Seminar mit Praktikum: Oberflächeninspektion

Die Inspektion von Oberflächen ist ein klassisches Arbeitsgebiet der industriellen Bildverarbeitung und seit vielen Jahren in mannigfachen Anwendungen bewährt. Die Fortschritte der Technik ermöglichen nicht nur immer höhere Prüfgeschwindigkeiten und kompaktere Systeme, sondern, neben der Auswertung zweidimensional aufgenommener Texturen, auch die vollständige Erfassung komplexer 3D-Oberflächenstrukturen bis in den Nanometerbereich. Darüber hinaus gelingt die schnelle Bewertung farbiger, gemusterter, transparenter, stark reflektierender oder spiegelnder Oberflächen. Im Seminar werden dazu unterschiedliche Prüf- und Analysemethoden vorgestellt.

Seminarziel:

Nach wie vor ist ein Bildverarbeitungssystem für die meisten Anwendungen kein Produkt von der Stange, sondern verlangt anwendungsspezifische Anpassung. Das Seminar will den Teilnehmenden daher einen Einblick in den Stand der Technik im Bereich der Inspektion und Charakterisierung von Oberflächen vermitteln. Die Teilnehmenden sollen Möglichkeiten und derzeitige Grenzen der automatischen Oberflächenprüfung kennen lernen, um hieraus Leitlinien für die eigene Investitionsplanung ableiten zu können.

Zielgruppen:

• Ingenieure und Konstrukteure aus Entwicklung und Versuchsfeld
• Mitarbeiter der Qualitätssicherung
• Verantwortliche für Produkt, Produktion und Prozess
• Leitungsebene und Führungskräfte, die sich eine Entscheidungsgrundlage für Investitionen erarbeiten wollen

Das Programm im Überblick:

27.11.2024

Theoretische Grundlagen und Methoden

• Ankunft und Begrüßung
• Einführung in das Seminar
• Bildgewinnung bei der Oberflächenprüfung
  Bedeutung der Bildgewinnung für leistungsfähige und robuste automatische Inspektionssysteme – Bildaufnahme als Engineering-Aufgabe – Beleuchtungs- und Aufnahmetechniken
• Lichtfeld-Technologien
  Lichtfeldbeleuchtung mittels Lichtfeldemitter – objektspezifisches Lichtfeld – Lichtfelderfassung mittels Lichtfeldkamera – erweiterte Schärfentiefe – synthetische Fokus-Verschiebung
• Typischer Aufbau und Beispiele für Algorithmen von Oberflächen­inspektionssystemen
  Oberflächeninspektionssysteme – Aufbau – Komponenten – Systemsoftware – Schnittstellen – Modularität – Anwendung
• Theorie und Methoden der Farbmessung
  Photometrie – Lichtquellen – Farbe als Sinneswahrnehmung – Farbe vs. Spektrum – Messung von Farbe und Spektrum – Farbvalenzen – Farbwerte – Farbräume
• Spektroskopische Charakterisierung von Oberflächen mit Zeilenspektroskopie
  Grundbegriffe – Messprinzipien – Zeilenspektrographie – Hauptkomponentenanalyse – Klassifikationsverfahren – mögliche Anwendungen, z. B. Altholzsortierung bzw. Recycling
• 3D-Messungen an Oberflächen
  Szenenmodellierung – photometrisches Stereo – strukturierte Beleuchtung – Streifenprojektion – Deflektometrie – Depth from Focus
• Oberflächenmesstechnik zur Charakterisierung von Mikro- und Nanostrukturen
  Messverfahren (Rasterkraftmikroskopie, Weißlichtinterferometrie, konfokale Mikroskopie, Fokusvariation usw.) – Auswertemethoden – Anwendungsbeispiele
• Texturelle und strukturelle Analyse von Oberflächen
  Texturtypen – Texturmodelle – Texturmerkmale – typspezifische Texturanalyse – Detektion von Texturfehlern – Schätzung von Texturparametern – Radontransformation

Spezielle Anwendungen

• Schnelle Rauheitsmesstechnik zur automatisierten 100-Prozent-Prüfung in Serienprozessen
  Hohe Messgeschwindigkeit durch den Einsatz optischer Messtechnik – Messung an schwer zugänglichen Stellen durch faseroptische Abstandssensoren – DIN/ISO konforme Auswertung von Oberflächen-Kenngrößen (Ra, Rq, Rz, Rp, Rv, Rpk, Rvk)
• Inline-Prüfung von Oberflächen
  100-Prozent-Kontrolle in Produktionsgeschwindigkeit – schnelle Bildverarbeitung – bildgebende Fluoreszenzanalyse – Anwendungsbeispiele: Verunreinigungen auf Oberflächen, Charakterisierung von Beschichtungen, Erkennung von Defekten
• Im Anschluss Möglichkeit zur weiteren Vertiefung der Fachgespräche

