PI 640i Mikroskopoptik

Das PI 640i Infrarot-Mikroskop-Kit mit 2-facher Vergrößerung bietet eine Lösung, die speziell für Ingenieure entwickelt wurde, die präzise Temperaturdaten für kleine elektronische Geräte oder Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) benötigen. Dieses Kit ermöglicht es Anwendern, thermische Veränderungen zu visualisieren und Messungen an winzigen Zielobjekten durchzuführen, eine Fähigkeit, die von der Detektorauflösung abhängt. Die Optik des Systems fokussiert infrarote Wärmeenergie des Prüflings auf die Detektorelemente der IR-Kamera und gewährleistet so eine genaue und detaillierte thermische Analyse kleiner Komponenten.

Ingenieure stoßen häufig auf Unterschiede zwischen Temperaturmessungen, die mit Kontaktthermoelementen und denen, die mit einer korrekt ausgerüsteten Infrarotkamera durchgeführt werden, entstehen – insbesondere bei kleinen Zielobjekten. Diese Diskrepanz entsteht häufig durch den thermischen Brückeneffekt des Thermoelementanschlusses, der Wärme leitet und die Messgenauigkeit beeinflusst. In solchen Fällen liefern berührungslose Infrarotkameras in der Regel genauere Ergebnisse, da sie die mit Kontaktmethoden verbundene Wärmeleitung vermeiden.

Wie Mikroskope, die im sichtbaren Spektrum arbeiten, beinhaltet die Auswahl der geeigneten Optik einen Kompromiss zwischen dem gesamten beobachtbaren Sichtfeld und dem kleinsten Ziel, das beobachtet und gemessen werden muss. Das leistungsfähigste PI 640i Mikroskopobjektiv kann Temperaturänderungen an Zielobjekten so klein wie 8 µm innerhalb eines Sichtfelds von 5,4 mm x 4,0 mm erkennen. Die Integration einer hochauflösenden IR-Kamera mit in Deutschland entwickelten Infrarotmikroskopobjektiven und einer präzisen Montageeinheit ermöglicht eine genaue Einstellung der Arbeitsdistanz und stellt eine präzise thermische Analyse kleinster Komponenten sicher.

Hersteller von IR-Kameras heben oft die Größe eines einzelnen Pixels oder IFOV (Instantaneous Field of View) hervor, um die Fähigkeit der Kamera zur Auflösung kleiner Zielobjekte zu demonstrieren. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass für eine genaue Temperaturmessung mit einer Infrarotkamera mehrere Pixel erforderlich sind. Kameras mit kleinerem Detektor-Pitch benötigen bis zu 7 x 7 Pixel, um Temperaturmessungen innerhalb der spezifizierten Genauigkeit zu liefern. Die MFOV-Spezifikation (Measurement Field of View) spielt eine entscheidende Rolle, um korrekte Temperaturmessungen zu gewährleisten.

Zusätzlich zu geringem thermischen Rauschen ermöglicht die optimale Pixelgröße von 17 µm für langwellige Infrarotstrahlung ein kleines Measurement Field of View (MFOV) von nur 4 x 4 Pixeln. Die Verwendung hochwertiger und größerer Optiken stellt eine hohe Bildqualität sicher, minimiert Verzerrungen und gewährleistet eine gleichmäßige Dämpfung über das gesamte Bild. Verschiedene austauschbare Objektive sind verfügbar, um das Zielobjekt korrekt zu erfassen und die Pixelanzahl auf dem Messziel zu maximieren. Die Infrarotkamera unterstützt eine Bildrate von 32 Hz im Standardmodus oder 125 Hz im Hochgeschwindigkeits-Subframe-Modus, was die Überwachung schneller Fertigungsprozesse ermöglicht.

Die PI 640i ist kompatibel mit der Optris PIX Connect Software, die kostenlos heruntergeladen und aktualisiert werden kann. Dieses Softwarepaket bietet Funktionen wie Erkennung von Hot- und Coldspots, Histogramme, Temperaturprofile, Bildsubtraktion und andere Werkzeuge zur Wärmebildanalyse. Für Forscher und Prozessingenieure bietet die PC-basierte PIX Connect Plattform leistungsstarke Werkzeuge zur Verarbeitung von Wärmebildern, die es Anwendern ermöglichen, vollständig kalibrierte Temperaturmessungen aus jedem Pixel der Szene zu extrahieren und zu dokumentieren.

