Die mikroskopische Auswertung von Kalottenschliffen ist ein etabliertes Verfahren zur Charakterisierung von Schichtsystemen und zur Bestimmung geometrischer Kenngrößen. Die Beurteilung der erzeugten Schliffbilder erfolgt dabei häufig manuell. Insbesondere das Erkennen und Vermessen der charakteristischen Bereiche des Kalottenschliffs kann zeitaufwendig sein und ist in gewissem Maße von der Erfahrung und Einschätzung des Anwenders abhängig.
Der entwickelte Demonstrator zeigt, wie eine automatisierte bildbasierte Auswertung von Kalottenschliffen umgesetzt werden kann. Ziel ist es, relevante Bereiche eines mikroskopischen Schliffbildes automatisch zu erkennen, voneinander abzugrenzen und für eine anschließende quantitative Auswertung bereitzustellen. Dadurch soll demonstriert werden, wie Methoden der digitalen Bildverarbeitung bestehende Prüf- und Auswerteprozesse unterstützen und deren Reproduzierbarkeit verbessern können.
Als Eingangsdaten dienen digitale Mikroskopaufnahmen des Kalottenschliffs. Das prototypisch implementierte Auswerteprogramm verarbeitet das Bild zunächst durch geeignete Vorverarbeitungsschritte. Hierzu gehören beispielsweise die Glättung des Bildes sowie die Analyse von Helligkeits- und Kontrastunterschieden. Anschließend werden die für den Kalottenschliff charakteristischen, annähernd konzentrischen Bereiche erkannt und segmentiert. Neben dem Hintergrund können dabei drei unterschiedliche Schliffbereiche automatisiert voneinander getrennt werden.
Eine besondere Herausforderung stellen typische Bildmerkmale wie Schleifriefen, Poren, lokale Verschmutzungen, Reflexionen oder schwankende Helligkeiten dar. Diese können eine rein pixelbasierte Auswertung erheblich beeinflussen. Der Demonstrator kombiniert deshalb die Grauwertanalyse mit geometrischen Informationen über die Form und Lage der einzelnen Bereiche. Erkannte Grenzverläufe werden entsprechend der typischen Geometrie eines Kalottenschliffs stabilisiert. Auf diese Weise können die wesentlichen Bereichsgrenzen auch bei vorhandenen lokalen Bildstörungen zuverlässig hervorgehoben werden.
Das Ergebnis der Analyse wird sowohl als Segmentierungsbild als auch als überlagerte Darstellung auf dem ursprünglichen Mikroskopbild ausgegeben. Die verschiedenen Bereiche können dabei farblich gekennzeichnet und die ermittelten Grenzlinien direkt im Ausgangsbild dargestellt werden. Zusätzlich stehen die einzelnen Bereiche als separate Masken beziehungsweise Klassen für eine weiterführende quantitative Auswertung zur Verfügung. Daraus lassen sich beispielsweise Durchmesser, Radien, Flächenanteile oder weitere geometrische Kenngrößen automatisiert bestimmen.
Der Demonstrator verdeutlicht damit exemplarisch das Potenzial einer digitalen und automatisierten Auswertung in der Werkstoff- und Schichtprüfung. Gegenüber einer ausschließlich manuellen Bildauswertung können wiederkehrende Arbeitsschritte vereinheitlicht, der Auswerteaufwand reduziert und subjektive Einflüsse verringert werden. Gleichzeitig können die erzeugten strukturierten Daten für eine weiterführende Dokumentation, statistische Auswertung oder Qualitätssicherung genutzt werden.
Die prototypische Implementierung dient insbesondere dazu, Möglichkeiten und Grenzen einer automatisierten Kalottenschliffauswertung praxisnah aufzuzeigen. Das zugrunde liegende Konzept kann perspektivisch auf unterschiedliche Werkstoffe, Schichtsysteme und Aufnahmebedingungen erweitert sowie in bestehende Prüf- und Dokumentationsprozesse integriert werden. Der Demonstrator bildet damit einen möglichen Ausgangspunkt für eine durchgängig digitale und reproduzierbare Auswertung mikroskopischer Kalottenschliffaufnahmen. Das System arbeitet mit einem allgemeinen KI-basierten Segmentierungsmodell. Hier besteht erhebliches Verbesserungsportal indem ein spezialisiertes KI-Modell für die Analyse der Kalottenschliffe trainiert oder ein allgemeines Modell mittels Transfer-Learning angepasst wird.
Detailbeschreibung