Fraunhofer Vision – Technologietag 2015

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Ein voller Erfolg war am 14. und 15. Oktober der jüngste Technologietag der Fraunhofer-Allianz Vision am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart. Unter dem Titel: »Innovative Technologien für die industrielle Qualitätssicherung mit Bildverarbeitung« wurden den rund 100 Teilnehmern aus der Industrie an zwei Tagen die Möglichkeiten und Grenzen wichtiger Bildverarbeitungstechnologien aufgezeigt. Parallel zu den Vorträgen fand eine Ausstellung mit aktuellen Exponaten statt, mit der die vorgestellten Fachinformationen gleich praktisch untermauert werden konnten.

Vielfältige Möglichkeiten

Michael Sackewitz, Leiter der Geschäftsstelle der Fraunhofer-Allianz Vision, eröffnet schon 2014 den Technologietag, damals in München Quelle: Fraunhofer IPA
Michael Sackewitz, Leiter der Geschäftsstelle der Fraunhofer-Allianz Vision, eröffnet schon 2014 den Technologietag, damals in München
Quelle: Fraunhofer IPA

»Das Konzept ist wieder aufgegangen«, zeigt sich Michael Sackewitz, Koordinator der Fraunhofer-Allianz Vision, nicht nur aufgrund der positiven Besucherresonanz überzeugt. Der Technologietag bot allen Teilnehmern einen »Rundumblick« über neueste Entwicklungen zukunftsweisender Bildverarbeitungslösungen. Neben dem aktuellen Stand der Technik werden anhand von Praxisbeispielen die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten für die industrielle Fertigung und Qualitätssicherung aufgezeigt. Innovative Bildverarbeitungstechnologien unterstützen heute die Entwicklung und Qualifizierung neuer Produkte, dienen der Absicherung und Objektivierung von Fertigungsprozessen und ermöglichen schnelle Qualitätsregelkreise im Takt der Produktion.

Vorgestellt wurden verschiedene Bildverarbeitungstechnologien zur Messung, Prüfung und Charakterisierung von Oberflächen und Formen sowie Methoden zur Untersuchung von Materialien unterhalb der Oberfläche bzw. im Materialinneren. „Das breite Themenspektrum bietet den Teilnehmern einen Orientierungsrahmen bei der Auswahl geeigneter Technologien zur Bewältigung eigener Prüfaufgaben“, beschreibt Michael Sackewitz das Konzept. Denn je nach Aufgabenstellung können die unterschiedlichsten Verfahren eingesetzt werden. Materialeigenschaften des Prüflings, Produktionsumgebung, messtechnische Anforderungen – all dies sind Parameter, die bei der Auswahl der richtigen Technologie berücksichtigt werden müssen.

Die Relevanz der Bildverarbeitung

Bildverarbeitung und berührungslose Mess- und Prüftechnik werden heute über alle Stufen der industriellen Wertschöpfung erfolgreich eingesetzt. Innovative Technologien unterstützen die Entwicklung und Qualifizierung neuer Produkte, dienen der Absicherung und Objektivierung von Fertigungsprozessen und ermöglichen schnelle Qualitätsregelkreise im Takt der Produktion.

Technologievisionen

Der Fraunhofer Vision-Technologietag bot einen breiten Überblick über praxisrelevante Technologien der Bildverarbeitung und optischen Mess- und Prüftechnik. Er richtete sich an Interessenten am Thema Bildverarbeitung nahezu aller Branchen, die Informationen zum praktischen Einsatz dieser Technologien in industrieller Umgebung suchen und ebenso an Vertreter im Umfeld von Forschung und Entwicklung.

Behandelt wurden Themen wie »Inspektion und Charakterisierung von Oberflächen«, »optische 3-D-Messtechnik« und »Prüfung unterhalb der Oberfläche und im Materialinneren« z. B. mit Röntgen-Computertomographie, Wärmefluss-Thermographie, Terahertz, Ultraschall oder magnetischem Streufluss.

Neben dem Stand der Technik wurden realisierte Anwendungen vorgestellt und sich abzeichnende Zukunftsperspektiven aufgezeigt. Die begleitende Fachausstellung zeigte Innovationen live mit Bezug zu den Vorträgen und bot ein Forum, in dem der Dialog mit den Experten vertieft werden konnte und neue Kontakte geknüpft wurden.

