System zur sehr schnellen 2D- und 3D-Inline-Oberflächeninspektion

Mit »xposure:photometry« stellt das  AIT Austrian Institute of Technology aus Wien, Österreich, ein System zur sehr schnellen 2D- und 3D-Inline-Oberflächeninspektion vor. Durch die Kombination einer xposure high-speed Zeilenkamera mit der xposure:flash Beleuchtungstechnologie ist es möglich, kleinste 3D-Defekte auch auf herausfordernden Objektoberflächen (metallisch, reflektierend, dunkel, körnig etc.)  mit hoher Geschwindigkeit zu detektieren. Das System basiert auf dem Prinzip der photometrischen Stereobildgebung und ist für den Einsatz in der industriellen Qualitätskontrolle zur Prüfung von Batteriefolien, von Prägungen auf Verpackungen sowie vom Tiefdruck in Banknoten ebenso geeignet wie zur Inspektion von Infrastruktur, z. B. Schienen.

Die photometrische Stereobildgebung – auch bekannt als Shape-from-shading – erfasst die dreidimensionalen Oberflächeneigenschaften und verwendet dafür Bilder, die mit mehreren Beleuchtungseinrichtungen aufgenommen werden. Dafür werden bis zu vier Xposure:flash-Linienlichtquellen mit Pulsraten von bis zu 600 kHz verwendet, wobei das System auch mit einer Vielzahl von handelsüblichen Beleuchtungen kompatibel ist. Das Verfahren reagiert empfindlich auf kleine Abweichungen in der Oberflächenstruktur des Objekts und kann echte 3D-Defekte wie Kratzer, Grate, Löcher oder Falten hervorheben, ohne dass Verschmutzungen oder Aufdrucke auf der zu inspizierenden Oberfläche fälschlicherweise als Defekte interpretiert werden.

Für die Aufnahme bewegt sich das Objekt unter der Kamera. Diese erlaubt das Auslesen von bis zu 600.000 Zeilen pro Sekunde und erfasst jeden Punkt der Objektoberfläche unter vier verschiedenen Beleuchtungsrichtungen. Der FPGA (Field-Programmable Gate Array) in der Kamera berechnet ein Albedobild (herkömmliches 2D-Bild der Oberfläche) und ein Gradientenbild, das den Oberflächennormalvektor an jedem erfassten Oberflächenpunkt darstellt. Die Ausgabe des FPGAs kann direkt für die Inline-3D-Oberflächeninspektion verwendet werden. Darüber hinaus kann in die Verarbeitung klassische oder KI-basierte Objektklassifizierung integriert werden, um Defekte besser zu beschreiben und präzisiere Fehlerklassifikationen zu erstellen. Die Verarbeitung der Bildsequenzen direkt im FPGA der Kamera ermöglicht den Einsatz ohne zusätzliche Prozessoreinheit.

Die vorgestellte industrietaugliche Technologie eignet sich für anspruchsvolle Inspektionsaufgaben und bietet auch bei herausfordernden Oberflächeneigenschaft (metallisch, reflektierend, dunkel, körnig etc.) zuverlässige Ergebnisse.  Die hohe Prüfgeschwindigkeit ermöglicht Inline-Messungen, sodass Produktionsprozesse oder der Bahnverkehr bei Schienenüberprüfungen nicht unterbrochen werden müssen.

Typische Beispielanwendungen sind die Detektion von Defekten auf hochqualitativen Oberflächen wie z. B. Batteriefolien, die sich als kleine Erhebungen oder Vertiefungen äußern oder die Untersuchung von dreidimensionalen Qualitätsmerkmalen wie Prägungen, die Brailleschrift auf Verpackungen sowie den Tiefdruck auf Banknoten.