Zeit-gegen-Temperatur-Daten können aus Live-Infrarotvideostreams und gespeicherten Wärmevideodateien mit Temperaturdaten extrahiert werden. Ingenieure können die Datenerfassungsfunktionen nutzen, um höchste, niedrigste und durchschnittliche Temperaturen aus Bereichen beliebiger Größe oder Form zu gewinnen und komplexe Alarmsignale zu erhalten. Darüber hinaus unterstützt das System das Wiedergeben gespeicherter Wärmevideos Bild für Bild und ermöglicht Ingenieuren das Erfassen und Speichern radiometrischer Bilder sowie das Auslösen von Schnappschüssen während Temperaturänderungen. Diese Funktion gewährleistet eine umfassende Überwachung und detaillierte Analyse thermischer Ereignisse über die Zeit.

Viele Ingenieure sammeln über einen längeren Zeitraum Daten von mehreren Stellen elektronischer Geräte mithilfe der Temperatur/Zeit-Funktion, welche Daten in benutzerdefinierten Intervallen erfasst und in .csv-Dateien speichert. Einige Ingenieure bevorzugen vollständige Bilder und nutzen kalibrierte Sequenzdateien oder kalibrierte .tiff-Bilder, die ebenfalls in benutzerdefinierten Intervallen erfasst werden können. Die Snapshot-Sequenzspeicherung ermöglicht auch die Speicherung der vollständigen Temperaturmatrix als CSV-Datei in benutzerdefinierten Intervallen, wodurch ein umfassender Datensatz für detaillierte Analyse- und Reportingzwecke bereitgestellt wird.

Die Thermografie-Software optris PIX Connect ist im Lieferumfang enthalten und lizenzfrei. Alle Infrarotkameras werden mit der Thermografie-Software optris PIX Connect ausgeliefert, die speziell für die umfangreiche Dokumentation und Analyse von Wärmebildern entwickelt wurde. Die Windows-basierte PIX Connect Software ermöglicht es Anwendern, die Infrarotkameras an spezifische Anforderungen anzupassen. Sie analysiert Live- und aufgezeichnete Temperaturdaten und löst Alarmsignale für die Prozessintegration aus. Der Schlüssel zur optimalen Nutzung der Optris Infrarotkamera ist eine korrekte Konfiguration. Dazu gehören detaillierte gerätespezifische Einstellungen wie Bildfrequenz, Anpassung des Messbereiches, Einstellungen für die externe Kommunikation sowie USB-/Ethernet-Konfigurationen. Darüber hinaus ermöglicht PIX Connect Firmware-Updates und das Herunterladen von Konfigurationsdateien über das Internet. PIX Connect Optris bietet mehrere verschiedene SDKs für unsere Xi- und PI-Wärmebildkameras an. Abhängig von der verwendeten Plattform, der Infrarotkamera, der Programmiersprache und der Hardwareplattform können unterschiedliche Software-Schnittstellen genutzt werden: SDK Die Optris IRmobile App ermöglicht es Anwendern, ein Optris Infrarot-Pyrometer oder eine Infrarotkamera mit einem Android-Smartphone oder -Tablet einzurichten und in Betrieb zu nehmen. Dieses Tool ist besonders hilfreich bei der Inbetriebnahme und Ausrichtung des Sichtfeldes der Infrarotkamera oder bei der Anpassung der Konfiguration. Die App analysiert den Live-Infrarotbildstrom der angeschlossenen Infrarotkamera mit automatischer Heiß- und Kaltpunkt-Erkennung. Für Pyrometer wird ein Temperatur-Zeit-Diagramm oder das Videosignal angezeigt. Diese App funktioniert auf den meisten Android-Geräten mit Version 5.0+ mit einem USB-Anschluss, der USB-OTG (On The Go) unterstützt. Google Play

Kann ich zwischen MO2X- und MO44-Optiken wechseln?

Ja. Optiken können im Feld gewechselt werden und liefern kalibrierte Temperaturmessungen, vorausgesetzt, beide Optiken wurden mit der spezifischen PI 640i kalibriert, mit der sie verwendet werden. Für die korrekte Kalibrierung stellen Sie sicher, dass Sie im Gerätereiter des Konfigurationsmenüs die Optik auswählen, die an der Kamera angebracht ist. Alle Optiken, die mit Ihrer Kameraseriennummer kalibriert wurden, sind sichtbar, wenn der PC mit PIX Connect Software online ist.

