Mit Thermografie und Bildverarbeitung Unsichtbares sehen und bewerten

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2 Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control Eine Gemeinschaftsveranstaltung der Control und der Vision Academy Erfurt. Mit Thermografie und Bildverarbeitung Unsichtbares sehen und bewerten Dipl.-Ing. Ingmar Jahr Schulungsleiter

3 Die Vision Academy Industrie-Dienstleister für industrielle Bildverarbeitung und Machine Vision Geschäftsfelder: SCHULUNG BERATUNG WISSEN Unterstützung / Begleitung von Unternehmen zum erfolgreichen Technologie-Einsatz Leitspruch: Verstehen Begreifen Anwenden effektive und fachrichtungsübergreifende Vermittlung von Praxiswissen weltweiter Aktionsradius Zielgruppe: Maschinenbauer, Produzenten, Systemintegratoren Ziele: weniger Kosten mehr Zeit mehr Sicherheit selbständiges Verstehen / Beherrschen der Technologie passgenaue Beratung / Wissen zuverlässig arbeitende Maschinen mit Bildverarbeitung zukunftsfähige Unternehmen Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control

4 Unsere Kunden Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control

5 Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control Und das erwartet Sie jetzt Das Unsichtbare Warum und wofür Wärmebild-Thermografie? Thermografie in der Praxis

6 Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control Das Unsichtbare Infrarotstrahlung liegt zwischen Bereichen des sichtbaren Lichts und der Mikrowellen µm für Thermografie wichtiger Bereich

7 Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control Die Wahrnehmung des Unsichtbaren Verschiedene Empfänger sehen verschieden V(λ)-Kurve

8 Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control Die Wahrnehmung des Unsichtbaren Strahlung bei verschiedenen Temperaturen und Materialien Mensch: Licht sehen / Wärme fühlen Kameras: Licht sehen / Wärme sehen Wärmestrahlung an Körpern bei T > 0K: Körper ist leuchtende Strahlungsquelle Raumtemperatur: IR-Eigenstrahlung 2-14 µm, besonders viel nahe 10 µm Planksches Strahlungsgesetz beschreibt Temperaturstrahler Emissionsgrad = Faktor vor Plankschem Strahlungsgesetz Gleicher Emissionsgrad: wärmerer Körper heller Gleiche Temperatur: Körper mit größerem Emissionsgrad heller

9 Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control Die Wahrnehmung des Unsichtbaren Emissionsgrad 1 - Bild der kalten Schaltung im sichtbaren Licht 2 - Infrarotbild mit Emissionsgradunterschieden (kalte Platine) 3 - Ermittlung des Emissionsgrades für jedes Pixel (kalte Platine) 4 - Infrarotbild mit korrigierten Emissionsgradwerten (kalte Platine) 5 - Temperaturbild der warmen Schaltung Quelle: Thermosensorik Erlangen

10 Die Abbildung des Unsichtbaren Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control

11 Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control Warum Wärmebild-Thermografie? berührungslos und ortsaufgelöst Temperaturen messen großer Messbereich -160 bis 2400 C Produkteigenschaften darstellen, die Temperaturänderungen hervorrufen Daten vom Inneren von Produkten / Gegenständen Verknüpfung visueller und thermischer Daten

12 Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control Wofür Wärmebild-Thermografie? Industrielle Anwendungen Erkennung nicht sichtbarer Fehler (Risse, Lunker, Ablösungen, Laminierung, Gefüge, Kerbspannung) Bewertung von Fügeverbindungen (Vollständigkeit, Dichtheit, Festigkeit beim Kleben, Schweißen, Löten) Erkennung v. Fremdkörpern / Fehlstellen / Inhomogenitäten (Lebensmittel, Solar) Funktionskontrolle / Lebensdauerprognose (Bauelemente (elektrisch, mechanisch): Wärmeübergänge, Reibungswärme Leckprüfung an Behältern Schichtdickenmessung (Folien, Schichten) Hintergrundbetrachtung durch unterschiedliche Wärmeverteilung in Körpern Nichtindustrielle Anwendungen Gefahrenabwendung (Hochspannungsleitungen, Umspannwerke) Brandvorsorge Wärmemanagement an Gebäuden Leitungssuche aller Arten Erkennung erhöhter Temperatur (SARS, Schweinegrippe auf Flughäfen) Erkennung von Entzündungen

