Tε-3D: Experimentelle messtechnische Charakterisierung der Emissionsgradbestimmung mittels 3D-Thermografie

Matthias Kahl, M. Sc. und Sebastian Schramm, M. Sc.

Januar 2020 – Februar 2021

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMBF)

Die Infrarotthermografie ist eine weit verbreitete Methode zur Messung von Temperaturverteilungen auf Oberflächen. Neuere Verfahren zur gleichzeitigen Messung von Temperatur und 3D-Geometrie wurden im Laufe des letzten Jahrzehnts entwickelt. Sowohl bei den klassischen als auch den neuen Methoden ist der Emissionsgrad der zentrale Faktor zur Umrechnung von Strahlungsmesswerten einer Wärmebildkamera in die Oberflächentemperatur des Messobjektes. Der Emissionsgrad muss für korrekte Temperaturmessungen bekannt sein. Er wird i. d. R. durch berührende Vergleichsverfahren ermittelt oder in Tabellenwerken in grober Näherung nachgeschlagen.

Das Ziel des Vorhabens besteht darin, den Emissionsgrad während der eigentlichen Messung mitzubestimmen. Dafür werden aus den Messwerten eines 3D-Thermografie-Messsystems und den dem Emissionsgrad zugrunde liegenden physikalischen Modellen die optischen Materialkonstanten des Messobjekts geschätzt. Diese ermöglichen die Berechnung des winkelabhängigen Emissionsgrades und somit der Objekttemperatur. Dieses Verfahren besitzt entscheidende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, da es berührungslos, nicht-invasiv und ortsaufgelöst arbeitet.

Erste Simulationsstudien haben die grundsätzliche Funktionsfähigkeit des Verfahrens gezeigt. Im Rahmen des Projekts sollen anhand von Labormessungen diese Ergebnisse experimentell bestätigt und somit die Anwendbarkeit unter praxisnahen Bedingungen gezeigt werden. Zudem ist das Verfahren messtechnisch zu charakterisieren. Potenzielle Anwendungsszenarien wie bspw. der Einsatz bei verschiedenen Fertigungsprozessen oder der Messung von Wärmeverlusten energieintensiver Anlagen wurden bereits identifiziert. So können die Ergebnisse der messtechnischen Charakterisierung hinsichtlich der dortigen Anwendbarkeit analysiert und die Chancen der weiteren Verwertung der Erfindung signifikant verbessert werden.