Oberflächeninspektion mit Bildverarbeitung

Einsatzgebiete und Verfahren im Überblick

Typische Einsatzgebiete der optischen Oberflächeninspektion umfassen die Detektion von Anomalien, Fehlstellen, Abweichungen und Verunreinigungen. Ebenso dient die Technologie der präzisen Analyse von Farbe, Texturen, Rauheiten sowie Oberflächentopographien.

Da die Komplexität industrieller Prüfobjekte und ihrer Oberflächen stetig zunimmt, erfordert jede Aufgabenstellung eine spezifische technologische Herangehensweise. Für die Lösung dieser Prüfaufgaben hat sich in der Praxis ein breites Spektrum an optischen Verfahren etabliert:

Die Inspektion erfolgt dabei unter anderem durch die klassische Bildverarbeitung von Grauwert- oder Farbbildern in Hell- oder Dunkelfeldbeleuchtung. Zur flächenhaften Erfassung und Auswertung der geometrischen Beschaffenheit kommen außerdem unterschiedliche Methoden der 3D-Vermessung zum Einsatz – etwa das Photometrische Stereo oder die Deflektometrie, die sich zur Inspektion (teil-)spiegelnder Oberflächen eignet. Auch die Ellipsometrie zur Inline-Prüfung gekrümmter Oberflächen zählt zu den eingesetzten Verfahren.
Für die Charakterisierung von Mikro- und Nanostrukturen eignen sich unter anderem das Streulichtverfahren, die Fokus-Variation, die Weißlichtinterferometrie und die konfokale Mikroskopie. Die Weißlichtinterferometrie eignet sich darüber hinaus zur Messung von Ebenheiten, Höhenabständen und Parallelitäten technischer Oberflächen. Die Fokus-Variation ermöglicht zudem eine kombinierte Rauheits- und Koordinatenmessung der Oberflächentopographie und wird unter anderem in der EN ISO Norm 25178 als Methode zur flächenhaften Rauheitsmessung beschrieben. Ergänzt wird das Verfahrensspektrum durch die Spektroskopie.

Anwendungsbeispiele aus der Praxis

Die optische Oberflächeninspektion kommt branchenübergreifend in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz, wie die folgenden Beispiele zeigen:

• Inspektion von Kfz-Rädern (Kratzer, Abplatzer)
• Inspektion von Deckenplatten
• Inspektion von Bohrungen
• Inspektion von Gehäusen hydraulischer Drehmomentwandler
• Inspektion von Holzplatten
• Inspektion von Stoßfängern (Kratzer, Dellen..)
• Inspektion von Leder (Kuhhäute, hinsichtlich Fehlern, Unregelmäßigkeiten, Abweichungen…)
• Inspektion von Schüttgütern wie Kunststoffgranulat, Tabak, Tee, Kräuter, Trockengemüse, Trauben, Glasscherben, Mineralien
• Detektion von Einschlüssen und Luftblasen
• Sichtprüfung von Blistern für Dragees und Tabletten
• Prüfung gekrümmter Oberflächen im Durchlauf
• Oberflächenprüfung von Drähten, Rohren und Stangen

Technologische Grundlagen: So funktioniert die optische Oberflächenprüfung

Die Basis jeder automatisierten Inspektion bildet das präzise Zusammenspiel aus Sensorik, Beleuchtung und der anschließenden Bilddatenauswertung. Da die physikalischen Eigenschaften industrieller Prüfobjekte stark variieren, muss der optische Systemaufbau für jede Anwendung individuell konzipiert werden.

Funktionsweise der Oberflächeninspektion

Die Oberflächeninspektion erfolgt, indem vereinfacht ausgedrückt der Prüfling unter einer Kamera positioniert und geeignet beleuchtet wird. Die Kamera nimmt die gewünschten Größen oder Eigenschaften des Prüflings auf (»Bildaufnahme«) und im Prozess der »Bilddatenauswertung« werden die gewonnenen Sensordaten ausgewertet und entsprechend dargestellt.

Der jeweilige Systemaufbau hängt im Bereich der Oberflächeninspektion stark von den Eigenschaften der Prüfobjekte ab. Je nachdem, ob das Bauteil eben, gekrümmt, stark glänzend, usw. ist, muss ein entsprechender Systemaufbau gewählt werden, wobei insbesondere auch der geeigneten Beleuchtung große Bedeutung zukommt.

Methoden der Oberflächeninspektion

Für die optische Prüfung von Oberflächen können zum einen mit schnellen 2D-Verfahren zweidimensional ausgeprägte Fehler identifiziert werden wie z. B. Verschmutzungen, Verfärbungen, Glanzgrad. Auch dreidimensional ausgeprägte Fehler können unter Verlust ihrer Höhen- oder Tiefencharakteristik untersucht werden, solange sie sich kontrastreich darstellen lassen.

Daneben ist mit 3D-Verfahren die flächenhafte Erfassung der geometrischen (»dreidimensionalen«) Beschaffenheit von Oberflächen und deren Auswertung möglich, einschließlich der Charakterisierung dreidimensionaler Fehler, zunehmend bis in den Nanometerbereich.

Die Eigenschaften und Materialien der zu prüfenden Oberflächen nehmen ständig zu. So können heute farbige, gemusterte, transparente, reflektierende, teilspiegelnde und vollständig spiegelnde Oberflächen mit industrieller Bildverarbeitung geprüft werden.