13 Thermografie bringt es ans Licht Diffusion und Absorption von Pigmenten im NIR- Bereich Künstler hat mehrere Ausführungen probiert: Mehrere Schichten übereinander aufgetragen Position des Kopfes variiert Rechte Hand von Johannes dem Täufer wurde durch Lamm ersetzt Für menschliches Auge unsichtbar mit Thermografie erkennbar Abb. 1: Hans Memling: Tryptychon von Jan Crabbe (Städtisches Museum Vicenza) Quelle: Herzog Systemtechnik ( Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control

14 Thermografie in der Praxis Siegelnahtkontrolle an Lebensmittelverpackungen Abb. 1: Lebensmittelverpackung Nach Befüllen werden Becher und Abdeckfolie miteinander verschweißt Durch undichte Stellen verdirbt das Lebensmittel Keine berührungslose Prüfung im sichtbaren Bereich möglich Mit Thermografie können Unregelmäßigkeiten in der Siegelnaht zuverlässig detektiert werden Abb. 2: Wärmebild Becher nach Schweißprozess Quelle: Vision Kronemeyer Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control

15 Kontrolle an Lebensmittelverpackungen zu befüllende Eimer müssen rißfrei und fehlerlos mit Etikett beklebt sein Undichte Stellen veschmutzen die Abfüllanlage (Stillstandzeit für Reinigung) Da Eimer transparent ist, keine Möglichkeit der Riß und Etikettenkontrolle mit sichtbarem Licht Abb. 1: Lebensmittelverpackung Abb. 2: Wärmebild des Eimers: a) i.o. b) mit Riß c) Blasen unter dem Etikett Quelle: Vision Kronemeyer Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control

16 Füllstandskontrolle Zuverlässige Füllstandskontrolle auch bei eingefärbtem Glas und undurchsichtigem Kunststoff Abb. 1: Automatische Flaschenbefüllung Abb. 2: Wärmebild zeigt Füllstand Quelle: FLIR Systems, Inc. ( Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control

17 Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control Klebekontrolle an Umverpackungen Kostengünstige Versiegelung der Umverpackung durch Auftrag von Heißklebepunkten Bislang Kontrolle nur durch stichprobenartiges Zerstören eines Musters Abb. 1: Kartonumverpackung Mit Thermografie können Klebepunkte berührungslos sichtbar gemacht werden Klebestellen können detektiert und vermessen werden 100% Kontrolle möglich Abb. 2: Wärmebild Klebestellen Quelle: FLIR Systems, Inc. (

18 Nur Erdinger Weißbräu kommt ins Fass Abb. 1: Bierfässer werden befüllt Abb. 2: Wärmebild zeigt mit Bier gefülltes Fass Abb. 3: Wärmebild zeigt mit Lauge gefülltes Fass Reinigung der Bierfässer mit Lauge Mit Lauge gefülltes Fass hat höhere Temperatur Quelle: FLIR Systems, Inc. ( Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control

19 Produktsicherheit in der Lebensmittelindustrie Abb. 1: Visuelle Aufnahme von gekochten Hähnchenflügeln Abb. 2: Wärmebild von gekochten Hähnchenflügeln Abb. 3: Wärmebild von gebratenen Hamburgern Kontinuierliche Temperaturmessung Prüfung, ob Lebensmittel vollständig gegart sind Lebensmittel nicht verkocht oder ausgetrocknet sind Quelle: FLIR Systems, Inc. ( Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control

20 Qualitätssicherung von Solarmodulen Abb. 1: Solarmodul Abb. 2: Wärmebild zeigt Defekt in Kantenisolation Abb. 3: Defekt im Silikonmaterial lokaler Kurzschluss Defektstellen lokalisieren Mit Thermografie genaue Ursachen ermitteln Quelle: FLIR Systems, Inc. ( Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control