Beispielhafte Vorträge

Angeführt wurde die Vortragsreihe von Dr. Ronald Rösch vom Fraunhofer ITWM, in Kaiserslautern mit der Darstellung von „Fehlerdetektion in texturierten Oberflächen im praktischen Einsatz“. Hier bei ging es zuallererst um die Frage der Definition von Texturen. Sodann leitete er über zu regelmäßigen, unregelmäßigen und gestörten Texturen. Anschließend kam er zum Kern und damit zur Frage, welche Methoden es für die Detektion von Texturen gäbe. Diese stelle er vor und betonte gleichzeitig, dass alle Verfahren Schwächen aufwiesen und es einer großen Erfahrungsbreite bedürfe, Fehler von Nichtfehlern zu unterscheiden. Hierbei stellte er Sonderfälle vor, bei denen bestimmte Aufträge auf die Texturen eine genauere Erkennung und Lokalisation von Fehlern erlaubten. Die größten Herausforderungen der Detektion liegen aktuell bei komplizierten Geometrien und deren Fehlererkennung. Dies besonders zukünftig in der Industrie.
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Blick in den Veranstaltungsraum des Fraunhofer Vision Technologietags 2015 in Stuttgart Quelle: Fraunhofer IPA
Blick in den Veranstaltungsraum des Fraunhofer Vision Technologietags 2015 in Stuttgart
Quelle: Fraunhofer IPA

Prof. Dr. Michael Heizmann vom Frauhofer IOSB Karlsruhe stellte dann die „Geometrische Inspektion von Oberflächen mit photometrischem Stereo“ vor. Dabei wies er darauf hin, dass es zwei Einteilungen der bildaufnehmenden 3-D-Inspektionsverfahren gibt: einmal durch aktive Beleuchtung wie beispielsweise homogener aber auch strukturierter Beleuchtung oder Laufzeitverfahren einerseits und durch passive Beleuchtung wie Depth from (De-) Focus und eben dem Stereoverfahren andererseits. Hierbei werden mindestens zwei Kameras eingesetzt. Das Funktionsprinzip ist dabei das gleiche, wie bei den Augen. Der Mensch sieht mit zwei Augen. Jedes Auge / jede Kamera nimmt ein Bild auf und diese beiden Bilder werden dann im Gehirn / in der Kamerasoftware übereinandergelegt und erzeugen so ein Bild, welches Konturen aufweist und eine Tiefenschärfe. Somit können hierbei Tiefen- und Höheninformationen aus den Bildern herausgelesen werden. Voraussetzung dafür ist, dass man auf den Objekten Referenzmuster hat. Das Problem dabei besteht darin, man muss die Punkte, die mit den Kameras angefahren wurden, genau zuordnen können und dann die Höheninformation herausrechnen. Wenn keine Referenzmarken da sind, ist die Berechnung nicht möglich. Eingesetzt wird das System beispielsweise in der Koordinatenmesstechnik beispielsweise um Geometrien von Motoren, Triebwerken etc. auszurechnen. Der Einsatz dieser Messmethode erfordert immer, dass sich das Objekt im Verhältnis zu den Kameras bewegt.

Prof. Dr. Thomas Längle vom Fraunhofer IOSB in Karlsruhe stellte in seinem Vortrag „Konfokale 3-D-Messtechnik zur schnellen und genauen Prüfung von spiegelnden bis diffusen Oberflächen“ den CCT-3-D-Sensor (Chromatic confocal Triangulation) vor. Er kann zur Messung der Topographien von spiegelnden und diffusen Oberflächen eingesetzt werden und erreicht dabei ein Geschwindigkeitspotential von über 50.000 Messungen in der Sekunde steigern. Die Norm liegt allerdings bei 13.000 Zeilenmessungen. Pro Messung nimmt er dabei mehr als 2.000 nebeneinanderliegende Höhenwerte auf. Die Idee dahinter ist, die Oberfläche einzufärben und dann anhand der Farbe auf die Höhe zu schließen. Um das zu bewerkstelligen, werden mit monochromatischem Licht Oberflächenhöhen mit bestimmten Wellenlängen codiert, was einen Zusammenhang: Wellenlänge gleich Oberflächenhöhe generiert.

Dr. Stefan Scherer der Firma Alicona Imaging GmbH aus Graz, die optische 3-D Oberflächenmesssysteme zur Qualitätssicherung in Labororatorien und der Produktion bietet. Ihre Kernkompetenz liegt dabei bei der Messung von Form und Rauheit über große Messfelder und Messvolumina. Dr. Scherer wählte das Spezialthema „Optische 3-D-Mikrobohrlochmessung mittels Fokus-Variation“. Bei der Messung geht es um die Frage, der Genauigkeit bei der Rundheit, des Durchmessers und der Winkel des Bohrloches, aber auch um den Übergang von der Oberfläche zum Bohrloch. Zugrunde gelegt werden dabei CAD-Datensätze, die durch CAD/CAM-Software deren Konfigurationen messen.

