Fraunhofer IWS: Hyperspektrale Bildgebung für die Praxis

MVS Import 1. August 2017 Technik

Hyperspektrale Bildgebung (HSI) ermöglicht es, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik Dresden (IWS) entwickelt eine integrierte Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in entsprechende Hard- und Software überführt und für Inspektionsanwendungen verfügbar macht.

Oberflächenreinheit, Defektfreiheit, Materialhomogenität oder die Schichtdickenvarianzen von Bauteilen sind beispielhafte Qualitätsparameter, deren Einhalten im Produktionsprozess sowie in Forschung und Entwicklung objektiv bewertet und kontrolliert werden müssen – berührungslos und schnell. Derzeit verfügbare Kameratechnik, die ihre Fähigkeiten größtenteils am Sehen des menschlichen Auges ausrichtet, vermag allerdings lediglich drei spektrale Bänder (RGB) aufzuzeichnen und zu bewerten: Oft ist somit die klassische „Sichtinspektion“ mit dem Auge für eine Vielzahl von Anwendungen immer noch die Methode der Wahl, trotz ihrer Nachteile (etwa Subjektivität der Inspektionsergebnisse oder Nichtautomatisierbarkeit).

Demgegenüber ermöglicht die Multi- bzw. Hyperspektraltechnik, das zu detektierende Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Jeder Ortspunkt wird dadurch nicht nur durch einen Farbwert, sondern durch bis zu 1 000 spektrale Bänder beschrieben. Damit können Materialien bzw. der Probenaufbau „gesehen“ werden, und die Probe kann objektiv identifiziert, bewertet bzw. klassifiziert werden.

Vorteile in der Anwendung

Für einen Einsatz der HSI-Technik im Rahmen der Oberflächen- und Schichtinspektion bedarf es der abgestimmten Arbeitsweise von Kamera, Beleuchtung und Bewegungssystem. Die Hardware zur Datenerfassung muss zudem gemeinsam mit den Routinen zur Datenauswertung zuverlässig in einer Software integriert sein.

Das Fraunhofer IWS bietet dazu die selbst entwickelte Lösung Imanto Pro an: Physik-basierte Hard-Modeling- bzw. statistik-basierte Soft-Modeling-Methoden ermöglichen eine flexible Nutzung der Technik für unterschiedliche Proben-Zielparameter. So können beispielsweise Bilder der Dicke von Schichten, des Flächenwiderstandes oder optischer Materialparameter (Brechungsindex, Absorptionskoeffizient) ermittelt werden; zudem lassen sich Materialgruppen nach eigenen, definierten Qualitätskriterien klassifizieren und bewerteten. Durch die hyperspektrale Bildgebung werden auch aufwendige Laboruntersuchungen teilweise obsolet.

Die Hyperspektrale Bildgebung stellt damit ein universelles Werkzeug dar, um die Verteilung vielfältiger Oberflächen- und Schichtparameter oder daraus abgeleitete Probeneigenschaften zu bestimmen, zu visualisieren und somit industrielle Prozesse aufzuklären, effektiver zu machen und zu automatisieren.

Ralf Jäckel ist Gruppenleiter Öffentlichkeitsarbeit am Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS).