3D-Highspeed-Inspektion von Straßen bei 130km/h und 60µm
Das AIT Austrian Institute of Technology kombiniert Aufnahmekonzepte für sehr hohe Geschwindigkeiten mit Algorithmen des Computational Imaging. Damit ermöglicht es die Prüfung schwieriger Oberflächeneingenschaften auch bei höchsten Prüfgeschwindigkeiten wie zum Beispiel die 2.5D-Inspektion von Batteriefolien bei bis zu 2m/s oder die 3D-Oberflächenanalyse von Straßen bei 130km/h.
Bild 1 | links: Detailansicht des AIT Roadstar mit aktivem 3D-Texturscanner; rechts: 3D-Rekonstruktion eines Straßenausschnitts mit Ausbruch, aufgenommen bei einer Geschwindigkeit von 130km/h und 60μm Genauigkeit in x,y,z. (Bild: AIT Austrian Institute of Technology GmbH)
Für die Inspektion bei hohen Geschwindigkeiten werden häufig Zeilenkameras verwendet. Die am AIT – Austrian Institute of Technology entwickelte xposure:camera erreicht Zeilenraten bis zu 600kHz in monochrome und 200kHz in RGB und ist damit mindestens doppelt so schnell wie andere Zeilenkameras. Die hohe Zeilenrate ermöglicht eine Bildgebung mit hoher optischer Auflösung und damit auch die Inspektion kleinster Merkmale bei hohen Transportgeschwindigkeiten.
3D-Straßentexturanalyse bei 130km/h
Die exakte Erfassung kleinster Strukturen bei hohen Prüfgeschwindigkeiten sind Kernanforderungen für die Straßentexturanalyse. Reifenhaftung und Rollwiderstand werden dabei maßgeblich von der 3D-Mikrostruktur der Straßenoberfläche beeinflusst. Zur Gewährleistung der Sicherheit im Straßenverkehr muss daher das gesamte Straßennetz in regelmäßigen Abständen überprüft werden. Aktuelle Messverfahren sind entweder zu ungenau oder zu langsam, um sie bei fließendem Verkehr erfolgreich einzusetzen. Der am AIT entwickelte Straßentexturscanner verwendet zwei xposure:cameras in Stereoanordnung. Die hohe Zeilenrate der Kameras ermöglicht dabei die 3D-Rekonstruktion der Straßenoberfläche mit einer Genauigkeit von 60µm (x,y,z) bei einer Aufnahmegeschwindigkeit von 130km/h. Bild 1 zeigt eine Detailansicht des Prüffahrzeugs Roadstar für die 3D-Straßentexturanalyse (l.) und die 3D-Rekonstruktion eines Straßenausschnitts mit einem Ausbruch (r.).
Bild 2 | Batteriefolieninspektion bei 2m/s und 50μm/px (l.), rechts oben: 2D-Aufnahme der Batteriefolie mit sichtbaren Flecken (l.) und Oberflächennormalen (r.) mit sichtbaren Falten und Pinholes; Detailausschnitte aus 2D-Aufnahme und Oberflächennormalen (r.u.) (Bild: AIT Austrian Institute of Technology GmbH)
Photometric Stereo mit 200kHz
Die hohe Zeilenfrequenz ermöglicht nicht nur die Prüfung mit hoher optischer Auflösung, sondern kann im Zeitmultiplex-Verfahren auch für die simultane Erfassung mit unterschiedlichen Beleuchtungen verwendet werden. So ermöglicht beispielsweise eine alternierende Beleuchtung aus zwei oder mehreren Beleuchtungsrichtungen die Erfassung der Oberflächenkrümmung eines Objektes. Die schnelle LED-Blitztechnologie xposure:flash mit Blitzfrequenzen bis zu 600kHz ist dafür ideal geeignet. Im Zusammenspiel mit der xposure:camera und ihrem FPGA-Modul für Photometrie ergibt das ein kompaktes und robustes Highspeed photometrisches Stereo System xposure:photometry mit Abtastraten bis zu 200kHz. Das System arbeitet mit bis zu vier Beleuchtungsrichtungen. Die Berechnung des Albedo- und Gradientenbildes erfolgt bereits in der Kamera und macht 3D-Strukturen der Objektoberfläche sichtbar.
2.5D-Batteriefolieninspektion bei 2m/s und 50µm/px
Für die Inspektion von Batteriefolien ist photometrisches Stereo eine geeignete Prüfmethode, um Fehler in der Beschichtung der Folienoberfläche zu detektieren. So hängt die Sicherheit von Batterien von der Qualität des Produktionsprozesses ab. Fehler bei der Herstellung der Elektroden können zu Leistungseinbußen oder Kurzschlüssen führen, die schwerwiegende Für die Batteriefolien verwendet man ein metallisch glänzendes Trägermaterial aus Aluminium oder Kupfer mit dunkelgrauer bis schwarzer Beschichtung aus NMC oder Graphit. In einem kontinuierlichen Beschichtungsprozess werden die Folien bei Geschwindigkeiten bis zu 2m/s gefertigt und weiterverarbeitet. Der Einsatz des xposure:photometry Systems umgeht hier die Schwierigkeiten, die bei der optischen Inspektion dieser Materialkombination typischerweise entstehen. Bild 2 zeigt das Prüfkonzept zur Inline Batteriefolieninspektion (l.) und Ergebnisbilder einer Batteriefolie mit Oberflächendefekten (r.).
