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Korrektur von Bewegungsunschärfe für Wärmebildaufnahmen bei hohen Geschwindigkeiten

Digitale Korrektur von Infrarotbildern und Wärmebildkameras mit hoher Abtastrate zur Echtzeitüberwachung schnell bewegter Objekte

Herausforderung

Industrielle Hochgeschwindigkeitsprozesse verursachen Bewegungsunschärfe in Wärmebildern und machen Temperaturmessungen unzuverlässig. Schnell bewegte Objekte verteilen ihre Wärmesignatur über mehrere Pixel, wodurch wichtige Details verfälscht werden. Dies ist besonders kritisch bei Anwendungen wie der Überwachung von Zugachsen, Bremstests und der Metallverarbeitung, bei denen präzise Temperaturdaten für Sicherheit und Qualitätskontrolle unverzichtbar sind.

Lösung

Die Anwendung nutzt sequenzielle Belichtung, hohe Bildraten und digitale Korrekturverfahren, um Bewegungsunschärfe zu eliminieren. Dadurch entstehen scharfe Wärmebilder schnell bewegter Objekte und präzise Temperaturmessungen in Echtzeit. Dies verbessert die Überwachung dynamischer Systeme wie Bremskomponenten, Walzgüter und Hochgeschwindigkeits-Bahninfrastrukturen, ohne den Einsatz kostenintensiver gekühlter Detektoren.

Vorteile

  • Scharfe Wärmebilder ermöglichen die präzise Überwachung schnell bewegter mechanischer Komponenten.
  • Reduziert das Risiko unerkannter Überhitzungen in sicherheitskritischen Systemen.
  • Verbessert die Qualitätskontrolle durch zuverlässige Daten während schneller Produktionszyklen.
  • Ermöglicht eine effiziente Fehlererkennung und minimiert Stillstandszeiten sowie Materialverluste.
  • Kosteneffiziente Alternative zu teuren gekühlten Kameras mit geringerem Wartungsaufwand.

Bewegungsunschärfe beeinträchtigt die präzise Infrarot-Temperaturmessung in Hochgeschwindigkeitsprozessen

Viele industrielle Anwendungen erfordern Temperaturmessungen an schnell bewegten Objekten. Bewegungsunschärfe stellt dabei eine erhebliche Herausforderung dar, da sie die Genauigkeit der Messergebnisse deutlich beeinflusst. Dieses Problem ist insbesondere bei Mikrobolometerkameras kritisch, da deren Sensoren eine gewisse Zeit benötigen, um Temperaturänderungen zu erfassen. Während der Belichtungszeit bewegt sich das Objekt jedoch weiter, wodurch sich Bildinformationen über mehrere Pixel verteilen. Die Folge sind unscharfe Bilder, ungenaue Temperaturwerte und der mögliche Verlust wichtiger Details.

Ein typisches Beispiel ist die Überwachung von Hochgeschwindigkeitszügen, bei denen Achslager und Bremsen während des Betriebs auf Überhitzung kontrolliert werden müssen. Bei Geschwindigkeiten von bis zu 50 m/s erzeugen herkömmliche Infrarotkameras unscharfe Wärmebilder, wodurch die Identifikation überhitzter Komponenten erschwert wird.

Ähnliche Herausforderungen treten auch in anderen Hochgeschwindigkeitsanwendungen auf. In der Automobilindustrie ist die Messung von Bremstemperaturen während Testfahrten oder auf Prüfständen essenziell für die Entwicklung sicherer und leistungsfähiger Bremssysteme. Auch Materialien wie Bleche oder Folien, die in Walzwerken verarbeitet werden, bewegen sich teilweise mit sehr hohen Geschwindigkeiten durch die Anlagen. Für die Vermeidung von Materialfehlern ist hier eine kontinuierliche und zuverlässige Temperaturmessung in Form scharfer Wärmebilder erforderlich.

In all diesen Anwendungen kann Bewegungsunschärfe die Qualität der Temperaturmessungen direkt beeinträchtigen und zu unscharfen Wärmebildern führen.

Wie Infrarotkameras Bewegungsunschärfe für schärfere Wärmebilder eliminieren

Die Wärmebildkameras der Optris PI-Serie bieten eine speziell optimierte Lösung für Hochgeschwindigkeitsmessungen. Die Modelle PI 450i und PI 640i wurden entwickelt, um Bewegungsunschärfe durch hohe Bildraten, präzise Belichtungssteuerung und digitale Bildkorrektur zu minimieren. Die PI 450i verfügt über eine optische Auflösung von 382 x 288 Pixeln und erreicht Bildraten von bis zu 80 Hz. Die PI 640i bietet eine VGA-Auflösung von 640 x 480 Pixeln und erreicht im Subframe-Modus Bildraten von bis zu 125 Hz. Diese hohen Bildraten sind entscheidend, um Temperaturänderungen bewegter Objekte zuverlässig zu erfassen.