Dr. Peter Kühmstedt, Fraunhofer IOF in Jena erläuterte die „Hochdynamische optische 3-D-Messtechnik“. Das Messprinzip ist dabei eine berührungslose optische 3-D-Vermessung mit einer aktiven Beleuchtung der Messszene statistischer Muster und simultaner stereobasierter Bildaufnahme der 3-D-Koordinatenberechnung durch Korrelation einer Bildfolge statistischer Muster. Dies ermöglicht ein breites Anwendungsspektrum wie die dreidimensionale Vermessung hochdynamischer Prozesse, In-line 3-D-Vermessungen, maschinenintegrierter 3-D-Sensorik, einer Vermessung bewegter Objekte, Sensoren, die von Hand geführt werden und Personenvermessungen. Dies wird ermöglicht durch eine LED basierte Hochgeschwindigkeitsprojektion statistischer Muster, eines simultanen Bildeinzuges mit high-speed-Kameras mit bis zu 400 Bildern in der Sek, Aufnahmen von über 30 unabhängigen 3-D-Messungen pro Sekunde, wobei es sich nicht um ein Sliding-Window-Verfahren handelt und Echtzeitberechnung von bis zu 15 3-D-Bildern / s ohne Postprocessing. Die Messfelder haben eine Größe von bis zu 240 x 240 mm2, wobei auch andere Messfeldgrößen auf Anfrage detektiert werden können. Ein weiteres Merkmal ist eine kompakte Sensorgeometrie, wobei es das Messprinzip ermöglicht, bei Anwendung von Hochgeschwindigkeitskameras (10 kHz) bis zu 1000 3-D-Bilder / s aufzunehmen.

Dr. Manfred Klopschitz der Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH digital aus Graz beschäftigte sich mit der Frabe der „Automatischen Vermessung und 3-D-Modellierung von Räumen“. Für die Erfassung von Innenraumgeometrien stehen mehrere 3-D-Vermessungssysteme zur Verfügung. Sie unterscheiden sich durch den Aufwand, der für die Aufnahmen zu betreiben ist und den Umfang der Nachbearbeitung des Datenvolumens. Und damit allem unterscheiden sie sich vor allem in ihrer Genauigkeit. Denn je mehr Messinstrumenten und deren Softwareeinstellungen hantiert werden muss, desto schneller können sich Fehler einschleichen. Ungenaue Berechnungen und Messfehler können hier zu fatalen merkantilen Ausfällen führen. Denn die Daten sind nicht nur die Grundlage für Planung, Bau, Umbau und Bewirtschaftung von Gebäuden, vielmehr bilden sie die Basis für die Finanzierung und vor allem die Kosten- und Erlösplanung und damit für die Umlage von Betriebskosten. Schätzungen gehen davon aus, dass bei bis zu 90 Prozent der Bestandsimmobilien die Flächenberechnungen fehlerhaft sind.

Dies waren nur einige wenige Vorstellungen des weiten Informationsspektrums auf dem Technologietag.

Aktuell bietet das Fraunhofer Seminare zur Bildverarbeitung an:

Großes Interesse an Ausstellung
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Neben den Fachvorträgen informierte eine Ausstellung mit aktuellen Systemen über die Möglichkeiten und Grenzen verschiedener Bildverarbeitungs-Technologien Quelle: Fraunhofer IPA
Neben den Fachvorträgen informierte eine Ausstellung mit aktuellen Systemen über die Möglichkeiten und Grenzen verschiedener Bildverarbeitungs-Technologien
Quelle: Fraunhofer IPA

Ergänzt wurden die Fachvorträge durch eine Begleitausstellung mit rund 20 Exponaten. Hier wurden die im Plenum behandelten Themen an Beispielanwendungen für die industrielle Praxis veranschaulicht und die Besucher hatten durch den Dialog mit den Experten Gelegenheit, erste wei-terführende Kontakte zu knüpfen. »Die Kombination von Vorträgen und Ausstellung hat sich bewährt. In den zwei Tagen konnten sehr hochwertige Gespräche geführt werden«, freut sich Michael Sackewitz über ein positives Teilnehmer-Feedback.

