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Kurzfassung

Die Erfindung dient der berührungslosen und rückwirkungsfreien Messung des Emissionsgrades von Oberflächen mittels eines 3D-Thermografie-Messsystems.

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Hintergrund

Die bildgebende (2D-) Infrarotthermografie ist eine weit verbreitete Methode zur berührungslosen Messung von Oberflächentemperaturen. Neuere Verfahren zur gleichzeitigen Messung von Temperatur und Geometrie (3D-Thermografie) wurden im Laufe der letzten Jahre entwickelt. Dabei ist der Emissionsgrad ε der zentrale Faktor zur Umrechnung der Strahlungsmesswerte einer Thermografiekamera in die Oberflächentemperatur. Er muss für korrekte Temperaturmessungen bestimmt werden und ist ein global einheitlicher Einstellparameter bei Infrarotkameras. In der industriellen Praxis wird ε in der Regel aus Tabellenwerken abgeschätzt oder mittels Referenzlacken und –klebern, Bohrlöchern oder berührender Referenzmessung an einer kleinen Anzahl an Orten ermittelt.

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Bilder & Videos

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Lösung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, 3D-Thermogramme zu erstellen, bei denen der Emissionsgrad aus den Daten des Messsystems automatisch bestimmt wird. Das vorgestellte Verfahren basiert dabei auf einer Gesamtvorrichtung bestehend aus einem 3D-Thermografie-Messsystem und einem Emissionsgrad-Schätzverfahren. Dabei wird die Abhängigkeit des Emissionsgrades vom Betrachtungswinkel ausgenutzt. Basierend auf den Strahlungsmesswerten, den aus den 3D-Thermogrammen rekonstruierten Zenitwinkeln sowie den physikalischen Modellen der Fresnel’schen Gleichungen und radiometrischen Kalibrierfunktion werden die optischen Konstanten (Brechungsindex n und Extinktionskoeffizient k) der Objektoberflächen ermittelt. Aus diesen kann auf den Emissionsgrad und somit die entsprechende absolute Oberflächentemperatur zurückgerechnet werden. Bei ausreichenden Datenmengen ist die Berechnung des Emissionsgrades 3D-ortsaufgelöst möglich.

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Vorteile

• Automatisierbare, berührungslose und nicht-invasive Emissionsgrad-Bestimmung
• Nutzerrückmeldung über Vertrauenswürdigkeit der Messwerte
• Ortsaufgelöste Bestimmung des Emissionsgrades möglich, besonders wichtig für korrekte Temperaturermittlung bei Objekten mit inhomogenen Oberflächen
• Bestimmung direkt während der Messung möglich, keine zusätzlichen Messungen erforderlich
• Liefert in Verbindung mit gleichzeitiger Messung der 3D-Geometrie des Objekts quantitativ korrekte 3D-Thermogramme ohne Vorwissen über Objektoberflächen oder berührende Messung
• Reduzierung des systematischen Messfehlers im Vergleich zur Nutzung von Tabellenwerken oder Kameravoreinstellungen

 

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Anwendungsbereiche

Temperaturmessung mit Wärmebildkameras