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Optische Messverfahren auf der LASER World of PHOTONICS 2013

Bildverarbeitung und optische Messtechnik: Für Industrie oder Medizintechnik sind photonische Technologien unverzichtbar. Und sie sind ausschlaggebend für die Qualität und Wirtschaftlichkeit. Denn Licht ist das ideale Messwerkzeug, präzise, schnell, berührungslos und flexibel. Die Weltleitmesse LASER World of PHOTONICS 2013 vom 13. bis. 16. Mai und der World of Photonics Congress vom 12. bis 16. Mai 2013 auf dem Gelände der Messe München beleuchten die aktuellsten Anwendungsmöglichkeiten.

Laser in der Messtechnik sind für die LASER World of PHOTONICS seit Messe-Premiere 1973 ein wichtiges Thema. Die Anwendungen von Licht in der Messtechnik nehmen seither kontinuierlich zu. Gemeinsam mit der industriellen Bildverarbeitung präsentieren die Laser- und Optik-Industrie vor allem in der Halle B2 die neuesten Anwendungsmöglichkeiten zur Prüfung und Qualitätssicherung.

Die Anforderungen einer modernen Industrieproduktion lassen sich immer öfter nur noch mit automatischen Bildverarbeitungssystemen erfüllen: Um beispielsweise hohe Qualität und Sicherheit zu garantieren, muss oft jedes einzelne Teil rückverfolgbar geprüft werden - und das bei höchsten Geschwindigkeiten. Auch die zunehmende Automatisierung wird in vielen Fällen erst möglich, wenn Roboter das Sehen "lernen". Dabei befinden sich die Anwender auf dem Gratwandel zwischen maximaler Flexibilität und Leistungsfähigkeit der Systeme auf der einen und einer möglichst einfachen Bedienbarkeit auf der anderen Seite.

In der Bildverarbeitung nimmt daher der Einsatz von Vision-Sensoren deutlich zu, die die Lücke zwischen reinen Sensoren wie Lichtschranken und komplexen Bildverarbeitungssystemen füllen, heißt es beim Waldbronner Unternehmen Polytec. Ihr Vorteil: Dank einfacher Bedienung und einer auf die wichtigsten Auswerte-Algorithmen und intuitive Verknüpfung der Teilergebnisse beschränkten Ergebnisausgabe können auch Nichtexperten Vision-Sensoren parametrisieren. Dabei gehen die vielfältigen Möglichkeiten, etwa die freie Auswahl von Objektiven und Beleuchtungen, nicht verloren.

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Vision-Sensoren als einfach bedienbare Alternative

Noch höhere Geschwindigkeit gegenüber dem Vorgängermodell und entscheidende Verbesserungen für Anwendungen im Low-Light-Bereich bietet diese electron multiplying-CCD-Kamera. (Bild: Hamamatsu)

Entsprechende Vision-Sensoren präsentiert Polytec auf der LASER World of PHOTONICS. Anwendungsbereiche sind unter anderem die Anwesenheits- und Positionskontrolle für Bauteile, Vollständigkeitsprüfung, Teileerkennung und  -unterscheidung. Einsparungen im Vergleich zu herkömmlichen Bildverarbeitungssystemen ergeben sich durch geringere Hardware-Kosten sowie Zeit- und Ressourceneinsparungen infolge der einfachen Bedienung.

Andreas Schaarschmidt, Geschäftsführer SVS-VISTEK, nennt als nächste Performance-Stufe die "Smart-Kameras, die bereits eine deutlich größere Bandbreite der Vision-Applikationen abdecken". Allerdings erfordern sie oft auch eine gründliche Einarbeitung oder Schulung in die Bedienoberfläche und das Tool-Set sowie Erfahrungen im Umgang mit Licht und Optik.

Die größte Flexibilität biete aber nach wie vor das klassische Bildverarbeitungssystem aus kompakter Industriekamera und einem PC. Das Handling allerdings erfordere sehr erfahrene Spezialisten. Hier ist laut Schaarschmidt Besserung in Sicht: "Moderne Kamerakonzepte machen es dem Anwender nun auch in der höchsten Performance-Klasse leicht, den Anschluss an den PC, der Lichtsteuerung und sogar der Objektive zu finden." Die Systek-Systeme etwa böten einfache, feldtaugliche Verkabelung sowie eine immer intuitivere Software. Und die Kameras übernehmen nicht nur die gewünschte Bildaufnahme, sondern steuern oder treiben sogar direkt LED-Lampen und auch Auswerfer oder Aktoren. Schaarschmidts Fazit: "Mit diesem Konzept liegt das Ziel eines frei skalierbaren PC-Vision-Sensors schon recht nahe."