Kann ich Nicht-Mikroskop-Sichtfeldoptiken für größere Ziele wie Leiterplatten verwenden?

Ja. Vier zusätzliche Optiken sind für die PI 640i verfügbar und können für den Einsatz mit der Kamera kalibriert werden. Dies erweitert das Anwendungspotenzial der PI 640i erheblich und ermöglicht die Wärmebildgebung und Temperaturmessung von Leiterplatten in Originalgröße oder den Produkten, die sie enthalten. Wie bei Mikroskopoptiken stellen Sie sicher, dass Sie die richtige Kalibrierungsdatei auswählen, wenn Sie die Optik wechseln.

Ich habe eigene Mikroskopoptiken. Kann ich diese verwenden?

Mit sichtbaren Lichtkameras entwickelte Mikroskopoptiken übertragen keine Infrarotstrahlung in dem Spektralbereich, in dem die PI 640i empfindlich ist, und können nicht mit einer Infrarotkamera verwendet werden. Infrarotoptiken, die nicht mit der PI 640i kalibriert wurden, können möglicherweise vergrößerte Wärmebilder liefern, jedoch keine kalibrierten Temperaturmessungen.

Warum benötige ich eine Mikroskopbühne?

Die Makrofokussierung kann über den gerändelten Ring an der Außenseite des Mikroskopobjektivs vorgenommen werden, jedoch können minimale Änderungen der Arbeitsdistanz die Bildschärfe und Messgenauigkeit erheblich verbessern. Die Mikroskopbühnen jedes Pakets erleichtern diese minimale Arbeitsabstandseinstellung. Ist das Bild nicht optimal fokussiert, sind Temperaturmessungen nicht genau.

Kann ich die Temperatur von Anschlussleitungen an meinen kleinen elektronischen Geräten messen?

Kleine Anschlussleitungen können mit leistungsstarker Infrarotmikroskopoptik sichtbar gemacht werden, bestehen jedoch häufig aus Metallen mit geringer Emissivität, die Wärmeenergie reflektieren. Leitungen müssen mit Kohlenstoffschwarz oder mattschwarzer Farbe beschichtet werden, um mit einer Infrarotkamera genau gemessen werden zu können. Dies gilt auch für ein Gehäuse (can) aus Metall. Wenn eine Metallleitung nicht mit einer hoch emittierenden Beschichtung behandelt werden kann, kann häufig der Verbindungspunkt mit hoher Emissivität zwischen Leitung und Gerät als Indikator dienen, dass die betreffende Leitung heißer ist als erwünscht.

Kann ich durch Schichten einer Leiterplatte hindurchsehen?

FR-4 und Teflon (PTFE) sind häufig verwendete Materialien als Substratschichten in Leiterplatten. Sie sind im Infrarotbereich nicht transmissiv, sodass Sie mit einer IR-Kamera nicht hindurchsehen können. Wärme aus einem bestimmten Bereich kann jedoch durch die verschiedenen Schichten der Leiterplatte an die Oberseite geleitet werden und der Infrarotkamera angezeigt werden. Die Kameraeinstellungen müssen möglicherweise optimiert werden, um die Empfindlichkeit zu erhöhen, sodass kleine Kurzschlüsse aus inneren Schichten sichtbar werden. Eingelegtes Kupferfolienmaterial zwischen PCB-Schichten kann den Wärmefluss aus inneren Schichten zur Oberfläche dämpfen oder vollständig verhindern.

Kann eine Infrarotkamera Chip- und Substrattemperaturen während der Leiterplattenfertigung validieren?

Jede Infrarotmessung erfordert eine klare Sichtlinie zwischen Kameraoptik und der zu messenden Oberfläche. IR-Temperaturmessungen in einem Reflow-Ofen wären ohne Öffnungen sowie geeignete Montage- und Kühlungsvorkehrungen unmöglich. Obwohl derzeit kein System aktiv mit dieser Fähigkeit vermarktet wird, befindet sich ein erzwungen-konvektions SMT-Reflow-System in Entwicklung, das Optris IR-Kameras im Linienscanmodus verwendet, um Temperaturen zu messen und vollständige Infrarotbilder durch kleine Schlitze des Ofens an vier Positionen zu erzeugen.

Was ist die Bittiefe unserer Kamera?

Die Bittiefe unserer Kameras beträgt 14 Bit. Die Daten liegen zwar mit 16 Bit vor, aber nur 14 Bit werden für die Temperaturdaten genutzt, die anderen 2 Bit werden nicht verwendet.

