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Erzeugung quantitativer 3D-Thermogramme


Kurzfassung

Die Erfindungen dienen der berührungslosen, rückwirkungsfreien und quantitativ korrekten Messung des Emissionsgrades von Oberflächentemperaturen mittels eines 3D-Thermografie-Messsystems.


Hintergrund

Die bildgebende (2D-)Infrarotthermografie ist eine weit verbreitete Methode zur berührungslosen Messung von Oberflächentemperaturen. Bei der Untersuchung von Anlagen und Maschinen werden häufig eine Vielzahl an 2D-Einzelthermogrammen erstellt, deren Zusammenhang mühevoll hergestellt werden muss. Dies erschwert die Interpretierbarkeit für den Anwender. Zudem erhält der Nutzer eines Infrarot-Messsystems bisher kein Feedback über die Vertrauenswürdigkeit der Messung, sodass bspw. Fehl- oder Falschmessungen erst bei der Analyse nach der Messung auffallen. Ferner muss der Emissionsgrad ε als zentraler Faktor für Umrechnung der Strahlungsmesswerte einer Thermografiekamera in die Oberflächentemperatur vor der Messung über Tabellenwerke abgeschätzt oder aufwändig (meist berührend oder invasiv) an einzelnen Punkten des Objekts extra gemessen werden.


Bilder & Videos


Lösung

Die Aufgaben der Erfindungen sind es, 3D-Thermogramme zu erstellen, dem Bediener des Messsystems ein Feedback zur Vertrauenswür­digkeit der Messung zu geben sowie den Emissionsgrad gleichzeitig ortsaufgelöst abzuschätzen. Das vorgestellte Verfahren basiert dabei auf einer Gesamtvorrichtung bestehend aus einem 3D-Thermografie-Mess­system, einer Projektionseinheit zur Darstellung der Messbedingungen und einem Emissions­grad-Schätzverfahren. Zur Beschreibung der Messbedingungen werden aus den Daten des 3D-Thermografiemesssystems die Entfernung und der Zenitwinkel zwischen Kamera und Messobjekt berechnet sowie der Ort des Messpunkts im Kamerabild betrachtet. Für die Schätzung des Emissionsgrades werden, basierend auf den Strahlungsmesswerten und Zenitwinkeln, die optischen Konstanten (Brechungsindex n und Extinktionskoeffizient k) anhand der physikalischen Modelle der Fresnel’schen Gleichungen und der radiometrischen Kalibrierfunktion 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.


Vorteile

    • Automatisierte Erstellung von 3D-Thermogrammen in Echtzeit während des Messvorgangs
    • Vereinfachte Messergebnisanalyse durch Kombination mit Objektgeometrie
    • Nutzerrückmeldung über Vertrauenswürdigkeit der Messwerte
    • Automatisierte, berührungslose und nicht-invasive Emissionsgrad-Bestimmung
    • Ortsaufgelöste Bestimmung des Emissionsgrades möglich, besonders wichtig für korrekte Temperaturermittlung bei Objekten mit inhomogenen Oberflächen
    • Keine zusätzlichen Messungen für quantitative Temperatur- und Geometriebestimmung erforderlich

     


    Anwendungsbereiche

    Temperaturmessung mit Wärmebildkameras


    GINo Gesellschaft für Innovation Nordhessen mbH

    Ute Emde
    0561/804-1985
    emde@gino-innovativ.de
    www.gino-innovativ.de
    Adresse
    Universitätsplatz 12
    34127 Kassel



    Entwicklungsstand

    Teststadium


    Patentsituation

    • DE 10 2019 113 691.1 anhängig
    • EP EP 20 166 616.1 anhängig
    • DE 10 2017 100 885.3 anhängig
    • EP 3 571 462 anhängig

    Kontakt | Geschäftsstelle

    TransferAllianz e. V.
    Christiane Bach-Kaienburg
    (Geschäftsführerin)

    c/o TransMIT GmbH
    Kerkrader Straße 3
    D-35394 Gießen