAMMI

Was ist Terahertz-Messtechnik?

 

Grundlagen der Terhertz-Messtechnik

Seit Anfang des letzten Jahrzehnts zeigt die Terahertz-Technologie eine schnell fortschreitende Entwicklung. Der Hauptvorteil der Terahertz-Technik liegt darin, dass die Wellen für sichtbares und infrarotes Licht absorbierende Materie durchdringen. Viele Moleküle weisen spektrake Fingerabdrücke in diesem Spektralbereich auf, sodass Materialien identifiziert werden können. Aufgrund der hohen Frequenz lassen sich große Bandreiten realisieren, sodass drahtlose Kommunikation mit zuvor unerreichten Datenraten möglich scheint. Erste industrielle Anwendungen werden realisiert und zeigen, dass die Terahertz-Technik den Sprung aus dem Labor in die Anwendung vollzogen hat.

 

Einsatzgebiete der Terhertz-Messtechnik

  • berührungslose Schichtdickenmessung
  • Sicherheitstechnik (Identifikation von Drogen und Sprengstoff)
  • Materialforschung
  • zerstörungsfreie Prüfung im Leichtbau

Zerstörungsfreie Prüfung

Ultraschall C-Scan eines Mikrochips mit einer Delamination im oberen Bildteil
© Fraunhofer IZFP

Ultraschall C-Scan eines Mikrochips

Was ist Zerstörungsfreie Prüfung?

 

Grundlagen der Zerstörungsfreie Prüfung

Zerstörungsfreie Prüfung bedeutet, dass der Prüfvorgang die Gebrauchseignung des Werkstoffs, Bauteils oder Produkts in keiner Weise beeinflusst oder mindert. Die sich daraus ergebenden ökonomischen Vorteile zu einer zerstörenden Prüfung sind damit offensichtlich. Die ZfP bedient sich der physikalischen Messtechnik und nutzt das gesamte Spektrum möglicher Energiewechselwirkungen, welche die experimentelle Physik zulässt.

 

Einsatzgebiete der Zerstörungsfreie Prüfung

  • Röntgentechnik
  • Wärmefluss-Thermographie
  • Terahertz-Messtechnik und -Tomographie
  • Wirbelstrom
  • Millimeter- und Mikrowellen
  • Magnetischer Streufluss
  • Hochfrequenz-Radar
  • 3MA-Technologie
  • Ultraschall
  • Spektroskopische Verfahren
  • Optische Kohärenztomographie

Industrielle Bildverarbeitung

Industrielle Bildverarbeitung

Industrielle Bildverarbeitung

Was ist Industrielle Bildverarbeitung?

 

Grundlagen der Industriellen Bildverarbeitung

Digitale Bilderarbeitung ist eine Schlüsseltechnologie mit hoher Dynamik. Viele Produkte, die heute aus unserem täglichen Leben aus Komfort- oder Sicherheitsgründen nicht mehr wegzudenken sind, haben diesen Status nur aufgrund der in ihnen integrierten Bildverarbeitung erreicht. In den unterschiedlichsten Bereichen werden immer neue Einsatzmöglichkeiten erschlossen. In diesem Zusammenhang wird heute der Begriff »Industrielle Bildverarbeitung« verwendet. Die Leistungsfähigkeit und der Spektralbereich werden dabei immer größer und die Kombination unterschiedlicher Sensortypen vielfältiger.

Einsatzgebiete der Industriellen Bildverarbeitung

  • Fertigungs- und Automatisierungstechnik
  • Verkehrstechnik
  • Sicherheitstechnik
  • Medizin
  • Qualitätssicherung
  • Zerstörungsfreie Prüfung

Branchen

Industrie

Industrie Inverse
© Fraunhofer ITWM

Bühne Industrie Inverse

Anwendung in der Industrie

In der produzierenden Industrie wird das Werkzeug Industrielle Bildverarbeitung (IBV) eingesetzt, um Werkstücke zu identifizieren, zu sortieren, zu positionieren und ihre Qualität zu prüfen. Aber auch um Prozesse zu überwachen, ggf. zu regeln, zu steuern und zu optimieren.

Im Fall der Qualitätsprüfung stellt die Industrielle Bildverarbeitung ein zerstörungsfreies Prüfverfahren dar, speziell eine Methode zur automatisierten Sichtprüfung. Zu den besonderen Eigenschaften der IBV gehört außerdem, dass Messungen und Prüfungen berührungslos stattfinden, weshalb dieses Verfahren für die industrielle Anwendung besonders gut geeignet ist.

Verkehrstechnik

Fahrwerküberwachungsschwelle (Ansicht Schiene)
© Fraunhofer ITWM

Fahrwerküberwachungsschwelle

Anwendung in der Verkehrstechnik

Ein Haupteinsatzbereich von Bildverarbeitung in der Verkehrtstechnik sind Fahrassistenzsysteme im Auto, die zur Unterstützung des Fahrers dienen. Dies kann in Form von Warnungen geschehen (Fahrspur-, Verkehrszeichen-, Hindernis-, Straßenzustands-, Müdigkeitserkennung etc.), aber auch bis hin zum aktiven Eingreifen (Notbrems-, Einparkassistent) gehen. Weiterhin ist die Erkennung und Identifikation von Fahrzeugen oder Fahrzeugklassen sowie Nummernschildern zu nennen.

Auch »autonomes Fahren« im Straßenverkehr ist ohne bildverarbeitende Verfahren zur Erfassung der Umgebung eines Fahrzeugs und daraus abzuleitender Reaktionen, d.h. Generierung der richtigen Steuersignale, nicht vorstellbar.

Medizintechnik

Medizintechnik
© Fraunhofer IIS

Medizintechnik

Anwendung in der Medizintechnik

In der Medizin kommt Bildverarbeitung überwiegend im Bereich der Diagnostik zum Einsatz. Bekannte Anwendungen sind z. B. Röntgen- oder Ultraschalluntersuchungen am Patienten.

Aber auch moderne therapeutische Verfahren, wie zum Beispiel die minimal invasive Chirurgie (MIC), sind ohne den Einsatz moderner digitaler Bildverarbeitungssysteme kaum möglich. Echtzeitfähige Bildverarbeitungsverfahren dienen dabei zur intraoperativen Unterstützung des Arztes als Navigationshilfe, z.B. auch bei neurochirurgischen Operationen. Bereits im Einsatz sind Liveübertragungen von endoskopisch gewonnenen, dreidimensionalen Ansichten aus dem Körperinneren, um dem Operateur einen besseren Eindruck des Operationsgebiets zu ermöglichen. Ein weiteres  Einsatzgebiet für Bildverarbeitung in der Medizin ist die Labordiagnostik, um beispielsweise automatisierte Blutbildanalysen durchzuführen, wodurch arbeitsintensive Reihenvorsorgeuntersuchungen automatisiert werden können.  

Sicherheitstechnik

Sicherheitstechnik
© Fraunhofer FHR

Sicherheitstechnik

Anwendung in der Sicherheitstechnik

Im Bereich der Sicherheitstechnik kommen häufig auf Bildverarbeitung basierende, biometrische Verfahren zum Einsatz (Gesichtserkennung, Personenidentifikation, etc.). Die Überwachung von Räumen fällt ebenfalls in diesen Anwendungsbereich. Die Überwachung öffentlicher Räumer nach bestimmten Kriterien (Sturz auf die Gleise an Bahnsteigen, Straßen-Verkehrssituation an Kreuzungen, Kriminalität, Überfälle, etc.) mittels Videotechnik ist nur mithilfe einer automatisierten Bildverarbeitung in großem Maßstab wirtschaftlich durchzuführen.