Können wir die rohen ADU-Daten der Kamera an eine andere kommerzielle Software zur Verarbeitung senden?

In der Regel geben wir keine Informationen zu Rohdaten heraus. Die einzige Möglichkeit besteht darin, das Connect SDK zu verwenden, um die ADU-Werte der Kamera als Matrix auszugeben. Diese ADU-Werte sind jedoch nicht interpretiert. Die Kameras können Temperaturinformationen sowie Farbinformationen an eine andere kommerzielle Software zur Verarbeitung übermitteln

Ändert das Umschalten des Modus von Temperature auf ADU im Connect SDK die Art, wie das Bild angezeigt wird?

Nein, die Darstellung des Bildes ändert sich dadurch nicht. Sie können dies in den Softwarebeispielen sehen, die mit der PIXConnect Software bereitgestellt werden (Menü HELP => Connect SDK => Examples). Unter dem Konfigurationsmenü => External communication => ConnectSDK können Sie den Modus von „Temperatures“ auf „ADU“ umstellen. Dies hat keinen Einfluss auf das angezeigte Bild.

Unser Unternehmen entwickelt und liefert Kamerasysteme für Stahlherstellungsprozesse und prüft verschiedene Kameratypen. Würden Sie für diese Anwendung Modelle mit großer Reichweite, im Nahinfrarot oder im kurzwelligen Infrarot empfehlen?

Für Stahlherstellungsprozesse empfehlen wir kurzwellige Infrarotkameras, wie z. B. die PI 1M Kamera, PI 08M Kamera, PI05M Kamera, Xi1M Kamera oder Xi 05M Kamera. Verwenden Sie die möglichst niedrigste Wellenlänge / den kleinsten Spektralbereich!

Welche Optris Infrarotkameras unterstützen die Integration mit Machine-Learning-Frameworks? Bieten sie Zugriff auf rohe Wärmebilddaten über SDK/API (z. B. das OTC SDK), sodass Entwickler eigene ML-Modelle für Aufgaben wie Segmentierung, Klassifikation oder prädiktive thermische Analyse anwenden können?

Die IR-Kameras stellen keinen Zugriff auf rohe Wärmebilddaten zur Verfügung. Sie erhalten die Temperaturdaten über das SDK (OTC SDK) von der Kamera für Ihren Prozess.

Ist Ihre Infrarotkamera langwellig (LWIR) oder kurzwellig (SWIR/MWIR)? Wie hoch ist die typische Bildrate? Wie groß ist die IFOV (instantaneous field of view / Pixelgröße)? Und wird die Kamera per USB mit einem PC verbunden oder welche anderen Plattformen/Schnittstellen werden unterstützt (z. B. Ethernet etc.)?

Optris bietet verschiedene IR-Kameratypen mit unterschiedlichen Wellenlängen an.
Hier finden Sie eine Übersicht der verschiedenen Kameratypen hinsichtlich Spektralbereiche, typischer Bildraten und der Interface-Versionen (USB oder Ethernet (ETH)):
Langwellige (LWIR) Kameras (Spektralbereich 8–14 µm):
PI400i LT (80 Hz, umschaltbar auf 27 Hz),
PI450i LT (80 Hz, umschaltbar auf 27 Hz),
PI640i LT (32 Hz (640×120 px @ 125 Hz),
Xi80 LT ETH (50 Hz),
Xi400 LT USB (80 Hz, umschaltbar auf 27 Hz),
Xi410 LT ETH (25 Hz (verbunden über Ethernet,4 Hz verbunden über USB)
Xi640 LT USB (32 Hz)
Langwellige (LWIR) Kameras (Spektralbereich 7,9 µm):
PI450iG7 (80 Hz, umschaltbar auf 27 Hz),
PI640iG7 (32 Hz (640×120 px @ 125 Hz),
Mittelwellige (MWIR) Kameras (Spektralbereich 3,9 µm):
Xi320MT (30 Hz)
Kurzwellig (SWIR) Kameras:
PI1M (0,85-1,1µm),
32 Hz (382×268 px @ 80 Hz, (umschaltbar auf 27 Hz)/ 72×56 px/ 764×8 px @1 kHz)),
PI08M (780-820 µm),
32 Hz (382×268 px @ 80 Hz, (umschaltbar auf 27 Hz)/ 72×56 px/ 764×8 px @1 kHz)),
PI05M (500-540 µm),
764×480 px @ 32 Hz/ 382×288 px @ 80 Hz
(umschaltbar auf 27 Hz)/ 72×56 px/ 764×8 px @ 1 kHz Xi1M ETH (0,85-1,1µm),
396×300 px, 20 Hz, 396×8 px (auton.: 396×1 px), 500 Hz, 0,85-1,1 μm, Ethernet, USB 2.0 (only 20 Hz), Auton. Operation
Xi05M ETH (500-540 µm),
396×300 px, 20 Hz, 396×8 px (auton.: 396×1 px), 500 Hz, 500-540 nm, Ethernet, USB 2.0 (only 20 Hz), Auton. Operation
Für die Xi 80/ 410/ 05M/ 08M Kameras sind folgende digitale Interface-Kits verfügbar:
– Ethernet TCP/IP / Modbus TCP Interface-Kit
– EtherNet/IP Interface-Kit
– Profinet Kit

