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Die kundenindividuelle Massenproduktion ist längst Industriealltag – was auch die Messtechniker spüren, denn sie werden angesichts immer kleinerer Losgrößen fast permanent mit neuen Messaufgaben konfrontiert.

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InfrarotkameraDas Unsichtbare sichtbar machen

Infrarotkameras ermöglichen über die Messung der Temperatur eine schnelle, kontaktlose und vor allen Dingen zerstörungsfreie Prüfung von Maschinen, Motoren und Komponenten. Sie sind daher nicht nur ein sehr effektives Instrument für Betriebs-sicherheit und Instandhaltung, sondern ermöglichen darüber hinaus auch eine Optimierung von Produktionsprozessen.

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Infrarotkamera: Das Unsichtbare sichtbar machen

Um den Zustand einer Maschine, eines Motors oder eines Prüfteils auch während des Betriebes beurteilen zu können, ist unter anderem die Temperatur ein wichtiger Indikator - nahezu alle Komponenten werden heiß, bevor sie ausfallen. Es geht aber nicht nur um die absolute Temperatur einer Komponente und deren Abstrahlung auf die nähere Umgebung, sondern auch um den zeitlichen Verlauf der Temperaturänderung. Mit Infrarotkameras können diese Probleme frühzeitig erkannt werden. Sie sind daher nicht nur ein sehr effektives Instrument der Instandhaltung, sondern ermöglichen darüber hinaus auch Verbesserungen in den Produktionsprozessen. Hinzu kommt, dass die Messverfahren auch automatisiert und damit in die Produktion integriert werden können. Die Möglichkeiten der industriellen Anwendung von Infrarotkameras sind vielfältig und reichen von der vorbeugenden Instandhaltung elektrischer und mechanischer Komponenten bis hin zur Leckageortung. Hinzu kommt die Thermographie von Gebäuden, beispielsweise um ein so genanntes Wärmeleck aufzuspüren. Aufgrund der neuesten Entwicklungen auf den Gebieten der Detektortechnologie, der integrierten Bildaufnahmesysteme sowie spezieller Analysefunktionen ist es mittlerweile möglich, dem Anwender Lösungen in einem hervorragenden Preis/Leistungsverhältnis anzubieten. Darüber hinaus kann er bei fast allen Herstellern unter einer Vielzahl von Modellvarianten auswählen. Angefangen von den hier beschriebenen 320 x 240 Pixel Handheld-Kameras mit ungekühlten Mikrobolometer Infrarot-Detektoren bis hin zur High End Version für den Einsatz in der Forschung. Auch wenn viele Faktoren, wie beispielsweise die Chipgröße, der Schutzgrad IP54 oder die erfassbaren Temperaturbereiche im Wesentlichen übereinstimmen, so gibt es doch deutliche Unterschiede hinsichtlich Ausstattung und Optionen.

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Bei der Infrarotkamera ThermaCAM E320 (320 x 240 Pixel) von Flir fallen zwei Dinge ins Auge: Die Wechseloptik und das geringe Gewicht von 800 g einschließlich Akku. Flir bietet zusätzlich zu der allgemein üblichen Standardoptik mit 23-Grad-Bildöffnungswinkel eine Weitwinkel- und Teleoptik an. Nicht nur, um eine optimale Darstellung des betrachteten Objektes zu erreichen, sondern auch, um Fehlmessungen zu vermeiden. Ein Heranzoomen wie mit einer optischen Kamera ist bei einer Infrarotkamera nicht möglich, da jedes Objektiv und damit die entsprechende Brennweite entsprechend kalibriert sein muss. Wenn beispielsweise aus Sicherheitsgründen ein bestimmter Abstand eingehalten werden muss, können thermische Auswirkungen nur dann präzise erkannt werden, wenn deren Ausdehnungen die geometrische Auflösung der Kamera nicht unterschreiten. Besteht also nicht die Möglichkeit den Abstand zum Messobjekt zu verringern, wird die 14-Grad-Teleoptik eingesetzt, benötigt man hingegen mehr Überblick, ist die 41-Grad-Weitwinkeloptik ideal. Besonders hervorgehoben wird von Flir die Möglichkeit einer professionellen Nachbearbeitung der Bilder. So können mit der Software ThermaCAM Reporter 8.0 auch nachträglich am PC Analysefunktionen wie Linien und Histogramme sowie andere Messwerkzeuge in die Bilder eingefügt werden. Zur Standardausrüstung gehört die Analyse- und Berichtsoftware ThermaCAM QuickView, die in allen Modellen der E-Serie enthalten ist. Die wesentlichen Eckdaten dieser Infrarotkamera von Flir sind die thermische Empfindlichkeit von 0,10°C und für einen Temperaturbereich von -20°C bis +500°C (in 2 Bereichen) – optional kann die Skala von +250°C bis +1.200°C erweitert werden. Der maximale Zeitraum im Dauerbetrieb liegt bei zwei Stunden.

