Inline Computational Imaging

Inline Computational Imaging

Simultane 2D-Farbinspektion und 3D-Messung

Schnelles und genaues Prüfen, auch von dunklen oder glänzenden Materialien, idealerweise simultan in Farbe und 3D – das sind Anforderungen der Industrie an automatische Inspektionssysteme. Inline Computational Imaging (ICI) ist ein neues Verfahren, das genau diesen Anforderungen gerecht wird. Es kombiniert modernste Bildaufnahmetechniken mit smarten Algorithmen und ermöglicht die simultane Erfassung von 2D-Farb- und 3D-Tiefeninformationen.

Bild 1 | Beispielanwendungen für ICI Links: Elektronikfertigung (Messung der Pinhöhe und Ausrichtung). Mitte: Inspektion von metallischen Oberflächen (Kratzer, Dellen, Poren, Lunker, 3D-Vermessung). Rechts: Sicherheitsdruck (Kippeffekte und Prägungen, z.B. Brailleschrift). (Bilder l.,m.: AIT Austrian Institute of Technology GmbH; Bild r.:© Fotocute/GettyImages.at)

Die ICI-Methode kombiniert Vorteile von Lichtfeldaufnahmen und dem photometrischen Stereo-Verfahren in einem kompakten System. Das Aufnahmesystem besteht aus einer Multizeilenkamera, zwei Beleuchtungsquellen und einem Transportsystem. Für den Aufnahmeprozess wird das Prüfobjekt an Kamera und Beleuchtung vorbei bewegt und von jeder Zeile der Multizeilen-Kamera aufgenommen. Dabei sieht jede Zeile das Objekt unter einem geringfügig anderen Betrachtungs- und Beleuchtungswinkel. Deshalb wird jeder Objektpunkt mehrmals aus verschiedenen Betrachtungs- und Beleuchtungsrichtungen aufgenommen. Mittels dieser Daten kombiniert ICI die Vorteile aus Lichtfeld und photometrischem Stereo in einem einfach zu handhabenden Setup. Der Vorteil der Methode liegt in ihrer Flexibilität: Anzahl und Position der Betrachtungswinkel sind dynamisch wählbar und ermöglichen so die flexible Anpassung an individuelle Genauigkeits- und Geschwindigkeitsanforderungen unterschiedlicher Prüfaufgaben. Im Vergleich zu herkömmlichen Lichtfeldaufnahmesystemen wie z.B. plenoptische Kameras, die durch die Verwendung von Mikrolinsen optische Auflösung verlieren, oder Kameraarrays, die aufgrund der hohen Anzahl an Kameras groß, teuer und wartungsintensiv sind, ist das ICI-Aufnahmesystem kompakt und arbeitet mit voller optischer Auflösung.

Robustere Fehlererkennung

 Szene mit schwarzem Kabelbinder, glänzender Münze und Feile. (Bild: AIT Austrian Institute of Technology GmbH)

Bild 2 | Szene mit schwarzem Kabelbinder, glänzender Münze und Feile. (Bild: AIT Austrian Institute of Technology GmbH)

Die gewonnenen Lichtfelddaten enthalten deutlich mehr Informationen über das Prüfobjekt als herkömmliche Inspektionssysteme. Speziell entwickelte ICI-Algorithmen berechnen aus den Lichtfelddaten in Echtzeit optimierte Farbbilder (ICI-Farbbilder) sowie detailgenaue 3D-Information (ICI 3D-Modell) der Prüfobjekte. Die sogenannten ICI-Farbbilder sind z.B. Bilder mit Glanz- oder Schattenunterdrückung, erhöhtem Dynamikbereich (HDR) und erhöhtem Tiefenschärfenbereich (all-in-focus). Die rechnerisch optimierten ICI-Farbbilder sind daher kontrastreicher, rauschärmer und schärfer und ermöglichen daher eine bessere und robustere Fehlererkennung. Die ICI-3D-Algorithmen kombinieren Stereo und Photometrische Methoden und generieren so ein detailgetreues ICI-3D Modell. Die 3D-Rekonstruktion arbeitet weitgehend unabhängig von den Oberflächeneigenschaften der Prüfobjekte und kann daher für glänzende oder matte, sowie texturierte bzw. untexturierte Objekte oder auch schwarze Objekte verwendet werden. Abweichungen im Mikrometerbereich werden dabei robust erkannt.

Optische Inline-Inspektion

 Das ICI-3D-Modell liefert eine detailgenaue Tiefenrekonstruktion. (Bild: AIT Austrian Institute of Technology GmbH)

Bild 3 | Das ICI-3D-Modell liefert eine detailgenaue Tiefenrekonstruktion. (Bild: AIT Austrian Institute of Technology GmbH)

Trotz der Tatsache, dass es ein kompaktes System aus Standardkomponenten ist, liefert das ICI-System in Echtzeit optimierte Farbbilder und zugleich detailgetreue 3D-Tiefenbilder. Die geringe Systemkomplexität, eine weitgehende Unabhängigkeit von den Reflexionseigenschaften der Prüfobjekte und die hohe Anpassungsfähigkeit an Genauigkeit und Geschwindigkeit machen das Verfahren zu einer interessanten Lösung für die industrielle Inspektion. Die Einsatzbereiche der ICI-Technologie in der industriellen Inspektion sind vielfältig und reichen von der Elektronik- und Leiterplattenfertigung über Metallprüfung bis hin zur Druckbildinspektion. Der Erfolg des Inline Computational Imaging spricht bereits für sich: Das Technologie-Netzwerk Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe hat das Verfahren Ende 2017 als das Beste in seinem Bereich bewertet. Darüber hinaus ist die Technologie mit zahlreichen Patenten geschützt.

Thematik: inVISION 2 2018
Ausgabe:
AIT Austrian Institute of Technology GmbH
www.ait.ac.at

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