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Applikationsspezifische Bildverarbeitungssysteme

Im Zuge der Weiterentwicklung der Bildverarbeitung wurde auch vermehrt an Lösungsmöglichkeiten für schwierigste Anwendungen geforscht.

Diese Entwicklungen führten meist zu generellen Verbesserungen der Algorithmik oder der Beleuchtungstechniken. In den letzten Jahren sind jedoch auch Systeme entstanden, die eine enge Verknüpfung von Beleuchtung, Kamera und Software benötigen, um damit selbst schwierigste Anwendungen einfach lösbar zu machen.

Intelligente 3D-Sensoren

Moderne 3D-Smart-Sensoren vereinen 3D-Scannen, Messen und Steuern in einem Gerät ohne externe PCs oder Controller. Dieses effiziente Design, gepaart mit hoher Funktionalität, ermöglicht eine einfache Integration in bestehende Inspektionssysteme, minimiert die Systemkosten und maximiert die Produktqualität sowie den Durchsatz.

Idealerweise sind die Sensoren werkseitig vorkalibriert, sodass der Anwender den Sensor sofort über einen Webbrowser einrichten und Funktionen wie Belichtung, Triggerlogik, komplexe Messwerkzeuge und Kommunikationsmethode konfigurieren kann. Sobald die Installation abgeschlossen ist, kann der für die Konfiguration benötigte Computer getrennt werden und das Gerät läuft im Stand-Alone-Modus.

Inspektionssysteme für glänzende Oberflächen

High-End-Oberflächeninspektionssysteme nutzen z. B. die Shapefrom-Shading-Technologie](tip/190), die Informationen über die dreidimensionale Form eines Objekts aus dem Schattenwurf sammelt und diese nach verschiedenen Kriterien (Neigung, Krümmung, Textur) visualisiert. Zu Auswertungszwecken lassen sich die erzeugten Bilder einzeln verwenden oder kombinieren. Diese Systeme sind in der Regel in verschiedenen Versionen und Ausführungen erhältlich: als einzelne Kernkomponente, als Komplettsystem mit Objektiv, Kamera und PC oder als Einheit, die in ein kundenspezifisches automatisches Inspektionssystem integriert ist.

Hyperspektral-Inspektionssysteme

Einige Anwendungen lassen sich nicht mit Standardkameratechnik lösen. So kann beispielsweise die Trennung von Kunststoffteilen in Recyclingprozessen hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften nicht allein durch die Analyse von Form und Farbe erfolgen. Eine bekannte Analysetechnologie für diese Aufgabe ist die NIR-Spektroskopie, die seit den 70er-Jahren als Werkzeug in der Prozessanalytik eingesetzt wird.

Seit ihrem ersten Einsatz in der Industrie hat sich die Technologie zur räumlich auflösenden Spektroskopie ‒ auch Hyperspectral Imaging (HSI) genannt ‒ extrem weiterentwickelt.

Heute werden in Forschung und Industrie viele verschiedene Spektralanalysetechnologien eingesetzt. Viele Spektrometer basieren auf Zeilensensoren und sind in der Lage, einen einzelnen Punkt einer Probe zu vermessen, und daraus ein Spektrum zu ermitteln. Hyperspektral- Inspektionssysteme basieren auf Matrixsensoren, die eine Vielzahl von Spektren in einem einzelnen Bild messen und so die Darstellung des chemischen Fingerabdrucks einer Probe in Bildform ermöglichen.

Ein Spektrograph ist an einer Flächenkamera angebracht und beugt das reflektierte Licht mit Hilfe von Prismen und/oder Beugungsgitter in ein Spektrum. Hyperspektralkameras reichen vom Röntgen- bis zum fernen Infrarotbereich. Für industrielle Anwendungen werden die Wellenlängenbereiche hauptsächlich durch die spektrale Empfindlichkeit gängiger und preiswerter Detektoren bestimmt.

STEMMER IMAGING bietet sogenannte Pushbroom-Hyperspektral-Inspektionssysteme in den Spektralbereichen von 400 nm bis 1000 nm oder 900 nm bis 1700 nm an. Pushbroom-HSI-Systeme funktionieren wie Zeilenkameras und haben den Vorteil, dass sie immer dann zum Einsatz kommen, wenn Teile auf einem Förderband oder auf Rutschen bewegt werden. Ein weiterer Vorteil der Pushbroom-Technologie ist die sehr hohe räumliche und spektrale Auflösung.

Nahinfrarot-Hyperspektral-Inspektionssysteme (NIR-HSI) sind in der Lage, die chemischen Eigenschaften von Proben auf Basis spezifischer Absorptionsbänder zu messen, die für N-H-, O-H- und C-H-Bindungen charakteristisch sind. Anstatt einen einzelnen Punkt der Probe zu messen, wird auch die räumliche Verteilung der chemischen Eigenschaften der Oberfläche eines Objekts gemessen.

Diese Informationen verwendet man z. B. in Sortiersystemen, um Kunststoffabfälle anhand der verschiedenen Materialien wie PET, PVC oder PS zu trennen. Möglich wird dies durch eine unterschiedliche Molekularstruktur, die zu unterschiedlichen Absorptionsbänder der verschiedenen Kunststoffarten führt.

Es ist auch möglich, z. B. Salz von Zucker anhand der unterschiedlichen Molekülbindungen der Materialien zu unterscheiden ‒ was mit einer Monochrom- oder RGB-Kamera nicht möglich ist. NIR-HSI-Systeme messen die molekularen Obertöne und Kombinationsschwingungen der Grundschwingungen, die sich im mittleren Infrarotbereich befinden.

Da eine breitbandige Nahinfrarot-Lichtquelle benötigt wird, werden in der NIR-Spektroskopie typischerweise industrielle Halogenbeleuchtungen eingesetzt. Da inzwischen LED-Beleuchtungen, die mehrere NIR-LED-Wellenlängen kombinieren, verfügbar sind, werden diese immer beliebter. Sie bieten viele Vorteile für temperaturkritische Produkte wie gekühlte oder gefrorene Lebensmittel.

STEMMER IMAGING hat sich in den letzten Jahren ein umfangreiches Wissen über Anwendungen der hyperspektralen Bildverarbeitung angeeignet und kann Ihnen helfen, die richtigen Komponenten zu finden. Wir bieten in diesem Zusammenhang auch Untersuchungen und komplette Machbarkeitsstudien an.