Farbe in der Thermographie durch bi-spektrale Kameras

Man kennt die bunten Bilder von Häusern, die mit der Infrarotkamera gefundene Wärmelecks aufzeigen. Dies sind Falschfarbenbilder, denn eigentlich liefert eine herkömmliche Infrarotkamera nur ein Bild in Graustufen. Seit einiger Zeit gibt es jedoch Infrarot-Kameras, die, ähnlich wie Kameras für sichtbares Licht, in mehreren Spektralbereichen gleichzeitig messen. Man erhält damit echte Farbbilder, wenn man aus den Bildern in den einzelnen Spektralbereichen ein einziges neues Bild mit Hilfe von sichtbaren Farben fusioniert.

Am Fraunhofer IZFP steht eine Dual-Band-Infrarot-Kamera zur Verfügung, die mithilfe eines Quantum Well Infrared Photodetector (QWIP) Chips gleichzeitig im mittleren Infrarot (MWIR) um 5 µm Wellenlänge und im langwelligen (LWIR) um 8 µm Wellenlänge messen kann. Dadurch erschließen sich neue messtechnische Möglichkeiten.

Viele keramische Werkstoffe und Kunststoffe sind im Infrarotbereich wellenlängenabhängig unterschiedlich durchscheinend. Bei der zerstörungsfreien Prüfung auf innere Fehler oder auf die Dicke von daraus hergestellten Beschichtungen können Fehler entstehen, wenn man die Infrarottransparenz nicht oder falsch berücksichtigt. Durch die Verwendung einer spektral auflösenden Kamera können diese Fehler vermieden werden. Man erhält dadurch auch Zugang zu den infrarot-optischen Eigenschaften, die sich mit der Alterung der Werkstoffe ändern können. Ein Beispiel dafür sind keramische Wärmedämmschichten, die auf Turbinenschaufeln im Flugzeug oder in Stromgeneratoren zu finden sind und die es ermöglichen, die Turbine noch effizienter bei höheren Gastemperaturen zu betreiben. Das Verhältnis der Strahlung im MWIR und im LWIR ändert sich mit der Zahl der Aufheizzyklen. Man könnte daraus in Zukunft bei der Wartung auf die Restlebensdauer der Beschichtung schließen.

Prüfung einer Polymerprobe mit der Dual-Band Infrarotkamera mit der aktiven Thermographie unter Verwendung eines LED-Arrays zur Aufheizung.
© Fraunhofer IZFP

Prüfung einer Polymerprobe mit der Dual-Band Infrarotkamera mit der aktiven Thermographie unter Verwendung eines LED-Arrays zur Aufheizung.

Bei diesen und anderen Werkstoffen reicht die Information aus zwei Spektralbändern manchmal bereits für eine einfache abbildende Spektroskopie aus. Dadurch lassen sich Werkstoffzustände und Kontaminationen an der Oberfläche identifizieren. Dies gilt umso mehr, wenn die Oberfläche kurzzeitig durch einen Lichtblitz erwärmt wird. Im Gegensatz zur Nahinfrarot-Spektroskopie ist man nicht auf reflektiertes Licht angewiesen, da die Prüfobjekte selbst strahlen.

Eine weitere zukünftige Anwendung der Infrarot-Farbkameras liegt in der abbildenden Thermometrie (Thermometerkamera). Ein Spektralkanal allein reicht nicht aus, um ohne Kenntnis des Emissionsvermögens des Objekts auf die Temperatur zu schließen. Mit zwei Kanälen gelingt das jedoch zumindest deutlich besser als mit einem, so dass schnelle Vorgänge mit gleichzeitigen Oberflächenveränderungen im Bild verfolgt werden können.

Anwendungen für bi-spektrale Kameras liegen in der Luft- und Raumfahrt, der industriellen Produktion, der Umwelttechnik, der Inspektion von Fabriken und Kraftwerken sowie in der Detektion von Leckagen in Raffinerien und der chemischen Industrie.