Immer höhere Qualitätsanforderungen bei kontinuierlich steigenden Produktionsgeschwindigkeiten wecken den Bedarf für immer schnellere, genauere aber auch flexiblere Bildverarbeitungssysteme und -komponenten. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, kombiniert das AIT Austrian Institute of Technology Aufnahmekonzepte für die Prüfung bei höchsten Transportgeschwindigkeiten mit neuen Verfahren des Computational Imaging. Dieses ist ein schnell wachsendes Forschungsgebiet, das moderne Bilderfassungstechnologien mit intelligenten Algorithmen kombiniert. Ziel ist es dabei – aus Bildsequenzen aufgenommen mit unterschiedlichen Betrachtungs- und Beleuchtungswinkeln – Bildinformationen zu extrahieren, die mit konventioneller Bildverarbeitung nicht abgeleitet werden können. Die Kombination der Technologien ermöglicht die Inspektion schwierigster Oberflächeneigenschaften bei höchsten Prüfgeschwindigkeiten.
Beispiel Banknoten:
Kleinste Details gestochen scharf
Ausgangsbasis dafür ist eine am AIT entwickelte Kamera. Sie erreicht Zeilenraten bis zu 600 kHz in monochrome und 200 kHz in RGB. Im Vergleich zu anderen Zeilenkameras ist sie um den Faktor 2 bis 3 schneller. Für die industrielle Inspektion bedeutet das, dass bei gleicher Produktionsgeschwindigkeit höhere optische Auflösungen erzielbar sind. Damit können selbst kleinste Merkmale automatisiert überprüft und Fertigungsprozesse optimiert werden.
Ein Beispiel für den Einsatz der Technologie ist die Produktion von Sicherheitsdokumenten wie zum Beispiel Banknoten. Diese unterliegen höchsten Qualitätsanforderungen. Sie werden bei einer Geschwindigkeit von 10 m/s produziert. Dabei müssen auch die kleinsten Defekte zuverlässig erkannt und aussortiert werden.
Aktuell eingesetzte Kameratechnologien erreichen bei diesen Prüfgeschwindigkeiten eine optische Auflösung von 100 µm pro Pixel. Kleine Druckelemente – wie zum Beispiel feinste Linien oder Mikrotext – lassen sich mit dieser Auflösung nicht ausreichend scharf abbilden. Die 600 kHz Zeilenfrequenz der Xposure:camera hingegen ermöglicht es, die Banknoten mit 50 µm pro Pixel bei 10 m/s zu inspizieren. Damit können selbst kleinste Details wie Mikrotexte gestochen scharf abgebildet und automatisiert überprüft werden.
Geschwindigkeit als Enabler
für neue Sensorkonzepte
Die hohe Zeilenfrequenz ermöglicht nicht nur höhere optische Auflösungen, sondern kann auch genutzt werden, um im Zeitmultiplex-Verfahren aus unterschiedlichen Richtungen zu beleuchten. Die schnelle LED-Blitztechnologie Xposure:flash mit Blitzfrequenzen bis zu 600 kHz ist dafür die perfekte Ergänzung. Gemeinsam mit der Xposure:camera ergibt das ein kompaktes und robustes High-speed Photometric Stereo System (xposure:photometry) mit Abtastraten bis zu 200 kHz bei simultaner Berechnung von Albedo-Bild 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. Photometric Stereo ist zum Beispiel für die Inspektion von Batteriefolien eine geeignete Prüfmethode, um Beschichtungsfehler zu detektieren.
Materialkombination als Herausforderung für die Prüftechnik
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, die schwerwiegende Folgen nach sich ziehen können.
Batteriefolien bestehen aus metallisch glänzendem Trägermaterial aus Aluminium oder Kupfer mit dunkelgrauer bis schwarzer Beschichtung aus NMC oder Graphit. Sie werden in einem kontinuierlichen Beschichtungsprozess bei Geschwindigkeiten bis zu 500 mm/s gefertigt. Der Einsatz von PS umgeht hier die traditionellen Schwierigkeiten, die bei der optischen Inspektion dieser Materialkombination typischerweise entstehen. ■
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Die Autorin
Petra Thanner
Senior Research Engineer
AIT Austrian Institute of Technology
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