Thermografie


Allgemein

Die Thermografie, als berührungslose bildgebende Infrarot (IR)- Temperaturmessmethode, ermöglicht die zuverlässige Ortung und Quantifizierung thermischer Fehlstellen bei laufendem Betrieb der Anlage ohne Beeinflussung des Messobjekts. Sie ist eine unverzichtbare Inspektionshilfe und leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Früherkennung von sich anbahnenden oder schon vorhandenen Schäden. 

In einer Infrarotkamera wird die von einem Sensor aufgenommene Wärmestrahlung in ein Wärmebild (Thermogramm) umgewandelt und auf einem Speichermedium abgelegt. Das Thermogramm gibt die Temperaturverteilung an der untersuchten Objektoberfläche wieder. Durch Auswertung der flächigen Temperaturinformation werden nicht sichtbare Strukturen erkannt. 


Grundlagen
Die IR- Thermografie beruht darauf, dass jede Oberfläche, unabhängig vom Aggregatzustand, mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes (0K oder -273°C) eine elektromagnetische Wärmestrahlung emittiert, die jenseits der roten Linie des sichtbaren Lichts (Lambda;0,75 µm) im elektromagnetischen Spektrum liegt. Für die Thermografie ist das thermische Infrarot mit dem Wellenlängenbereich bis 14 µm von besonderem Interesse, da in diesem Teil des elektromagnetischen Spektrums die Wärmestrahlung am intensivsten emittiert wird. Die relevanten Strahlungsgesetze sind im PLANCK´schen Strahlungsgesetz, im STEFAN-BOLTZMANN´schen Gesetz und WIEN´schen Verschiebungsgesetz beschrieben. 

Aufgrund der wellenlängenabhängigen Dämpfung der IR- Strahlung in der Atmosphäre nutzen die Bild gebenden IR- Systeme entweder das Mittelwellenband von 2- 5 µm (MW) oder das Langwellenband von 8- 14 µm (LW). Die einfallende Wärmestrahlung wird von einem IR- Detektor (Energiewandler) in elektrische Signale umgewandelt und zu einem Wärmebild weiterverarbeitet. Die Zuordnung von Temperaturen zur erfassenden Wärmestrahlung setzt voraus, dass die Emissionsfaktoren der Objektoberflächen im jeweiligen Wellenlängenbereich bekannt sind. 

Kameras der neuen Generation sind mit Sensoren in FPA-Qualität (Focal Plane Array) ausgerüstet und wegen ihres geringen Gewichts gut zu handhaben. Für Standarduntersuchungen empfehlen sich Mikrobolometer-Systeme, die ungekühlt sind und über eine Detektorauflösung von 320 x 240 Pixel bei schnellem Bildaufbau, d. h. mindestens 50 IR- Bilder je Sekunde, verfügen. Die neuesten Thermpgrafiesysteme haben eine Detektormatrix von 640 x 480 Bildpunkten, dies entspricht 307.200 einzelnen Messpunkte bzw 1.024 x 768 Bildpunkte (entspricht 786.432 Messpunkte) . Es können geringste Temperaturunterschiede von 0,03K (30 mK) bei 30°C Umgebungstemperatur (Thermische Auflösung) erfasst werden (abhängig vom Kameratyp). Für untergeordnete Messaufgaben stehen auch preisgünstige Infrarotkameras zur Verfügung. Geringe Bildpunktanzahlen, schlechtere thermische Auflösungen und keine Möglichkeiten verschiedene Optiken oder gar Filter benutzen zu können, charakterisieren in der Regel diese Kameras. 

Heutige hochleistungsfähige Thermografie- Systeme sind nach wie vor sehr teuer und liefern detailgetreue, temperaturkalibrierte Wärmebilder in Echtzeit, die für eine Tatsachenentscheidung sofort zur Verfügung stehen. Die IR- Bildverarbeitung erfolgt rechnergestützt mit einer anwenderfreundlichen Report- Software. Zahlreiche Funktionen ermöglichen eine kundenspezifische Auswertung. 

Spricht man anwendungsbezogen im allgemeinen Sinne von Thermografie, so meint man die passive Thermografie, bei der die temperaturabhängige Eigenstrahlung des Objektes detektiert wird. Bei der aktiven Thermografie wird dagegen zum Zwecke der Messung durch äußere Energieeinbringung (Anregung) im Prüfobjekt ein Wärmefluss erzeugt. 


Anwendungsgebiete
Thermografie als probate Untersuchungsmethode deckt Fehlstellen, die an der Objektoberfläche durch Übertemperaturen (Hot Spots) erkannt werden, frühzeitig auf. Daher ergeben sich für Thermovisionskontrollen vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, die an einigen Beispielen erläutert werden.