Von universitärer Forschung zur technologischen Vermarktung

Das AIT Austrian Institute of Technology ist Österreichs größte Einrichtung für angewandte Forschung und versteht sich als hochspezialisierter Forschungs- und Entwicklungspartner für die Industrie und Wissenschaft. Das Leistungsportfolio umfasst in erster Linie die Umsetzung von Technologien, Entwicklung neuer Methoden und Tools sowie die Realisierung von Prototypen, in Kooperation mit Industriebetrieben.

Für die Zusammenarbeit zwischen Industrie und angewandter Forschung stellen sich häufig folgende Fragen: Welche Art der Zusammenarbeit ist für das jeweilige Unternehmen ideal? Welche Intensität der Zusammenarbeit ist sinnvoll? Welche Fördertöpfe können gegebenenfalls genutzt werden – und wie groß ist dabei der administrative Overhead? Das AIT kann auf langjährige Erfahrung in der Auswahl der optimalen Art der Zusammenarbeit zurückgreifen. Größe und Bedürfnisse der Unternehmen sowie Industriepartner sind für die Wahl der Kooperationsform entscheidende Faktoren.

Thema, Projekt und Unternehmen müssen zusammenpassen

Die direkte Beauftragung durch ein Unternehmen stellt sich immer dann als geeignete Lösung dar, wenn es um schnell zu realisierende Lösungen, geringen administrativen Overhead, direkten Know-how-Zugang sowie verhandelbare IPRs (Intellectual Property Rights) geht. Meist wird diese Kooperationsform von großen Unternehmen genutzt. Kleinere Unternehmen favorisieren oft die Zusammenarbeit im Rahmen von geförderten Projekten, da hier von den Unternehmen geringere Kosten zu tragen sind und dadurch das Risiko minimiert wird. Diese Form der Zusammenarbeit erleichtert somit den Einstieg in eine längerfristige Kooperation. Die ausgeprägte Branchen- und Technologieaffinität des AIT ist Basis für viele erfolgreiche Neu- und Weiterentwicklungen und unterstützt damit seine Kunden und Partner ihre Marktposition zu bestärken oder aufzubauen. Nicht nur Größe und Bedürfnisse der Unternehmen, sondern auch deren Marktpositionierung in Bezug zur angebotenen Technologie beeinflusst die Wahl des Kooperationsmodells. Ist die vom AIT angebotene Technologie eher ein „Enabler“, dann entsteht oft eine punktuelle Zusammenarbeit. Wird die Technologie jedoch im Kerngebiet des Unternehmens eingesetzt, haben sich strategische Partnerschaften oftmals als extrem tragfähig und ertragreich für das Unternehmen erwiesen.

Systemverständnis als Innovationsmotor

Das Center for Vision Automation & Control hat sich auf drei Forschungsbereiche spezialisiert: 3D Vision and Modeling, Complex Dynamical Systems und High Performance Vision.

Der Fokus liegt vor allem auf Themen wie autonome Maschinen und Assistenzsystemen, High-Performance Qualitätsinspektionen, Mechatronik und Robotik sowie Digitalisierung und Automatisierung von Produktionssystemen. Für die Kunden von wesentlichem Vorteil sind die engen synergetischen Verknüpfungen zwischen tiefgehenden wissenschaftlichen Methoden und technologischen Expertisen. Dabei reicht das Portfolio von der Beratung über die mittel- und langfristige strategische Forschungszusammenarbeit, die Entwicklung von Prototypen bis hin zur Unterstützung bei der industriellen Umsetzung und Anwendung. Durch enge Kooperationen, langjährige Erfahrungen und fachspezifisches Know-how werden nicht nur effiziente Implementierungen neuer Software geboten, sondern auch dedizierte Hardwarelösungen. Besonders Augenmerk liegt auf der ganzheitlichen Systembetrachtung und Systemverständnis. Erst dadurch kann für das Unternehmen ein langfristiger Innovationsvorsprung erzielt werden.

Konkrete Anwendung als Technologietreiber

Konkret wird in der Competence Unit High Performance Vision an Technologien für 2D- und 3D- Oberflächeninspektionen gearbeitet, die vor allem in der Qualitätsprüfung von Banknoten, Schienen und Straßen zum Einsatz kommen. Hierbei werden die Testobjekte in Höchstgeschwindigkeit von Kameras erfasst und auf Qualität und sicherheitsrelevante Eigenschaften überprüft. Insbesondere im Bereich der automatisierten optischen Qualitätskontrolle von Sicherheitsdokumenten wie Banknoten, ID Cards, Reisepässen etc. hat sich das AIT als erfolgreicher Player am Markt positioniert.