Ein wesentlicher Bestandteil zur Reduzierung von Bewegungsunschärfe ist die sequenzielle Belichtung, bei der ein Hochgeschwindigkeitsverschluss mit der Kamera synchronisiert wird. Diese Technik stellt sicher, dass der Sensor nur für einen extrem kurzen Zeitraum belichtet wird und dadurch Bewegungen innerhalb eines einzelnen Bildes minimiert werden. Das Prinzip ähnelt dem Einsatz eines Blitzlichts in der Fotografie: Statt das Bild kontinuierlich aufzunehmen, wird nur ein sehr kurzer Bewegungsmoment erfasst. Dadurch entstehen deutlich schärfere thermische Daten. Die Kombination aus hohen Bildraten und optimierter Belichtung sorgt dafür, dass selbst sehr schnelle Objekte mit hoher Klarheit dargestellt werden.

Zusätzlich kommen digitale Korrekturverfahren zum Einsatz, um verbleibende Unschärfen zu beseitigen. Der Wiener-Filter analysiert die Bewegungsrichtung und rekonstruiert Bildinformationen durch die Korrektur verschwommener Pixel. Das Ergebnis sind schärfere Wärmebilder mit deutlich höherer Genauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Infrarotaufnahmen ohne Korrektur der Bewegungsunschärfe.

Feldtests haben die Wirksamkeit der Technologie der Optris PI-Serie bei der Überwachung von Hochgeschwindigkeitszügen bestätigt. Selbst bei Geschwindigkeiten von 50 m/s lieferten die Kameras präzise und scharfe Wärmebilder, die eine zuverlässige Überwachung von Achslagern und Bremssystemen ermöglichten. Die Technologie wurde außerdem erfolgreich unter realen Bedingungen in der Fahrzeugentwicklung getestet, wo sie die Wärmeverteilung auf Bremsscheiben während dynamischer Bremsmanöver erfasste. In der Metallverarbeitung verbesserte die Optris PI-Serie die Temperaturmessung schnell laufender Metallbänder in Walzwerken erheblich.

Erhöhte industrielle Sicherheit durch schnelle Wärmebildaufnahmen schnell bewegter Komponenten

Die Wärmebildkameras der Optris PI-Serie ermöglichen dank Motion Blur Image Correction deutlich präzisere Temperaturmessungen in Hochgeschwindigkeitsprozessen. Die Kombination aus hohen Bildraten, sequenzieller Belichtung und digitaler Bildkorrektur stellt sicher, dass selbst bei hohen Geschwindigkeiten keine kritischen Bildinformationen verloren gehen. Dies führt zu einer verbesserten Datenqualität und einer zuverlässigeren Fehlererkennung.

Ein weiterer Vorteil ist die einfache Integration in bestehende Systeme. Mit vielseitigen Schnittstellen wie USB 2.0 und Gigabit Ethernet (PoE) lassen sich die Optris PI-Kameras nahtlos in industrielle Prozessüberwachungssysteme einbinden. Das optionale Industrial Process Interface (PIF) ermöglicht die Kamerasteuerung in Echtzeit und vereinfacht die Integration von Temperaturmessungen in bestehende Automatisierungssysteme. Das robuste Design der Kameras mit IP67-zertifizierten Gehäusen gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb selbst unter rauen Umgebungsbedingungen, sei es in staubigen Walzwerken, in Hochgeschwindigkeits-Bahnnetzen oder bei den extremen Temperaturen von Schmiedeprozessen.

Die innovative Technologie der Optris PI-Wärmebildkameras macht den Einsatz teurer gekühlter Infrarotkameras mit Quantendetektoren häufig überflüssig. Während solche Systeme oft mit hohen Betriebs- und Wartungskosten verbunden sind, bieten die ungekühlten Mikrobolometerdetektoren der Optris PI-Serie eine kosteneffiziente Alternative mit hoher Präzision und langfristiger Zuverlässigkeit.

Ob bei der Überwachung des Bahnverkehrs, in der Fahrzeugentwicklung, der Metallverarbeitung oder anderen Hochgeschwindigkeitsanwendungen – die Optris PI-Serie bietet eine leistungsstarke Lösung zur berührungslosen Temperaturmessung und liefert auch unter extremen Bedingungen zuverlässige Ergebnisse. Unternehmen profitieren von einer verbesserten Prozesskontrolle, höherer Sicherheit und geringeren Wartungskosten. Mit der Motion Blur Image Correction setzt Optris neue Maßstäbe für Infrarotmessungen bei hohen Geschwindigkeiten und ermöglicht eine präzisere Überwachung dynamischer Prozesse als je zuvor.

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