Digitale Bildverarbeitung im Labor

Es ist noch nicht lange her, da wurden Proben in Labors und QS-Abteilungen noch in „analoger“ Form dokumentiert und in teils aufwändiger Handarbeit ausgewertet. Viele in der Werkstoffprüfung geltende Industrienormen sind jahrzehntealt und beschreiben damals übliche Vorgehensweisen, werden aber inzwischen den aktuell verfügbaren Technologien angepasst. Daher ist immer häufiger die Digitaltechnik auch in Bereichen wie Mikroskopie und Materialografie das Mittel der Wahl.

In den letzten 10 Jahren wurden die vielfach vorhandenen analogen Bildquellen (niedrig auflösende CCD-Kameras mit Videomonitor und Thermoprinter) sukzessive abgelöst und durch moderne Imaging-Systeme ersetzt. Ein solches ist bspw. die dhs-Bilddatenbank^®, ein modular aufgebautes System für die digitale Bildverarbeitung. Es vereinigt moderne Software (u.a. SQL-Datenbank, Bildanalyse-Tools und Dokumentationsmöglichkeiten) mit professionellen Hardware-Komponenten, wie etwa hochauflösende Mikroskopkameras und Analysen-Komplettgeräte (bestehend aus Optik, Beleuchtung und Präzisionsverfahrtischen). Um die Lösung der dhs Solution GmbH für einen größtmöglichen Anwenderkreis verfügbar zu machen, ist sie nicht nur modular aufgebaut und somit frei zu konfigurieren, sondern auch auf die jeweilige Unternehmensgröße skalierbar. Verwendbar ist das System also stand-alone genauso wie in großen Firmennetzwerken auf allen aktuell unterstützen Windows™-Betriebssystemen – inklusive 64-Bit-Fähigkeit. Die hier beschriebene Software der hessischen Firma dhs ist eine der ersten am Markt eingeführten Programme und mit inzwischen vielen tausend Lizenzen sehr weit verbreitet. Bereits seit den frühen 90er-Jahren wurden diese Systeme weltweit installiert.

Für komplette Arbeitsabläufe

Seit vielen Jahren setzt das in Aalen (Baden-Württemberg) ansässige Dienstleistungslabor vohtec die dhs-Bilddatenbank^® ein. An mehr als zehn Arbeitsplätzen werden bei der Bearbeitung von Kundenproben komplette Arbeitsabläufe von A-Z in diesem System abgewickelt. Gernot Kolb, Mitarbeiter im Technischen Vertrieb, beschreibt sein Unternehmen: „Wir sind Dienstleister für die zerstörende und zerstörungsfreie Werkstoffprüfung im Bereich Metalle und Keramiken. Unser Spektrum umfasst alle gängigen Werkstoffuntersuchungen bis hin zu Korrosionstests und Klimasimulationen. Wir sind weltweit für Kunden tätig und bieten auch Vor-Ort-Services an. Ebenso sind wir ständig an Forschungs- und Bildungsprojekten beteiligt und arbeiten mit Hochschulen zusammen. Wir bilden Werkstoffprüfer in allen Lehrjahren aus.“ Die Kundenkreise von vohtec sind breit aufgestellt – Steffen Hönig (Laborleiter und GF) erläutert dies näher: „Luftfahrt, Schiffsbau (Motoren, Getriebe), Medizintechnik, Offshore-Energieanlagen, Maschinenbau, Hoch-/Tiefbau, Werkzeugbau, Holz- und Metallwerkzeuge, Stahl- und Aluminiumwerke auf der ganzen Welt, Stahl- und Metallhandel, Schmieden, Gießereien und so weiter – wir sind stolz auf diese lange Liste!“

vohtec führt dabei umfassende Prüf-, Analysen- und Dokumentationsaufgaben für seine Kunden durch und nutzt das dhs-System in allen Arbeitsstufen: Nach der Probenannahme, -aufbereitung und -präparation werden zunächst Bilder der relevanten Bereiche aufgenommen. Dazu werden von den Metallurgen und Fachkräften Stereo- und Lichtmikroskope verschiedener Hersteller verwendet, genauso wie auch Makro-Einrichtungen, Rasterelektronenmikroskope u.a.m. Die Abspeicherung und anschließende bildanalytische (softwaregestützte = automatisierte) Auswertung erfolgt dann im dhs-System, das wegen seiner einfachen Bedienbarkeit geschätzt wird. In dieser Datenbank werden aber nicht nur Bilder von dhs-Mikroskopkameras archiviert, es werden auch eine ganze Reihe anderer Gerätschaften angebunden – bspw. um reibungslos Härteprüf-Resultate, Ergebnisse/Daten aus Zug- und Kerbschlag-Biegeversuchen, Korrosionsuntersuchungen, REM-Aufnahmen und Spektralanalysen zu integrieren.