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Exponate der Ausstellung

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Messen, Prüfen und Charakterisieren von Oberflächen und Formen

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Robotergestützte Oberflächeninspektion von industriellen Bauteilen
Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern

Photometrisches Stereo zur geometrischen Inspektion von Oberflächen
Fraunhofer IOSB, Karlsruhe

Optimierter Kreisdetektor-Algorithmus für eingebettete Systeme
Fraunhofer IAIS, Sankt Augustin

Zeilenscannender 3-D-Sensor zur Inline-Qualitätskontrolle von spiegelnden bis diffusen Oberflächen
Fraunhofer IOSB, Karlsruhe

Hochauflösendes optisches Form- und Rauheitsmessgerät
Alicona Imaging GmbH, Graz

Holographisches Inline-3-D-Messsystem
Fraunhofer IPM, Freiburg

Robotergestützte Oberflächeninspektion von industriellen Bauteilen
Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern

Photometrisches Stereo zur geometrischen Inspektion von Oberflächen
Fraunhofer IOSB, Karlsruhe

Optimierter Kreisdetektor-Algorithmus für eingebettete Systeme
Fraunhofer IAIS, Sankt Augustin

Zeilenscannender 3-D-Sensor zur Inline-Qualitätskontrolle von spiegelnden bis diffusen Oberflächen
Fraunhofer IOSB, Karlsruhe

Hochauflösendes optisches Form- und Rauheitsmessgerät
Alicona Imaging GmbH, Graz

Holographisches Inline-3-D-Messsystem
Fraunhofer IPM, Freiburg

3-D-Handscanner zur hochauflösenden Messung von Form und Farbe
Fraunhofer IOF, Jena

Anwendungsspektrum der optischen Inline-3-D-Messtechnik
Fraunhofer IFF, Magdeburg

Automatische Planung variabler Prüfaufgaben ab Stückzahl 1
Fraunhofer IFF, Magdeburg

Modellbasierte Methoden für das optische Messen und Prüfen
Fraunhofer IFF, Magdeburg

System zur automatischen Vermessung und 3-D-Modellierung von Räumen
Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH digital, Graz

System zur radarbasierten Entfernungsmessung im µm-Bereich
Fraunhofer FHR, Wachtberg

Griff in die Kiste mit 3-D-Bildverarbeitung
Fraunhofer IPA, Stuttgart

Griff vom Band mit 3-D-Bildverarbeitung
Fraunhofer IPA, Stuttgart

Lichtmesstechnik zur Simulation der optischen Eigenschaften von Prüfobjekten
Fraunhofer IPA, Stuttgart

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Messen und Prüfen unterhalb der Oberfläche und im Materialinneren

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Inline-Messtechnik für die zerstörungsfreie 3-D-Charakterisierung mittels optischer Tomographie
Fraunhofer IPT, Aachen

Handprüfgerät »Fluxi« zur Inspektion ferromagnetischer Werkstoffe mit magnetischem Streufluss
Fraunhofer IZFP, Saarbrücken

Berührungslose und zerstörungsfreie Messung von Mehrschichtsystemen mittels Terahertz-Technik
Fraunhofer IPM, Kaiserslautern

Thermographische Prüfung von Formteilen aus Holzfasern für den Automobilbau
Fraunhofer WKI, Braunschweig

System zur Prüfung von Eisenbahnrädern mit Induktions-Thermographie
Fraunhofer IPA, Stuttgart

Tragbarer und mobiler Computertomograph Ctportable
Fraunhofer EZRT, Fürth

System zur Inspektion von CFK-Bauteilen mit Röntgen, Thermographie und Ultraschall
Fraunhofer IPA, Stuttgart

Charakterisierung der Geometrie von Mikrostrukturen mit MAVI
Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern

System zur Prüfung von Eisenbahnrädern mit Induktions-Thermographie
Fraunhofer IPA, Stuttgart

Tragbarer und mobiler Computertomograph Ctportable
Fraunhofer EZRT, Fürth

System zur Inspektion von CFK-Bauteilen mit Röntgen, Thermographie und Ultraschall
Fraunhofer IPA, Stuttgart

Charakterisierung der Geometrie von Mikrostrukturen mit MAVI
Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern

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Aussteller im Überblick

  • Alicona Imaging GmbH, Graz
  • Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT, Fürth
  • Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF, Jena
  • Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF, Magdeburg
  • Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR, Wachtberg
  • Fraunhofer-Institut für Holzforschung – Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, Braunschweig
  • Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS, Sankt Augustin
  • Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB,Karlsruhe
  • Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM, Freiburg und Kaiserslautern
  • Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart
  • Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
  • Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, Kaiserslautern
  • Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP, Saarbrücken
  • JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH DIGITAL, Graz

 

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