Rundum inspizieren mit einer Kamera

In der Fertigung gibt es die 5-Seiten- bearbeitung in einer Aufspannung schon. Jetzt gibt es auch eine Kamera, die „auf einen Schlag“ Außen- und Innenflächen von mehrseitigen Prüfteilen oder Bohrungen gleichzeitig auf Fehler untersuchen kann.

In der Bildverarbeitung ist es keine Seltenheit, dass mehrere Seiten eines Objekts gleichzeitig geprüft werden müssen. Beispielsweise kann es bei der Flascheninspektion notwendig sein, den Umfang eines Gefäßes zu erfassen, um den Flaschenhals auf Fehler zu untersuchen. Häufig wird diese Art von Inspektionsaufgaben durch den Einsatz von Multi-Kamera-Systemen gelöst, die an bestimmten Stellen innerhalb der Arbeitsstation platziert werden. Obwohl diese Systeme generell effektiv arbeiten, ist ihr Einsatz relativ teuer und reduziert in einigen Fällen die Leistung des Gesamtsystems.

Auch andere Verfahren, wie beispielsweise der Einsatz von Zeilenkameras, ermöglichen die Prüfung ganzer Oberflächen. Allerdings bringen solche Systeme ebenfalls technische und wirtschaftliche Nachteile mit sich, denn die Prüfteile müssen in der Regel heller beleuchtet werden und es muss eine Rotation von Kamera oder Prüfteil stattfinden.

Manchmal sind zwei Kameras schon eine zuviel

Deshalb suchen Systementwickler oft nach Ein-Kamera-Lösungen, bei denen einerseits keine Zusammensetzung des gesamten Objektbildes aus Einzelbildern notwendig ist (wie bei Multi-Kamera-Systemen) und die andererseits auch ohne Prüfteil- oder Kamera-Rotation auskommen. Zur Realisierung solcher Systeme können verschiedene Objektive und Optik-Kombinationen verwendet werden.

Muss die Außenfläche eines Objekts auf einem Förderband geprüft werden, können Multi-Kamera-Systeme häufig nicht eingesetzt werden, da benachbarte Teile die Sicht auf die Seiten des Prüfteils behindern. Durch den Einsatz von perizentrischen Objektiven mit nur einer Kamera kann jedoch sowohl die Oberseite als auch ein 360°-Bild von der Außenfläche des Objektes aufgenommen werden. Das resultierende Bild zeigt die Seitenflächen um das Bild der Oberseite gruppiert an. Solche perizentrischen Systeme vereinfachen die Systemintegration erheblich, da die Prüfteile ungehindert unter dem Kamera-Objektiv-System bewegt werden können. Bei Bedarf können die Außenflächen mit geeigneter Software linear transformiert werden.

Zur Inspektion weiterer Seiten eines Prüfteils bieten sich Multi-Spiegel-Systeme an. Bei diesem Ansatz wird das Objekt durch eine Anordnung von Spiegeln und einem telezentrischen Objektiv betrachtet. Hierbei erhält man vier oder mehr Seitenansichten des Prüfteils. Indem ein telezentrisches Objektiv eingesetzt wird, werden alle Bilder gleichmäßig vergrößert und können gematcht und verarbeitet werden.

Eine Variante dieser Methode, die mehrere Seitenansichten, ist der Einsatz von PolyView-Objektiven. Diese Multi-Spiegel-Systeme liefern 4, 6, 8 oder noch mehr Ansichten desselben Objektes mit nur einer Aufnahme. Damit eignen sie sich für Inspektionsaufgaben, bei denen die Innen- und Außenflächen eines Objektes geprüft werden müssen.

Vorbild Endoskopie

Wenn jedoch Bohrungen oder Hohlräume im Allgemeinen geprüft werden müssen, gibt es spezielle optische Lösungen, die einfacher und effektiver sind und eine kompaktere Bauform haben. Wie perizentrische Objektive auch können diese Optiken Bilder von runden Oberflächen darstellen. Durch ihren großen Bildwinkel sind detaillierte Aufnahmen von sowohl den Innenseiten des Bohrlochs als auch dessen Grund möglich, ohne dass eine optische Sonde eingesetzt werden muss. Die Prüfung erfolgt komplett von außerhalb des Lochs.

Trotz der vielseitigen Einsatzmöglichkeiten dieser Optiken, können beispielsweise bei Gewinden manche Details der Innenwände nicht erfasst werden. In solchen Fällen muss zusätzlich ein Endoskop in das Prüfteil eingeführt werden. Dabei werden flexible Faseroptiken, das heißt Bündel von Lichtleitern, zur Übertragung der Bilder aus dem Loch an die Kamera verwendet. Allerdings begrenzt die maximale Anzahl der Fasern, die ein solches Bündel enthalten kann, die mögliche Auflösung. Wenn hochauflösende Bilder erforderlich sind, bedarf es einer direkten optischen Verbindung mit der Kamera.

Bei sehr kleinen Defekten in einem Hohlraum sind jedoch ein sehr viel höhere optische Vergrößerung und ein kleineres Bildfeld notwendig. Da nur Teile der Innenfläche in einem einzelnen Bild aufgenommen werden können, muss die Sonde sowohl über die Tiefe des Lochs verfahren als auch um die eigene Achse rotieren, um ein 360° Bild zu liefern.

Intelligente Optik-Systeme können effektive Lösungen sein, wenn eine vollständige Erfassung von Objekten gefordert ist. Im Vergleich zu Multi-Kamera-Systemen ist der Zeit-, Material- und damit Kostenaufwand um ein Vielfaches geringer und sie können häufig auch dort verwendet werden, wo die Platzverhältnisse den Einsatz von Multi-Kamera-Systemen nicht erlauben.

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