Welche Optris Infrarotkamera eignet sich am besten zur Temperaturmessung bei Schweißprozessen?

– Die Auswahl der richtigen Optris Infrarotkamera hängt vom Temperaturbereich und der Art des Schweißprozesses ab.
– Für Kunststoffschweißen kann eine PI/Xi LT Kamera verwendet werden (8–14 µm).
– Für Metall (z. B. Stahl-Anwendungen) sollte eine kurzwellig arbeitende Kamera PI 1M/08M/05M, Xi 1M, Xi05M verwendet werden (0,85–1,1 µm, 780–820 µm, 500–540 µm).
– Für Laserschweißanwendungen bietet Optris IR-Kameras mit Sperrfilter an.

Die angegebene Genauigkeit in diesem Bereich für die PI 640i LT beträgt +-2 °C, aber ich habe mich gefragt, ob sich die Genauigkeit durch Informationen zum Emissionsgrad der Oberfläche weiter verbessern oder auf +-1 °C oder besser kalibrieren lässt.

Nein, die tatsächliche Temperaturgenauigkeit kann durch Informationen zum Emissionsgrad der Oberfläche nicht weiter verbessert werden. Diese beträgt bei der PI640i Kamera ±2 °C oder ±2 %. Allerdings sind genaue Informationen zum Emissionsgrad der Oberfläche erforderlich, um die korrekte Temperatur auf Basis des Reflexionsanteils auf der zu messenden Oberfläche zu bestimmen. Ein falsch eingestellter Emissionsgrad führt zu einer Temperaturabweichung.

Ich habe eine PI 640i und möchte sie mit dem USB-Kabel verbinden. Was kann ich tun, wenn ich in der Software kein Signal erhalte?

=> Prüfen Sie im WINDOWS Geräte-Manager, ob der USB-Treiber korrekt erkannt wurde.
=> Gehen Sie zu Einstellungen/Kamera oder suchen Sie nach „camera“ und aktivieren Sie dann die Option „Apps den Zugriff auf Ihre Kamera erlauben“. Dies dann aufgrund eines Windows-Updates erforderlich sein.

=> Wenn Sie in der PIXConnect Software einen schwarzen Bildschirm sehen, kann dies an einer schlechten Leistung Ihres Grafikchips und der Hardwarebeschleunigung liegen. Reduzieren Sie in diesem Fall die Bildschirmauflösung des Monitors.
=> Prüfen Sie das USB-Kabel sowie die Steckerkontakte an Kamera- und PC-Seite
=> Testen Sie einen anderen USB-Port am PC oder einen anderen PC (falls verfügbar), um zu prüfen, ob das USB-Kabel ein Problem hat.
=> Möglicherweise ist die USB-Stromversorgung des kameraunterstützenden PCs zu niedrig.
=> Ein zu langes USB-Kabel / ein nicht von Optris bereitgestelltes USB-Kabel oder ein USB-Verlängerungskabel kann der Grund dafür sein, dass die Software PIXConnect kein Signal erhält.
=> Verwenden Sie einen PC, auf dem Sie Administratorrechte haben, oder klären Sie dies mit Ihrem lokalen Administrator.

• Infrarotkamera PI 640i mit Mikroskopoptik
• USB-Kabel (1 m)
• Kabel für Ein-/Ausgang (1 m) inkl. Klemmenblock
• Robuster Transportkoffer für den Außeneinsatz (IP67)
• Mikroskop-Stativ
• Grundplatte mit ESD-Matte
• Softwarepaket optris PIX Connect
• Schnellstartanleitung