Weiterentwicklung und Kostenreduzierung bei der Detektorherstellung haben die Kosten der LWIR-Thermografie gesenkt und erleichtern damit den Zugang zu Verbraucher- und Industriemärkten.

Die Bildverarbeitung von langwelligem Infrarotlicht (LWIR), auch Thermografie oder Wärmebildgebung genannt, kommt heute in einer Vielzahl ganz unterschiedlicher Marktanwendungen zum Einsatz. Eine wichtige Rolle spielt sie seit vielen Jahren bereits im Sicherheits- und Verteidigungsmarkt. Einer der wichtigsten Vorteile der LWIR-Thermografie besteht darin, auch bei Umgebungsbeleuchtung und geringer Sicht zwischen belebten (warmen) und unbelebten (kalten) Objekten unterscheiden zu können. Diese wichtige Eigenschaft ist für zahlreiche Anwendungen interessant wie beispielsweise bei der Fahrzeug- und Personenerkennung. Auch wenn es weitere bekannte Einsatzmöglichkeiten für LWIR gibt, verhindern Kosten und Größe der Wärmebildkameras deren Einsatz unter spezifischeren Bedingungen, sodass sich ihre Verwendung auf eher einfache Situationen in Industrieanwendungen beschränkt.
In den letzten Jahren haben allerdings Fortschritte und Kostensenkungen in der Detektorherstellung dazu geführt, die Kosten der LWIR-Thermografie insgesamt zu senken und so den Zugang zu Verbraucher- und Industriemärkten weltweit zu erleichtern.

Was bedeutet Wärmebildgebung?

Der Begriff Wärmebildgebung betont den wichtigen Unterschied zwischen langwelliger Infrarot-Bildverarbeitung und der Bildverarbeitung von sichtbarem Licht wie in Digitalkameras. LWIR-Sensoren erfassen normalerweise kein gestreutes und reflektiertes sichtbares Licht, denn sie reagieren hauptsächlich auf Infrarotwärme, die von den Objekten selbst abgestrahlt wird. Typische Beispiele für Licht im tiefen Infrarotbereich sind Außenheizstrahler oder auch Rotlichtlampen zum Warmhalten von Speisen in Restaurants, bei denen eine große Menge an Infrarotstrahlung abgegeben wird.
LWIR-Detektoren geben an, wo und in welcher Menge Wärmestrahlung abgegeben wird. Diese Eigenschaften bieten zwei unschätzbare Vorteile: Die Szenerie kann unabhängig von der Beleuchtungssituation untersucht werden und der Sensor kann auf einfache Weise jede Art von wärmegenerierendem Körper erkennen. Besonders diese zweite Eigenschaft macht die Technologie für die Sicherheits- und Verteidigungsbranche interessant, sodass sie eine wichtige Rolle in Technologien der modernen Kriegsführung spielt, vor allem bei schlechten Sichtverhältnissen.

Für ungekühlte Anwendungen

Die ungekühlte Wärmebildkamera Calibir 640 von Teledyne Dalsa bietet ausgezeichnete verschlusslose Bildgebungsleistung und höchste Flexibilität in einem besonders kompakten Format. Diese Kamera verfügt über einen frontalen Formfaktor von 29 mm × 29 mm, sodass sie sich in Kompaktlösungen mit engsten Einbaubedingungen integrieren lässt. Die Mikrobolometer-Plattform deckt Wellenlängen von 8–14 µm ab und bietet eine Vielzahl von Objektiven. Mit VGA-Auflösung, Standard-GbE-Schnittstelle und modernsten Onboard-Verarbeitungsfunktionen sind Calibir-Kameras die optimale Lösung für unterschiedlichste, ungekühlte Bildverarbeitungsanwendungen in industriellen Umgebungen.
Bereits heute gibt es zahlreiche Anwendungen, die auf reiner Bildverarbeitung basieren – aber die Erwartungen besagen, dass diese Zahl kontinuierlich steigen wird. Aktuell sind die Ortung von Heißstellen in der Leiterplattenherstellung und die Erkennung von Wasserinseln und Lücken in der Isolierung besonders bekannte Beispiele für den Einsatz der LWIR-Thermografie. Entsprechende Wärmebildgeräte sind bereits seit vielen Jahrzehnten im Handel erhältlich. Zu den eher untypischen Beispielen zählen das Erkennen von Kleberaupen und die Prüfung von Rindsleder.

