KUNSTSTOFF XTRA

Space Technology in der Produktionslinie

HSI erschliesst enorme Potenziale

Wenn die industrielle Bildverarbeitung die Grenzen ihrer Möglichkeiten erreicht, dann erschliesst die Technologie des Hyperspectral Imaging (HSI) viele bislang ungenutzte Anwendungsfelder, quer über fast alle Industriebranchen.

Die weit entwickelte klassische industrielle Bildverarbeitung (IBV) in schwarzweiss und Farbe für Qualitätssicherung und Identifikation ist heute ein zentraler Bestandteil in allen Automatisierungsbereichen. Die zunehmenden Anforderungen zur Analyse unterschiedlicher Materialeigenschaften kann die IBV jedoch technologisch nicht abdecken. Hier setzt HSI an. Man könnte vereinfachend sagen: Das Sprichwort «Ein Bild sagt mehr als tausend Worte» wird mit der HSI-Technologie erweitert auf «hunderttausend Worte».

Ein unverwechselbarer Fingerabdruck Das menschliche Auge und die RGB-Kameras sehen die Umwelt multispektral in den Grundfarben Rot, Grün und Blau. Hy perspektrale Sensoren dagegen liefern komplexe umfangreiche Daten für eine detaillierte Differenzierung der Material oberfläche und deren chemische Zusammensetzung. HSI liefert einen unverwechselbaren «Fingerabdruck» von Materialien. In den Satelliten zur Erdbeobachtung und Weltraumforschung wird diese Technologie einschliesslich von Algorithmen der künstlichen Intelligenz schon seit Jahr zehnten erfolgreich eingesetzt. Sowohl die steigende Leistungsfähigkeit und Kompaktheit der HSI-Kameras als auch der Embedded-Computer machen diese Technologie für industrielle Anwendungen zunehmend attraktiver. Damit erweitert sich der Einsatz von HSI für viele Branchen. Die Steuerungs-, Auswerte- und Visualisierungssoftware ist heute in Bedienung und Detektionsmöglichkeiten viel komfortabler. Sie kann auch Algorithmen der künstlichen Intelligenz enthalten und bietet ein sehr breites Anwendungsfeld.

Mit der HSI-Technologie kann ein «Fingerabdruck» der Eigenschaften von Oberflächen und verschiedenen Materialien eindeutig bestimmt werden.

In der Entsorgung und im Recycling können mit HSI am laufenden Band Gefahrenstoffe wie Asbest oder der Unterschied von Polypropylen zu Polyethylen sicher für die Aussortierung detektiert werden. Bilder: Luxflux

HSI unterteilt das Spektrum vom langwel ligen Infrarot bis einschliesslich kurzwelligem Ultraviolett in mehrere hundert schmale Farbkanäle. Hyperspektrale Bilder werden durch bildgebende Spektroskopie erzeugt und beinhalten sehr grosse Datenmengen. Das ermöglicht das Klassifizieren, Identifi zieren und Quantifizieren von Materialien in den Industrien Entsorgung, Recycling, Oberflächentechnik, Lebensmittel, Kunststoff, Verpackung, Pharma und in der Landwirtschaft. Spektroskopie ist die Wissenschaft von den Eigenschaften des Lichtes, das von Materialien absorbiert oder reflektiert wird. Ein Gitter oder Prisma splittet das Licht im Spektrometer in viele sehr schmale benachbarte Bänder auf. Die Energie in jedem Band wird im separaten Detektor in seiner Wellenlänge gemessen. Durch hunderte oder sogar tausende Detektoren kann das Spektrometer Messungen von extrem schmalen Bändern (nm-Bereich) über den gesamten Wellenlängenbereich liefern. Mit unterschiedlichen Softwaretechniken werden sogenannte hyperspektrale 3D-Datenwürfel mit zwei räumlichen Dimensionen (Fläche – x,y) und einer spektralen Dimension (Lamda) als «Tiefe» erzeugt.

Kontakt LuxFlux GmbH Geschäftsführer Marc Henzler Gerhard-Kindler-Strasse 13 D-72770 Reutlingen +49 7121 6963600 www.luxflux.de

Zerstörungsfreie Shearografie

KI erhöht die Benutzerfreundlichkeit

Die Shearografie ist ein berührungs- und zerstörungsfreies Prüfverfahren (ZfP), das mittels Laserlicht kleinste Oberflächenverformungen messtechnisch erfassen kann. Diese Oberflächenverformungen werden durch extern aufgebrachte mechanische oder thermische Belastungen erzeugt und sind abhängig von der inneren Struktur des Bauteils bzw. vorhandenen Fehlstellen. Im Ergebnis lassen sich interne Defekte wie z. B. Poren und Risse erkennen oder die Haftungsqualität von Klebverbindungen zerstörungsfrei beschreiben.

Die Durchführung der Messungen und die Interpretation der Ergebnisse erfordern aktuell jedoch spezielles Fachwissen. Dies schränkt die Akzeptanz des Verfahrens bei Nutzern ausserhalb des akademischen Umfeldes oftmals ein. Daher arbeiten das Kunststoff-Zentrum SKZ und das Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden gemeinsam an der Erhöhung der Benutzerfreundlichkeit durch eine Automatisierung der Messeinstellung, -durchführung und Ergebnisinterpretation mit Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI). Somit soll vor allem kleinen und mittleren Unternehmen der direkte Zugang zur Shearografie erleichtert werden. Die im Rahmen des Projektes genutzten Methoden des DeepLearnings als eine Form des Maschinellen Lernens bieten die Möglichkeit, charakteristische Merkmalsmuster von Defekten weitgehend benutzerunabhängig zu extrahieren und zu klassifizieren. Moderne Algorithmen erreichen bisweilen die Genauigkeit des menschlichen Sehvermögens und finden immer häufiger Anwendung in alltäglichen Problemstellungen (Autonomes Fahren, Spracherkennung, etc.). Ein weiterer Vor

bereitung, das Training des Deep-Lear ning-Netzwerks und eine automatisierte Erkennung von internen Defekten in Faserverbundkunststoffen (FVK) entwickelt und umgesetzt. Die Detektion von Defekten unterschiedlicher Grösse, Form und Lage in FKV-Platten ist nunmehr innerhalb von wenigen Sekunden möglich.

Bild: SKZ

Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) bieten bei der Shearografie die Möglichkeit, charakteristische Merkmalsmuster von Defekten weitgehend benutzerunabhängig zu extrahieren und zu klassifizieren.

teil des Maschinellen Lernens ist ausserdem die mit steigender Anzahl durchgeführter Messungen stetig verbesserte Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Defekterkennung.

Fehler in FVK innerhalb von Sekunden entdecken Mithilfe kommerziell verfügbarer Software wurden bei den Projektpartnern in den letzten Jahren Methoden der DatenaufDas Vorhaben (Nr. 19345 BG) wurde über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Kontakt SKZ Pierre Pfeffer Frankfurter Strasse 15–17 D-97082 Würzburg +49 931 4104-0 www.skz.de