Eines dieser Verfahren ist das Inline Computational Imaging (ICI). ICI wurde spezielle für die Inline-Inspektion entwickelt und kombiniert neue Methoden der Bilderfassung mit smarten Algorithmen. Ziel ist es unabhängig von den Oberflächeneigenschaften der Materialien eine schnelle, genaue und flexible Prüfung sowohl der 3D-Geometrie als auch der Textur (Farbbild) durchzuführen. Glänzende, matte und dunkle Materialien sollen gleichzeitig prüfbar sein. Dafür kombiniert ICI die Vorteile von Lichtfeld- und photometrischem Stereoverfahren in einem kompakten System. Das System besteht aus lediglich zwei Beleuchtungsquellen und einer Multizeilen-Kamera. Das macht die Methode im Vergleich zu anderen Lösungen, wie z.B. der Verwendung von Kameraarrays oder eines Lichtdoms, kleiner, billiger und weniger wartungsintensiv. Während des Aufnahmeprozesses wird das untersuchte Objekt an der Multizeilen-Kamera und den Beleuchtungsquellen vorbeibewegt und nach und nach aufgenommen. Dabei sieht jede Zeile der Multizeilen-Kamera das Objekt unter einem anderen Winkel. Dadurch wird jeder Bildpunkt mehrmals, jeweils in verschiedenen Betrachtungs- und Beleuchtungsrichtungen aufgenommen.

Die mit dem ICI-Verfahren aufgenommenen Lichtfelddaten enthalten somit weit mehr Informationen über das Prüfobjekt als dies bei herkömmlichen Inspektionssystemen der Fall ist. Speziell darauf abgestimmte Hochleistungsalgorithmen berechnen aus den Lichtfelddaten in Echtzeit detailgetreue Tiefeninformationen (3D-Punktewolke), optimierte Farbbilder (ICI-Farbbilder) und ermöglichen Materialklassifikation auf Basis unterschiedlicher Reflexionseigenschaften. ICI-Farbbilder können speziell an die Anforderungen der Aufgabenstellung angepasst werden. Oft verwendet werden Bilder mit Glanz- oder Schattenunterdrückung, erhöhtem Dynamikbereich (high dynamic range) und erhöhtem Tiefenschärfenbereich (all-in-focus). Verglichen mit Aufnahmen von Standardkameras, sind ICI-Farbbilder kontrastreicher, rauschärmer, schärfer und ermöglichen dadurch eine bessere und robustere Fehlererkennung. Zudem eignet sich das Verfahren besonders gut für die automatisierte optische Inspektion von hoch komplexen Sicherheitsmerkmalen wie Hologramme, Kippeffekt und Mikroschrift.

Alle ICI-Algorithmen inkl. der 3D-Rekonstruktion arbeiten weitgehend unabhängig von den Oberflächeneigenschaften der Prüfobjekte und können für glänzende wie matte, texturierte wie untexturierte Objekte verwendet werden. Abweichungen im Mikrometerbereich werden robust erkannt. Aufgrund der dynamisch wählbaren Bildvergrößerung sowie Anzahl und Position der Betrachtungswinkel ergibt sich die hohe Flexibilität der ICI-Methode. Somit kann der Anwender den Grad zwischen Genauigkeit und Geschwindigkeit individuell anpassen. Einsetzbar ist das Inline-Inspektionsverfahren in unterschiedlichen Bereichen der industriellen Inspektion. Sie reichen von der Elektronikfertigung über den Verpackungs- bis hin zum Sicherheitsdruck. Basis für dieses Verfahren ist die Xposure Kamera. Sie ist die derzeit schnellste Zeilenkamera (lt. AIT) und wurde speziell für Hochgeschwindigkeits-Inline-Qualitätsprüfung entwickelt. Jede der insgesamt 60 Zeilen kann einzeln ausgelesen werden, wobei eine einzelne Zeile (monochrom) mit 600 kHz und drei Zeilen (RGB) mit 200 kHz erfasst werden können. Die Einzel- und Mehrfachzeilenerfassung ermöglicht Inline-3D-Oberflächenanalysen, die sich durch computergestützte Bildverarbeitungsmethoden weiter verbessern lassen.

Der Erfolg des Inline Computational Imaging spricht für sich: Das Technologie-Netzwerk Intelligente Technische Systeme Ostwestfalen-Lippe hat das Verfahren als das Beste in seinem Bereich bewertet. Darüber hinaus ist ICI mit zahlreichen Patenten geschützt.

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AIT Austrian Inst. of Technology
Donau-City-Str. 1
1220 Wien
Österreich
Telefon: + 43 50550 4126
Telefax: + 43 505504150

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