Hochgenaue Inspektion der Straßenoberfläche bei 130 km/h
Inspektionslösungen für die optische Qualitätskontrolle
Die am AIT entwickelte Zeilenkamera Xposure Camera ist Kernstück der High-speed-sensing-Technologiefamilie Xposure. Die Kamera erreicht Zeilenraten von 600 kHz in monochrome und 200 kHz in RGB und ist damit um ein vielfaches schneller als andere am Markt erhältliche Zeilenkameras. Kürzlich wurde sie um ein Software-Modul für Onboard-Photometrie erweitert und ist nun unter dem Namen Xposure Photometry als High-speed-Photometrie-Smartkamera erhältlich.
Für die industrielle Inspektion ermöglicht die Xposur
e-Serie bei gleicher Produktionsgeschwindigkeit höhere optische Auflösungen, um damit auch sehr kleine Merkmale automatisiert zu prüfen. Die Xposure Photometry ermöglicht neben der High-speed-2D-Inspektion gleichzeitig auch die 3D-Oberflächenprüfung, zum Beispiel für die Produktionsoptimierung bei der Folien- oder Blechherstellung.
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Links: Detailansicht des AIT-Roadstar-LKW, der den Straßenzustand mit einem aktiven 3D-Texturscanner überprüft. Rechts: 3D-Rekonstruktion eines Straßenabschnitts mit Ausbruch, aufgenommen bei einer Geschwindigkeit von 130 km/h und mit 60 µm Genauigkeit in x-,y- und z-Richtung. Bild: AIT -
Links: Prüfanordnung zur Batteriefolieninspektion auf Basis der Photometrie; rechts: 2D-Aufnahme der Batteriefolie (oben), Oberflächennormalen (Mitte) mit sichtbaren Falten und Blasen, Gradientenbild (unten) mit sichtbaren Falten und Dellen. Bild: AIT -
Detail einer Druckplatte für Banknoten aufgenommen mit Mikroskop ICI Microscopy von AIT mit Samplingraten von 700nm (x/y). Verschleißspuren und Mikrostrukturen können eindeutig erfasst werden. Bild: AIT
Photometrie bei 10 m/s mit 50 µm/px Auflösung
Die hohe Zeilenfrequenz ermöglicht höhere optische Auflösungen und lässt sich auch nutzen, um im Zeitmultiplex-Verfahren Aufnahmen eines Objekts mit unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen zu erzeugen. Die schnelle LED-Beleuchtungen Xposure Flash mit Blitzfrequenzen bis zu 600 kHz ist dafür eine gute Ergänzung. Gemeinsam mit der Xposure Camera ergibt sich daraus ein kompaktes und robustes Hochgeschwindigkeits-Photometrie-Stereo-System mit Abtastraten von 200 kHz bei simultaner Berechnung von Albedo- (Textur-) und Gradientenbild.
Photometric Stereo (PS) ist eine Methode des Computational Imaging, die auf Basis mehrerer Aufnahmen eines Objektes mit unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen die lokalen Oberflächenkrümmungen berechnet. So werden beispielsweise auf einem Geldschein die taktilen Tiefdruckelemente und kleine Knittereffekte sichtbar.
Inline-Photometrie für die Batteriefolieninspektion
Auch für die Inspektion von Batteriefolien ist photometrisches Stereo eine geeignete Prüfmethode, etwa um Beschichtungsfehler zu erkennen. Denn die Sicherheit von Batterien hängt von der Qualität des Produktionsprozesses ab. Fehler bei der Herstellung der Elektroden können zu Leistungseinbußen oder sogar zu Kurzschlüssen führen, welche schwerwiegende Unfälle verursachen können.
Batteriefolien bestehen aus einem metallisch glänzendem Trägermaterial aus Aluminium oder Kupfer mit einer dunkelgrauen bis schwarzen Beschichtung aus Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxiden (NMC) oder Grafit. Sie werden in einem kontinuierlichen Beschichtungsprozess bei Geschwindigkeiten bis zu 0,5 m/s gefertigt. Der Einsatz von photometrischem Stereo (PS) umgeht hier die Schwierigkeiten, die bei der optischen Inspektion dieser Materialkombination (metallische, stark reflektierende und schwarz matte Oberflächen) typischerweise entstehen.
Leistungsfähigkeit bis in den mikroskopischen 3D-Bereich
Die Produktion von Sicherheitsdokumenten, wie zum Beispiel Banknoten, unterliegt höchsten Qualitätsanforderungen. Mit dem AIT-Mikroskop ICI Microscopy lässt sich die Qualitätssicherung der Banknotenproduktion um einen weiteren Prozess ergänzen: nämlich den, die Druckplatten der Banknoten auf Beschädigungen zu überprüfen. Ihre metallisch glänzenden Oberflächen und die darin enthaltenen Mikrostrukturen machen gängigen Prüfsystemen Probleme. Hier setzt das AIT-System an. Mit seiner patentierten Mikroskopoptik und der darauf abgestimmten Beleuchtung erfasst ICI Microscopy die 2D-Farbtexturbilder und die 3D-Struktur der Oberfläche. Für die optische Prüfung werden die Platten unter der Kamera des Mikroskops vorbeigeführt und dabei gleichzeitig aus verschiedenen Betrachtungs- und Beleuchtungsrichtungen aufgenommen. ICI Microscopy ermöglicht Samplingraten von 700 nm (x/y) bei 1 µm Tiefenrauschen und liefert bis zu 60 Millionen 3D-Punkte pro Sekunde. Das System ist wesentlich schneller als andere 3D-Mikroskopieverfahren mit vergleichbarem Punkt-zu-Punkt-Abstand. Damit können auch größere Flächen schnell auf Beschädigungen und Verschleiß untersucht werden.
Mikrometergenaue 3D-Rekonstruktion der Straßenoberfläche bei 130 km/h
Die Mikrostruktur der Straßenoberfläche ist maßgeblich für die Reifenhaftung und deren Rollwiderstand. Um die Sicherheit im Straßenverkehr zu gewährleisten, muss daher das gesamte Straßennetz in regelmäßigen Abständen auf seine Griffigkeit überprüft werden. Aktuelle Messverfahren zur 3D-Mikrostrukturanalyse sind entweder langsam – was eine Sperrung des zu untersuchenden Straßenabschnitts zur Folge hätte – oder sind zu ungenau. Der am AIT entwickelte 3D-Straßentexturscanner verwendet dafür zwei Xposure Cameras in Stereoanordnung. Die hohe Geschwindigkeit der Kameras ermöglicht die 3D-Rekonstruktion der Straßenoberfläche mit einer Genauigkeit von 60 µm in x-, y, und z-Richtung bei einer Aufnahmegeschwindigkeit von 130 km/h. Damit ist die Prüfung der Straßenmikrostruktur im Fließverkehr und ohne Straßensperren möglich.
Autorin
Petra Thanner, Senior Research Engineer und, Business Development High-Performance Vision Systems
