POLKA Polarisationskamera

Spezialkamera POLKA zum Messen und Analysieren von polarisiertem Licht

Materialsspannungen in einem Kunststoffrohr.
© Fraunhofer IIS

Polarisiertes Kunststoffrohr. Materialspannungen in doppelbrechenden, transparenten Materialien können durch polarisiertes Licht sichtbar gemacht werden. Die Abbildung zeigt Materialsspannungen in einem Kunststoffrohr.

Der Faserwinkel von CFK-Gewebe ändert die Polarisationsinformation des reflektierten Lichts. Die Abbildung zeigt eine Falschfarbendarstellung dieser Änderung.
© Fraunhofer IIS

Der Faserwinkel von CFK-Gewebe ändert die Polarisationsinformation des reflektierten Lichts. Die Abbildung zeigt eine Falschfarbendarstellung dieser Änderung.

Unsichtbares sichtbar machen

Der am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS, Erlangen, entwickelte Prototyp der Polarisationskamera POLKA ist eine Spezialkamera zur pixelweisen Erfassung und Messung des Polarisationszustands von Licht. Die Polarisation ist eine Eigenschaft des Lichts, die für das menschliche Auge nicht sichtbar ist.

Die Polarisationskamera steht als industrietauglicher Prototyp mit einer optimierten Ansteuerung und einer Spezialalgorithmik zur Auswertung der Sensorsignale zur Verfügung.

Die zugehörige Bediensoftware steuert die Kamera und visualisiert die Ergebnisse. Durch die Ausstattung mit einem C-Mount Objektivadapter ist die Verwendung von Standardobjektiven möglich. Ihre Spezialsensoren werden nach einem patentrechtlich geschützten Verfahren produziert, und bieten sowohl wirtschaftliche als auch technische Vorteile.

Da die Kalibrierung bereits bei der Herstellung erfolgt, ist die Kamera ohne Zusatzaufwand direkt einsetzbar. Für spezielle Aufgabenstellungen kann das Hardwaredesign nach Kundenwunsch modifiziert und die Software durch anwendungsspezifische Bildverarbeitungs- und Auswertealgorithmen erweitert werden.

Neue Möglichkeiten für die Qualitätssicherung eröffnen sich z.B. für die glas- und kunststoffverarbeitende Industrie, wo mechanische Spannungen in transparenten Materialien detektiert werden können. Bei Leichtbaumaterialen wie kohlefaserverstärkten Kunststoffen können Faserverläufe sichtbar gemacht werden, deren Ausrichtung für die Festigkeit des Bauteils wichtig ist. Weitere Beispiele sind die Reflexunterdrückung auf nicht metallischen Werkstücken, Gewebeanalysen in der Medizin oder generell die Unterscheidung von Materialien.

 

 

Anwendungsbereiche für Polarisationsmessung

Inline-Prüfung von transparenten Materialien

Prüfung von Behälter- und Flachglas, pharmazeutischen Behältern und PET-Flaschen

Herstellungsbedingte Restspannungen in Glas können im späteren Produktionsprozess zu Rissen und damit zum Bruch des Behälterglases führen. Hohe Zusatzkosten und ein zeitlicher Mehraufwand (z.B durch Produktionsunterbrechungen) sind dadurch die Folge. Doch so nicht mit POLKA: Unsere kompakte Polarisationskamera garantiert Ihnen eine kostengünstige, robuste 100%-Kontrolle im laufenden Prozess. Fehlerhafte Werkstücke werden durch POLKA sofort erkannt und können direkt aussortiert werden. Damit sorgt POLKA neben geringeren Produktions- und Energiekosten auch für einen höheren Durchsatz, eine gesteigerte Produktivität und Qualität.

 

CFK-Prüfung

Qualitätskontrolle in der CFK-Produktion im Bereich Windkrafträder, Automobilindustrie, Flugzeugbau

Kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK) spielen heutzutage eine immer wichtigere Rolle, ob in der Automobilindustrie oder im Flugzeugbau. Ihr elementarer Vorteil liegt in der hohen Belastbarkeit bei gleichzeitig geringer Masse. Den Einsatzmöglichkeiten von CFK-Gewebe sind dabei keine Grenzen gesetzt. Die bisherige, rein visuelle Prüfung des Produkts durch Arbeiter birgt allerdings neben hoher Ausschussraten auch einen nicht unerheblichen Zeitverlust. Hier kann POLKA helfen: Durch die Kontrolle des Gewebes mittels Polarisation, können gesicherte Messergebnisse unmittelbar, fehlerfrei und mit deutlich geringeren (finanziellen) Aufwand erhoben werden.

 

3D-Analyse

Hohlraum-Analyse, Endoskopie

Bei der 3D-Rekonstruktion von Hohlräumen mit glänzenden Oberflächen stoßen sämtliche aktuelle und etablierte Verfahren an ihre Grenzen. Anders eine Methode, die sich die Polarisation zunutze macht: Mit ihrer Hilfe lässt sich die 3D-Form von Objekten mit glänzenden Oberflächen genauestens nachstellen und wiedergeben. So könnte POLKA u.a bei der Inspektion von Bohrlöchern oder im Bereich endoskopischer Bildverarbeitungssysteme zum Einsatz kommen.

 

Gewebeanalysen in der Medizintechnik

Erkennung und Unterscheidung von Gewebestrukturen

Ein weiteres, potentielles Einsatzgebiet unserer Polarisationskamera bietet der Bereich der Medizintechnik. Hier können mittels Polarisation anorganische Fremdkörper in Geweben gefunden und sichtbar gemacht werden. Erfolgten die bisherigen Polarisations-Aufnahmen noch ausschließlich im Nachgang im Labor, so könnten sie mithilfe von POLKA zukünftig ohne Gewebeentnahme direkt am Patienten vorgenommen und ohne lange Wartezeiten noch während der Untersuchung ausgewertet werden.