Klebstoff- und Leder-Prüfung

Angenommen, die Position eines neu aufgebrachten Klebstoffs auf einem Produkt soll mithilfe einer Leimtropfen- oder Kleberaupeninspektion erkannt und gemessen werden. Der Kleber ist komplett transparent und der Teil, auf dem er aufgebracht ist (der Hintergrund), ist sehr dunkel. In diesem Fall lässt sich der Tropfen mit Bildverarbeitung von sichtbarem Licht kaum erfassen. Glücklicherweise unterscheiden sich die thermische Verlustleistung und die Emissivität des flüssigen Klebers (Oberflächeneigenschaften, die die LWIR-Emission von Objekten bestimmen) deutlich von denen des Hintergrundobjekts, sodass es sehr einfach ist, einen klar definierten schwarzen Punkt in einem Wärmebild zu erkennen.

Ziel der Prüfung von Rindsleder ist das Auffinden von „harten Stellen“. Diese harten Stellen lassen sich bei sichtbarem Licht nicht erkennen und werden derzeit manuell ermittelt, indem die gesamte Oberfläche mit der Hand abgetastet wird. Um diesen Prozess zu automatisieren, muss die Dichte des Materials gemessen werden. In diesem Fall ist eine Erkennung mit LWIR bei stabilem Zustand nicht direkt möglich. Wenn aber die Temperatur des Materials ansteigt und dann passiv abkühlt, werden die Unterschiede in der Dichte nach dem Abkühlen durch die Temperaturdifferenz sichtbar. Für diese Art der indirekten Inspektion gibt es zahlreiche Beispiele. Wenn also ein Mangel durch die Beobachtung der Übertragung oder Verteilung von Wärme aufgedeckt werden soll, dann ist die LWIR-Thermografie die perfekte Lösung.

Radiometrie-Anwendungen

Radiometrische Anwendungen erfordern die Messung der Temperatur eines beliebig geformten Objekts an einem beliebigen Ort aus der Entfernung und ohne physischen Kontakt. Radiometrie ist eine wertvolle Methode in bestimmten Branchen, so zum Beispiel bei der Herstellung von Lebensmitteln und der Umwandlung von Materialien. Sie sorgt für mehr Flexibilität in der Prozesssteuerung und auch für die Minimierung von Ertragsverlusten. So kann beispielsweise bei der Herstellung von Chicken-Nuggets die Temperatur des gesamten Produkts beim Verlassen des Ofens geprüft werden. Durch die Verbindung von Programmierung und Kalibrierung der Kamera kann ein System genaueste Messungen zur Oberflächenbeschaffenheit (Emissivität) und zu den Umgebungsbedingungen (Feuchte und Temperatur) eines Zielobjekts liefern.

Eine echte Alternative

Egal ob direkte Beobachtung der Wärmeverteilung, indirekte Beobachtung von Wärmebewegungen und Wärmeunterschieden oder absolute Temperaturmessungen, mit ihrem Potenzial werden Wärmebildkameras in Zukunft eine wichtige Rolle im Methodenspektrum von Automations- und Prüfspezialisten spielen. Ihre spezifischen Stärken und Schwächen machen die Technologie allerdings nicht zu einer Allround-Lösung für Prüfverfahren. In bestimmten Situationen aber, in denen sich mit sichtbarem Licht keine aussagekräftigen Informationen zu den Eigenschaften des untersuchten Gegenstands gewinnen lassen, stellen Wärmebildkameras eine echte Alternative dar. Da Preis und Größe der Geräte kontinuierlich sinken, werden sie unweigerlich in der einen oder anderen Form den Bildverarbeitungsmarkt erobern.