Buchanan Systems GmbH

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1 Eine Gemeinschaftsveranstaltung von Messe Vision und der Vision Academy Erfurt. Thermografie und Bildverarbeitung in der Automatisierung Dipl.-Ing. David Buchanan

2 Buchanan Systems GmbH Spezialisiert auf Bildverarbeitungslösungen: - Lösungskonzepte - Komponentenauswahl - Inbetriebnahme - Lösungen mit Kamera, Optik, Beleuchtung, Vision Sytems Systempartner des Komponentenspezialisten Vision & Control GmbH, Suhl Hauptkunden: Maschinenbauer / Produzenten der Automobilzulieferindustrie und der Photovoltaik Standort in Thüringen mit 8 Mitarbeitern Gründung in 2004 Diverse Applikationen in der Fertigungsumgebung Vision Academy / Thermografie, Vision Vorstellung Vision Kronemeyer Geschäftsbereiche Machine Vision Technische u. industrielle Bildverarbeitung Prüfanlagen / Qualitätsbarriere Eigenständige Prüfung Thermografie Gebäudethermografie Erfahrungen Lightning Vision Kronemeyer Münchinger Str. 23a D Stuttgart Tel. +49 (0) 711 / Fax +49 (0) 711 / Technische und industrielle Wetterleuchten Hervorheben durch Licht Effektbeleuchtung Blitzen mit industrieller Bildverarbeitung seit 1986 seit 1999: Bildverarbeitungsapplikationen, Anwendung technischer Thermografie 4 Vision Academy, Erfurt

3 Referenzen Vision Academy / Thermografie, Vision Und das erwartet Sie jetzt Was ist Infrarot? Spektren unterschiedlich warmer Körper Die Wärmebildkamera und Ihre Funktionsweise Warum Thermografie? Das Unsichtbare sehen und bewerten? Thermografie in der Praxis Vision Academy Thermografie, Vision

4 Was ist Infrarot? Infrarotstrahlung liegt zwischen Bereichen des sichtbaren Lichts und der Mikrowellen Vision Academy Thermografie, Vision Spektren unterschiedlich warmer Körper Raumtemperatur: IR-Eigenstrahlung 2-14 µm, besonders viel nahe 10 µm Intensität und spektrale Verteilung der IR-Strahlung abhängig von Temperatur und Emissionsgrad (Planksches Strahlungsgesetz) 8 Thermografie, Vision 2014

5 Kennlinien Bildaufnehmer sichtbares Licht: CCD oder CMOS (klass. Halbleiter: dotiertes Silizium) Kennlinie für gesamten Sensor angegeben 8 10 bit Helligkeitsauflösung typisch breites Objektivspektrum Wie funktioniert Thermografie? Bildaufnehmer Wärmestrahlung (IR): InSb, Indium-Antimon, Vanadiumoxid in Mikrobolometern Intensitätsunterschied 1 K sehr gering große dynamische Auflösung nötig, mindestens 12 bit große Bandbreiten Digitalisierung in Kamera NIR / SWIR besonders günstig preiswerte Standardkomponenten aus VIS nutzbar für Temperaturen > 400 o C möglich Multispektralkameras für kombiniert VIS / NIR verfügbar Bolometerchips auf Wafer (Quelle: FLIR) Vision Academy, Erfurt 9 Arten von Wärmebildkameras Material Empfindlich von Empflich InGaAs 900nm 2500nm Indium-Antimon 1000nm = 1µm 5000nm = 5µm Cadmium-Quecksilber-Tellurid (MCT) 3000nm 5000nm = 5µm Mikrobolometer 7µm 14µm Silicium CMOS 350nm 1150nm Silicium CCD nm Vision Academy Thermografie, Vision

6 Emissionsgrad - Beispiel 80% - Was heißt das? Emissionsgrad : Faktor vor Plankschem Strahlungsgesetz Emissionsgrad gleich: wärmerer Körper strahlt intensiver Temperatur gleich: Körper mit größerem Emissionsgrad strahlt intensiver 100% 20% 80% Austretende Wärmestrahlung 80% 100% 20% Fremdstrahlung Je niedriger der Emissiongrad desto stärker spiegelt der Körper! Vision Academy Thermografie, Vision Emissionsgrad Quelle: Material Bei Temperatur Emmisionsgrad (ca.) Aluminiumfolie 70 C 3% - 6% Aluminiumblech stumpf aufgeraut 70 C 97% Eisen, gewalzt 70 C 55% Stahl, unbehandelt 70 C 30% Stahl, gewalzt 700 C 45% Stahl, oxidiert 60 C 85% Stahl, sandgestrahlt 700 C 70% Kunststoffe 70 C 91-95% Glas 60 C 1-3% Objekte mit gleicher Temperatur aber unterschiedlichem Emissionsgrad sehen im Wärmebild stark anders aus Temperatur messen ist fast unmöglich, da sich der Emissionsgrad ändert Vision Academy Thermografie, Vision

7 Warum Thermografie? Berührungslos, zerstörungsfrei, zuverlässig Völlig neue Anwendungsfelder Emissionsgradunterschied kann genutzt werde Temperaturunterschied kann als Kontrast genutzt werden (erwärmenden, abkühlenden Prozessen) Messung im Inneren von Produkten Prüfung an unzugänglichen Stellen Messung an festen, flüssigen und gasförmigen Medien Erweiterung der Bildverarbeitung um die Dimensionen Temperatur vicosys Mehrkamerasysteme zur Verbindung von visueller und thermografischer Bildverarbeitung Vision Academy Thermografie, Vision 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 Thermografie, Vision

8 Thermografie in der Praxis 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 Thermografie, Vision Thermografie in der Praxis Klebekontrolle an Umverpackungen Abb. 1: Kartonumverpackung Kostengünstige Versiegelung der Umverpackung durch Auftrag von Heißklebepunkten Bislang Kontrolle nur durch stichprobenartiges Zerstören eines Musters 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. ( Vision Academy Thermografie, Vision

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

10 Thermografie in der Praxis 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 Thermografie, Vision Thermografie in der Praxis Qualitätssicherung bei FIAT 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 Thermografie, Vision

11 Thermografie in der Praxis 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. ( Vision Academy Thermografie, Vision Thermografie in der Praxis Kontrolle von Leiterplatten Abb. 1: Visuelle Aufnahme der Platine Abb. 2: Wärmebild Darstellung der unterschiedlichen Emmisionsgrade der Bauteile (kalte Platine) Abb. 3: Ermittlung der Emmisionswerte für jedes Pixel (kalte Platine) Abb. 4: Wärmebild (Abb. 2) mit korrigierten Emissionswerten (kalte Platine) Abb. 5: Wärmebild bei warmer Platine Quelle: Vision Kronemeyer Vision Academy Thermografie, Vision

12 Fazit Berührungslos, zerstörungsfrei, zuverlässig Völlig neue Anwendungsfelder Emissionsgradunterschied kann genutzt werde Temperaturunterschied kann als Kontrast genutzt werden (erwärmenden, abkühlenden Prozessen) 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 vicosys Mehrkamerasysteme zur Verbindung von visueller und thermografischer Bildverarbeitung Vision Academy Thermografie, Vision 2014 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 23