Donnerstag, 28. November 2024

Spezielle Anwendungen

• Anwendungsbeispiele mit Weißlichtinterferometrie
  Einführung – Mikro- und Makroskopische Weißlichtinterferometer – Typische Messaufgaben: Rauheit, Ebenheit, Stufenhöhe, Parallelität – Industrielle Anwendungsbeispiele
• Anwendungsbeispiele zur Inspektion strukturierter Oberflächen
  Einführung – Anwendungsbeispiele mit regelbasierten Prüfverfahren – Anwendung von selbstlernenden Prüfverfahren – Anwendung von tieflernenden Prüfverfahren – Oberflächenprüfungen im NIR – Ausblick
• Blick über den Tellerrand der klassischen Oberflächeninspektion
  Inspektion von Leder – Rostwageninspektion – Tablettendickenvermessung – Synthetische Daten für KI – Modellbasiertes Lernen
  
  
• Im Anschluss: Praktikum

Praktikum

Einteilung der Teilnehmer-Gruppen: Alle Gruppen durchlaufen nacheinander die Stationen 1 bis 4.

Station 1: Inspektion transparenter Materialien

Mit dem patentierten Prüfsystem Purity können transparente Objekte auf Materialfehler wie absorbierende oder streuende Einschlüsse, Blasen, Kratzer, Staub, Schlieren, Farbe und Polarisationseffekte geprüft werden. Die Inspektion erfolgt mittels einer mehrkanaligen Bildaufnahme unter Verwendung unterschiedlicher Beleuchtungskonstellationen. Durch eine speziell optimierte Bildfusion können selbst komplex geformte Prüflinge aus nur einer Ansicht inspiziert werden. Prüfzeiten unter einer Sekunde sind meist problemlos realisierbar.

Station 2: Deflektometrie zur Inspektion spiegelnder Oberflächen

Mit deflektometrischen Verfahren können spiegelnde und teilspiegelnde Oberflächen untersucht werden, wobei sowohl die Prüfung auf lokale topographische Defekte als auch eine hochempfindliche Messung der Glanzeigenschaften möglich ist. Das Verfahren ist gegen Vibrationen und Umgebungslicht weitgehend unempfindlich, lässt sich mit Standard-komponenten realisieren und kommt ohne Laser aus. Damit steht für mindestens teilweise reflektierende Oberflächen eine optische Inline-Messtechnik zur Verfügung, die die klassische qualitative Prüfung um eine quantitative und dokumentierbare Messung ergänzt und damit eine robuste Defekterkennung und -bewertung ermöglicht.

Station 3: Optische 3D-Oberflächenmesstechnik

InfiniteFocusSL ist ein optisches 3D-Messsystem zur einfachen, rückführbaren und schnellen Oberflächenmessung basierend auf dem Prinzip der Fokus-Variation. Mit nur einem Gerät können gleichzeitig Form und Rauheit von mikrostrukturierten Oberflächen gemessen werden. Als Ergebnis werden Farbbilder mit hohem Kontrast und Schärfentiefe geliefert. Durch die Kombination eines hohen Arbeitsabstands bis zu 34 mm mit einem großen Messfeld bis zu 2500 mm2 in XY und einer Messgeschwindigkeit innerhalb Sekunden, je nach Applikation ist das System vielfältig einsetzbar. Mit einem entsprechenden Automatisierungs-Interface kann es auch in der Produktion zur automatisierten Oberflächenmessung und Auswertung eingesetzt werden.

TopMap Metro.Lab basiert auf dem Prinzip der Weißlichtinterferometrie und eignet sich zur Messung von Ebenheiten, Höhenabständen und Parallelitäten großer Flächen und Strukturen z.B. von technischen Oberflächen. Mit 70 mm vertikalem Messbereich und hoher vertikaler Auflösung unabhängig von den Bildfeldgrößen ergibt sich viel Spielraum für flexible Messaufgaben. Die telezentrische Optik erreicht dabei selbst schwer zugängliche Bereiche wie zum Beispiel Bohrungen.

Station 4: Modulares System für die Oberflächenprüfung

Das Bildverarbeitungssystem ist ein flexibler Aufbau mit unterschiedlichen Kameras und Beleuchtungskomponenten. Durch gezielte Auswahl der Komponenten kann das System vielseitig eingesetzt werden, was im Seminar anhand unterschiedlicher Proben demonstriert wird.

Im Anschluss: Möglichkeit zur Diskussion und Analyse individueller Prüfaufgaben mit den Betreuerinnen und Betreuern der Prüfsysteme

Untersuchung eigener Proben

Es besteht die Möglichkeit, eigene Proben im Rahmen des Praktikums untersuchen zu lassen. Bitte nehmen Sie hierzu Kontakt mit der Seminarleitung auf. Die Teile müssen spätestens vier Wochen vor dem Seminar vorliegen.

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