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Kurzfassung

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

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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.

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Bilder & Videos

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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.

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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

 

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Anwendungsbereiche

Temperaturmessung mit Wärmebildkameras