Bildverarbeitung unterstützt Biotechnologie und Medizintechnik

Neben klassischen Industrieanwendungen erhält die Bildverarbeitung aber auch in Biotechnologie und Life-Sciences eine immer größere Bedeutung, wie Bertram Lohmüller, Sales Engineer Systems bei Hamamatsu Photonics Deutschland betont. Er nennt als wichtige Anwendungsbereiche die Herstellung von Medikamenten, die Diagnostik, speziell in der Augenheilkunde sowie die flächige und somit schnelle DNA-Analyse in der Gentechnik. Dem trägt Hamamatsu mit zwei neuen Kameras für die zuverlässige und schnelle Erfassung zellbiologischer und pharmazeutischer Phänomene in Forschung und industrieller Produktion Rechnung.

Die für viele Mikroskopieanwendungen prädestinierte ORCA-Flash4.0 V2 ist eine 4-Megapixel Kamera mit scientific CMOS-Sensor, die neue Funktionen wie zwei Scan-Geschwindigkeiten, einen Auslesemodus für light-sheet-Mikroskopie sowie USB 3.0 und CameraLink-Schnittstellen vereint. Höhere Geschwindigkeit gegenüber dem Vorgängermodell und Verbesserungen für Anwendungen im Low-Light-Bereich bietet die electron multiplying-CCD-Kamera (EM-CCD) ImagEM X2.

Optische Messverfahren: Interferometrie prädestiniert für die Schwingungsanalyse

Im Bereich der nicht bildgebenden Messtechnik entwickeln sich speziell die berührungslosen, optischen Messverfahren rasant. Beispielhaft nennen Experten des Unternehmens Polytec interferometrische Messverfahren wie die Laser-Doppler-Vibrometrie als vielseitigstes und leistungsfähigstes Verfahren zur Schwingungsmessung oder auch die Weißlichtinterferometrie für die Messung von beispielsweise technischen Funktionsflächen in der industriellen Qualitätskontrolle. Polytec präsentiert unter anderem mit dem PSV-500 die neueste und leistungsfähigste Generation seiner Scanning-Vibrometer zur optischen, berührungslosen Erfassung und Analyse von Schwingungen.

Ebenfalls ein interferometrisches System stellt der Aussteller attocube systems vor. Der glasfaserbasierte Wegsensor erfasst Positionsveränderungen von bis zu drei Objekten gleichzeitig. Dabei deckt er Abstände bis zu 40 cm ab und liefert eine Auflösung im pm-Bereich und verfolgt Objekte, die sich mit bis zu 1 m/s bewegen.

Optische Messtechnik auf dem World of Photonics Congress

Den aktuellsten Forschungsergebnissen und Trends der optischen Messtechnik widmet sich auch die Konferenz "Optical Metrology" im Rahmen des World of Photonics Congress. In den Subkonferenzen werden bei dieser von der SPIE Europe veranstalteten Tagung verschiedene Teilbereiche gezielt beleuchtet. Beispielsweise die Anwendungen in Industrie, Kunst, Architektur und Archäologie oder bei der Untersuchung und Klassifizierung von Biomaterialien.

Die von der SPIE Europe veranstaltete Konferenz "Optical Metrology" legt seinen Schwerpunkt auf die neuesten Forschungen in der optische Messtechnik, Videometrie und maschinellen Bildverarbeitung mit Anwendungen zur Lösung von Problemen bei Messungen und Prüfungen in den Bereichen Industriekonstruktionen und Fertigungstechnik, Fahrzeugnavigation, Multimedia-Technologie, Architektur, Archäologie und Kunst.

Besonders hervorgehoben werden model-basierte, remote und aktive Lösungsansätze, Sensor-Fusion, Roboter-Führung, Bildsequenzverarbeitung und Szenenmodellierung sowie der Erhalt unseres gemeinsamen kulturellen Erbes.

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