Das IR-FlexCam-Modell TI 55 von Fluke bietet dem Anwender neben dem Standard Wärmebild eine zusätzliche Darstellung im sichtbaren Spektrum als Referenz; eine Variante, die mittlerweile immer mehr Hersteller in ihr Programm aufnehmen (Basis bei der TI55 ist eine integrierte Digitalkamera mit 1280 x 1024 Pixel). Auch die Kombination von beiden Darstellungen ist möglich, beispielsweise der so genannte Bild-im-Bild Modus. Dieser erstellt ein zusätzliches Wärmebildfenster innerhalb des optischen Sichtbildes, um thermische Abweichungen leichter identifizieren zu können - das umgebende Sichtbild dient dabei als Referenz. Im Alpha-Blending Modus kann man Sicht- und Wärmebilder in einem beliebigen Verhältnis kombinieren, so dass auch Detailprobleme besser lokalisiert werden können. Die dritte Möglichkeit ist eine Kombination aus Alarm, Wärme- und Sichtbild. Sie zeigt im Wärmebild nur die Temperaturen an, die sich ober- oder unterhalb vorab definierter Temperaturgrenzen befinden; das übrige Bild wird als vollständiges Sichtbild dargestellt. Ein zusätzliches Sichtbild als Referenz hat auch den Vorteil, dass Dokumentation und Berichterstellung deutlich erleichtert werden - außerdem entfällt eine separate Digitalkamera. Dank rauscharmer VOx-Detektoren ermöglicht diese IR-Kamera – laut eigener Darstellung - die branchenweit größten und schärfsten Wärmebilder in Echtzeit. Für die Detektorgröße von 320 x 240 Pixel wird eine Temperaturauflösung ≤ 0,05 °C (NETD) bei einer Raumtemperatur von 30 °C angegeben. Die Temperaturen, die gemessen werden können, reichen von -20 bis + 600 °C mit einer Aufteilung in drei Temperaturbereiche, optional sind auch 1200 °C möglich. Die digitalisierte Anzeige erfolgt auf einem 127 Millimeter (5-Zoll) Farbdisplay. Interessant für den Anwender ist auch das 180°- Schwenkobjektiv, das den Einsatz auch in schlecht zugänglichen Bereichen ermöglicht. Weitere Eckdaten sind der messbare Spektralbereich von 8 bis 14 µm Wellenlänge, der Mindestfokusabstand von 0,15 Metern und eine CF-Card zum Speichern der Bilder. Funktionen wie AutoCapture, das automatischen Aufzeichnungen von Bildern bei Über- oder Unterschreiten bestimmter Temperaturgrenzwerte ermöglicht, erleichtert das Erfassen intermittierender Probleme. Standard im Lieferumfang ist die hauseigene SmartView-Software, mit der einige Hundert Infrarotbilder aufgenommen, kommentiert sowie Analysen durchgeführt werden können.

Dr. Peter Stipp / stipp@hoppenstedt.de

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