21 Qualitätssicherung an Fahrzeugen Abb. 1: Visuelle Aufnahme der Anlage Abb. 2: Wärmebild der Anlage Abb. 3: Wärmebild des Bauteils beim Erhitzen Autos müssen leicht und zugleich stabil sein Moderne Karosserieteile bestehen aus Metallschicht und Trägerstruktur Verklebung mittels Induktion Temperatur muss gleichmäßig verteilt und exakt eingehalten werden (Abb. 2) Prüfung der Klebeverbindung (Abb. 3) Quelle: FLIR Systems, Inc. ( Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control

22 Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control Kontrolle von Leiterplatten Detektion defekter Bauteile auf Leiterplatten Unterstützung in der Produktentwicklung durch frühzeitiges Aufdecken von Schwachstellen Sichtbarmachen von Beanspruchung und Dauerfestigkeit eines Werkstückes Abb. 1: Leiterplatte im sichtbaren Licht Abb. 2: Wärmebild der Leiterplatte Quelle: FLIR Systems, Inc. (

23 Verbindung zur klassischen Bildverarbeitung Nutzung bekannter BV-Algorithmen zur Messung von Temperatur, -verteilung, -maxima, -entwicklung, Interpretation der Intensitätswerte ist verschieden: Bild von sichtbarem Licht IR-Bild Binarisierung Schwellwert für Helligkeit Schwellwert für Temperatur Blobanalyse zusammenhänge Orte Hot / cold Spots erkennen gleicher Helligkeit Grauwerttesttest Helligkeit messen gleichfarbige Fläche Temperatur messen gleich temperierte Fläche Falschfarben Gleichfarbige Zonen = Gleichfarbige Zonen = Zonen gleicher Helligkeiten Zonen gleicher Temperatur Bilddifferenz Hellwerte / Temperaturwerte voneinander abziehen voneinander abziehen Hellanteil hellste Farbe ermitteln Temperaturmaximum ermitteln Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control

24 Verbindung zur klassischen Bildverarbeitung Bild von sichtbarem Licht IR-Bild Mustersuche Finden ähnlicher Teile Finden ähnlicher Temperaturverteilungen Kante antasten Erkennen geometrischer Orte Erkennen von Temperaturorten Konturen antasten geometrische Grenze Isotherme (Linie gleicher Temperatur) Erkennen von Temperaturgrenzen Weiterhin notwendig: thermografische Formeln für Vorverarbeitung Kalibrierung: System braucht für Temperaturmessungen Kalibrierfläche! Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control

25 Grenzen Aufnahme / Auswertung thermografischer Bilder durch Menschen ist sehr fehlerbehaftet (fehlende Kenntnisse) Fehleinstellungen / -kalibrierung des Thermokamerasystems ist häufigste Fehlerursache: Unkenntnis des Prozesses (Änderung von Materialeigenschaften) nicht sichtbarer Wechsel von Materialeigenschaften (z.b. Oxidation: Alu blank / oxidiert) falsch eingestellte Parameter (Emissionsgrad, reflektierende Temperatur) unscharfe Bilder zu kleiner Messbereich Überschätzung der Ortsauflösung (Pixelanzahl) Temperaturverlauf an doppeltem Abschirmgitter eines Plasma-Hochton-Lautsprechers Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control

26 Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control Fazit Berührungslos, zerstörungsfrei, zuverlässig Völlig neue Anwendungsfelder Messung im Inneren von Produkten Prüfung an unzugänglichen Stellen Messung an festen, flüssigen und gasförmigen Medien Erweiterung der Bildverarbeitung um die Dimensionen Temperatur und Unsichtbares Mehrkamerasysteme zur Verbindung von visueller und thermografischer Bildverarbeitung Nutzung vieler Algorithmen aus dem sichtbaren Bereich

27 Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control Schulung Beratung - Wissen Training Beratung Coaching verschiedene Anwendergruppen in Branchen verschiedene Leistungsniveaus praxisnah und neutral Anwendungsberatung Machbarkeitsuntersuchungen Lösungsworkshops Komponentenauswahl Vermittlung von Lösungspartnern Begleitung von Projekten Know-How-Aufbau Kundenservice Termine 2014 unter 27

28 Knacken Sie mit uns die harten Nüsse! Wir freuen uns auf Ihre Herausforderungen. Besuchen Sie Vision Academy Mit Thermografie Unsichtbares sehen, Control