Die Geschichte der industriellen Bildverarbeitung

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Die Entwicklung der Thermographie von Flir

Das Thermographie-System „Inframetrics 600E“ von der Flir Systems ist rund 25 Jahre alt und wurde vor allem in der vorbeugenden Instandhaltung, in der Gebäudethermographie und in der Forschung und Entwicklung eingesetzt (Bild 5). Die Sensoren konnten Temperaturunterschiede von 0,2 °C detektieren – ein Wert der ausreicht, um z.B. Häuserfronten auf Wärmeverlust abzusuchen.

Die Sensoren heutiger Kameras sind nicht nur empfindlicher, sondern kommen für manche Anwendungen auch ohne Kühlung aus – die „Inframetrics 600 E“ benötigte flüssigen Stickstoff zur Kühlung. Die Bildwiederholrate lag bei 50 Hz. Ausgestattet war das System mit einem Quecksilber-Cadmium-Tellurid-Sensor. Je nach Zusammensetzung dieser Verbindung war der Sensor in der Lage, in den Wellenlängenbereichen 3 bis 5 µm, 3 bis 12 µm oder 8 bis 12 µm zu arbeiten. Ein Problem dieser Sensoren zur damaligen Zeit war das Rauschen, das bei einigen Anwendungen sehr hoch sein konnte.

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Mit rund 20 kg war das System schwer. Moderne Thermographie-Kameras für die Bauthermographie gibt es in Taschenlampen-Größe bei einem Gewicht von unter 1 kg. Die Fortschritte der Thermographie, besonders im Bereich der Sensoren-Entwicklung, haben das Anwendungsspektrum erheblich erweitert.

Auch in der Industrie werden mehr und mehr Thermographie-Kameras oder -Systeme eingesetzt, z.B. zur Qualitätssicherung in der Produktion oder zu Wartungszwecken. Zu ihren Hauptanwendungsgebieten gehört die Erkennung von äußerlich nicht sichtbaren Materialdefekten in Werkstücken (Haftungs- und Klebefehler, Delaminationen, Blasen, Lunker, Risse oder Korrosionen), Bestimmung von Schichtdicken in Verbundmaterialien und Überprüfung von Dichtigkeiten, Schweißnähten und Schweißpunkten.

Das erste telezentrische Objektiv von SILL OPTICS

Heute sind in der industriellen Bildverarbeitung telezentrische Objektive gang und gäbe. Im Jahr 1978 hingegen war das erste telezentrische Objektiv von der SILL OPTICS GmbH in Wendelstein eine bedeutende Innovation (Bild 6). Das Objektiv hatte eine Vergrößerung (Verhältnis zwischen der Größe des Bildes und der wahren Größe eines Objekts) von 1,5 und wurde zur Vermessung einer Düsennadelspitze eingesetzt.

Ein Objektiv bestimmt die Größe eines abgebildeten Ausschnitts und damit das Auflösungsvermögen eines Bildverarbeitungssystems. Beispielsweise gilt bei einem Bildfeld von 500 mm horizontal und einer Pixelanzahl von 750 bzw. 560 Bildpunkten auf dem CCD-Chip eine Auflösung von 750 Pixel/500 mm = 1,5 Pixel/mm.

Je nach Aufgabenstellung kommen in der Bildverarbeitung verschiedene Objektive zum Einsatz: Bei Objektiven aus der Fototechnik gilt: Gleich große Objektmaße liefern bei konstanter Bildschnittweite in unterschiedlichen Entfernungen unterschiedliche Bildgrößen. Telezentrische Objektive hingegen zeichnen sich dadurch aus, dass Objekte innerhalb des Schärfentiefebereichs unabhängig von ihrer Position immer gleich groß abgebildet werden.

Diese Eigenschaft macht telezentrische Objektive gegenüber normalen Optiken besonders bei der Vermessung von Bohrungen oder Stiften überlegen. Liegen die Bohrungen parallel zur optischen Achse, werden sowohl der vordere als auch der hintere Durchmesser gleich groß abgebildet. Ebenfalls ist es möglich, mehrere Bohrungen auf einmal zu vermessen. Dies geht sogar, wenn sie sich auf verschiedenen Ebenen befinden, solange diese noch im Schärfentiefebereich liegen.

Ein weiteres Leistungsmerkmal telezentrischer Objektive ist das Auflösungsvermögen. In der Praxis wird das maximale Auflösungsvermögen eines Bildverarbeitungssystems durch den CCD-Chip und nicht durch das Objektiv bestimmt. Um allerdings die Möglichkeiten der telezentrischen Objektive vollständig ausschöpfen zu können, erfordern unterschiedliche Materialien und Oberflächenstrukturen eine jeweils für die Aufgabe passende Beleuchtung, die die Geometrie, Oberflächenbeschaffenheit, das Reflexionsverhalten und die Farbe des Objekts berücksichtigt.

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