Modulares System

Hauptaufgabenstellungen, die mit der dhs-Bilddatenbank^® gelöst werden, skizziert Christian Dietermann, Geschäftsführer von dhs, so: „Unser Kunde nutzt die volle Bandbreite der Software. Man hat sämtliche Kundendaten im dhs-System hinterlegt, dokumentiert in der Datenbank makroskopische und mikroskopische Bilder, die man zudem maßlich auswertet und mittels innovativer Softwaremodule bildanalytisch untersucht. Zusammen mit den Ergebnissen aus anderen Laborgeräten wird alles zentral an einer Stelle archiviert. Das erleichtert die spätere Berichtserstellung per Knopfdruck ganz enorm. Selbst komplexe Prüfprotokolle sind hiermit eine Sache von Sekunden, denn alle notwendigen Bilder, Daten, Texte und Auswerte-Ergebnisse werden selbsttätig zu Word- oder PDF-Dokumenten zusammengestellt.“ Erleichtert wird die Integration in die existierenden Arbeitsabläufe des Dienstleistungslabors durch die gute Anpassbarkeit und hohe Flexibilität der Software. Auf einfache Art und Weise können auch normale User – ganz ohne Programmier- oder Administrationskenntnisse – Individualisierungen vornehmen, die Routinearbeiten vereinfachen oder sogar automatisieren. Was selbstredend Ressourcen schafft und die Kosten signifikant senkt! Apropos Kosten: Da vohtec bei der Anbindung der vielfältigen vorhandenen Laborgerätschaften an die dhs-Bilddatenbank^® keinerlei Einschränkungen hinnehmen musste und somit teure Anpassungen oder gar Neuanschaffungen unnötig waren, fiel die Entscheidung für dhs als unabhängigen Anbieter leicht.

Einer der großen Kundennutzen des dhs-Systems ist, wie erwähnt, der modulare Aufbau: Exakt abgestimmt auf die individuellen Anwenderbedürfnisse (und/oder Budgets) können Software- und Hardware-Bausteine frei konfiguriert werden. Hierbei wird das Portfolio in fünf Produktgruppen unterteilt, berichtet Christian Dietermann, nämlich:

• Bildaufnahme.
• Bildarchivierung.
• Bildverarbeitung.
• Bildanalyse.
• Dokumentation.
  

Die hierin enthaltenen sogenannten „Module“ gibt es bei dhs für die unterschiedlichsten Aufgabenstellungen, z.B. den 2D-Bildvermesser, Panoramabild und Schärfe-Rekonstruktion (Bildkombination in X-/Y-/Z-Achse, u.a. zum Ausgleich mangelnder optischer Tiefenschärfe), Korngrößen-Bestimmung, automatische Schichtdicken-Messung, Partikel- und Guss-Analyse, Stahlreinheitsgrad-Bestimmung, automatische Word-Berichtserstellung mit PDF-Generator, Viewer und Lizenz-Server zur Nutzung im Firmennetz. Ergänzt wird dies durch Komplettgeräte-Lösungen (z.B. den dhs-Cleanalyzer^®) für spezielle Aufgabenstellungen wie die Restschmutzanalyse, eine im Automotivebereich stark nachgefragte Applikation.

Gerade bei den automatisierten Bildanalyse-Tools wurden herstellerseitig die einschlägigen Normen in der Programmierung berücksichtigt.

Anwenderfreundlichkeit hat im Pflichtenheft die Priorität Nummer 1. Und so war es das Ziel der Entwickler – trotz aller Komplexität, die eine vollautomatische Bildanalyse naturgemäß mit sich bringt – eine gute Performance mit einer schnell erlernbaren Programm-Oberfläche zu kombinieren, sprich unter der Maxime „so wenig Mausklicks wie möglich“ zum gewünschten Ziel zu kommen. Als weiteres Beispiel hoher Usability dienen die Kameratreiber für die dhs-MicroCam^®-Familie, die sich durch ein großes und schnelles Livebild sowie intuitive Bedienung auszeichnen.

Fazit

Die dauerhafte Archivierung von Probenbildern, Mess- und Analysenwerten sowie Protokollen ist ein ganz entscheidender Aspekt: Nur so ist eine langfristige, systemübergreifende und professionelle Nachweisführung realisierbar, die heute moderne QS-Systeme zwingend fordern. Imaging-Systeme wie das von dhs werden von vielen Dienstleistungsbetrieben genutzt, Hauptzielgruppe sind aber alle Nutzer von optischen Systemen, wie Mikroskope, Makroskope, Endoskope usw. – gleichgültig ob Klein-, Mittel- und Großbetriebe in Industrie, Life Sciences und Forschung. Die freie Programmierbarkeit, Anbindung und Weiternutzung vorhandener Standard-Komponenten (Laborgerätschaften, LIMS, PPS- und ERP-Systeme, Kundendatenbanken, IT-Infrastruktur etc.) erlaubt weitreichende Synergien und vermeidet Doppelinvestitionen. Ein umfassendes Spektrum von Software-Modulen für die Bild-Weiterverarbeitung, -Auswertung und -Analyse komplettiert die Systemlösung, ergänzt um Hardware-Komponenten und einem Dienstleistungsangebot.
Holger Dietz