Feine Kratzer, Risse, Dellen oder Einschlüsse zuverlässig zu erkennen, ist eine zentrale Aufgabe der industriellen Qualitätssicherung. Photometric Stereo bietet dafür eine hohe Detailgenauigkeit: Durch die Aufnahme einer Oberfläche unter verschiedenen Beleuchtungsrichtungen werden Strukturen und Defekte sichtbar, die mit konventionellen 2D- und 3D-Aufnahmeverfahren häufig nicht oder nur eingeschränkt erfasst werden können. Allerdings benötigt klassisches Photometric Stereo mehrere sequenziell aufgenommene Bilder unter unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen. Daher eignet es sich vor allem für stationäre Aufbauten oder Stop&Go-Inspektionen. Erfolgt die Prüfung hingegen in einer durchgehenden Bewegung, etwa handgeführt an größeren Bauteilen, oder unterbrechungsfrei mit einem Roboter, stößt der klassische Ansatz an seine Grenzen.
Mobiles, bewegungsrobustes Photometric Stereo
Genau diese Herausforderung adressiert das am Center for Vision Automation and Control des AIT Austrian Institute of Technology entwickelte Photodex. Es kombiniert bewegungsrobustes Photometric Stereo mit CAD-basierter Lokalisierung in einem portablen System (Handheld). Damit ermöglicht es hochauflösende Oberflächeninspektionen während der Bewegung. Gleichzeitig ordnet es erkannte Defekte präzise ihrer Position auf dem digitalen Zwilling zu. Der Vorteil: Mobiles, schnelles photometrisches Stereo aus der Bewegung nutzt gezielt mehrere Beleuchtungsrichtungen, um aus den unterschiedlichen Helligkeitsverläufen pixelweise Oberflächennormalen und damit feinste lokale Neigungs- und Strukturänderungen zu bestimmen. Dadurch werden auch sehr kleine Kratzer, Dellen, Kanten oder Oberflächendefekte sichtbar, die in klassischen Intensitätsbildern oder den besten verfügbaren rein geometrischen 3D-Scans nur schwer erfassbar sind. Aus den Bilddaten werden Oberflächeneigenschaften wie Normalen, Albedo und Gradienten rekonstruiert. Mit einer optischen Abtastung von 10 bis 15µm/px lassen sich feine Oberflächenstrukturen detailliert erfassen. Der Arbeitsabstand beträgt rund 80mm; für die Datenanbindung stehen 10GigE und USB 3.0 zur Verfügung. OptoMedias ultrakompaktes Mini SFF bringt zuverlässige, schnelle Glasfaserverbindungen in Industriekameras der nächsten Generation. ‣ weiterlesen
Fiber Mini SFF für GigE Vision
Defekte dem CAD-Modell zuordnen
Photodex geht über die reine Aufnahme der Oberfläche hinaus. Parallel zur Inspektion wird die Kamerapose relativ zum CAD-Modell des Bauteils bestimmt. Dadurch können Messdaten und erkannte Defekte automatisch dem digitalen Zwilling zugeordnet und räumlich referenziert werden. Somit steht nicht nur das Erscheinungsbild eines Defekts, sondern auch seine genaue Position am Bauteil zur Verfügung. Das verbessert die Dokumentation und Rückverfolgbarkeit und erleichtert die Integration der Inspektionsergebnisse in nachgelagerte Engineering- und Qualitätsprozesse. Die Verknüpfung mit dem CAD-Modell schafft zugleich eine wertvolle Grundlage für KI-Anwendungen. Inspektionsergebnisse können direkt am digitalen Bauteilmodell annotiert werden. So entstehen standardisierte, räumlich referenzierte Ground-Truth-Datensätze, die sich z.B. für das Training automatisierter Defekterkennung nutzen lassen. Der manuelle Aufwand für die Kennzeichnung von Trainingsdaten wird dadurch reduziert und die Entwicklung KI-basierter Qualitätssicherung beschleunigt. Photodex verbindet damit Oberflächeninspektion, Defektlokalisierung und Datenbereitstellung in einem durchgängigen digitalen Prozess – von der Aufnahme bis zur KI-gestützten Qualitätssicherung.
Breites Einsatzspektrum
Die Einsatzmöglichkeiten von Photodex reichen von Druckguss- und Schmiedebauteilen über Druckgießformen und andere Produktionswerkzeuge bis hin zu Karosserieteilen, Batteriegehäusen und Strukturgussteilen. Auch für komplexe Komponenten in der Luft- und Raumfahrt eignet sich das System, insbesondere wenn eine detaillierte Oberflächenanalyse und präzise Defektrückverfolgbarkeit erforderlich sind. Für die industrielle Qualitätssicherung bedeutet das: Große, komplexe oder schwer zugängliche Bauteile lassen sich flexibel handgeführt oder robotergestützt prüfen und die Ergebnisse direkt in digitale Qualitätsprozesse überführen.
