Wärmebildtechnik oder Standard-Bildverarbeitung: Wann Sie welche einsetzen

Wärmebildtechnik und Standard-Bildverarbeitung werden häufiger verwechselt, als es sein sollte. Man behandelt sie als Rivalen, als wäre die eine eine weiterentwickelte Version der anderen. Das sind sie nicht. Es sind zwei verschiedene Werkzeuge, die zwei verschiedene Fragen beantworten. Sobald man es so sieht, wird die Wahl zwischen ihnen unkompliziert.

Eine Standard-Bildverarbeitungskamera sieht, wie eine Szene aussieht. Form, Kanten, Oberflächendetails, Farbe, Aufdruck, Position. Eine Wärmebildkamera sieht etwas, das eine normale Kamera überhaupt nicht sehen kann. Die Temperatur. Jeder Pixel in einem Wärmebild ist ein Wärmemesswert und keine Helligkeit oder Farbe. Die eigentliche Frage lautet daher nie, welche Technologie insgesamt besser ist. Sie lautet, welche das sehen kann, worauf es Ihnen wirklich ankommt. Dieser Leitfaden legt dar, wo jede von ihnen punktet, wie die Kosten sich vergleichen, was die Integration umfasst und wo beide Seite an Seite am besten funktionieren.

Was eine Wärmebildkamera tatsächlich leistet

Es hilft, sich über die Physik im Klaren zu sein. Sie erklärt alles Weitere. Eine Standardkamera erfasst sichtbares Licht, das von einem Objekt reflektiert wird. Eine Wärmebildkamera erfasst Infrarotstrahlung, die von einem Objekt abgegeben wird, im langwelligen Infrarotbereich, mithilfe eines Sensors namens Mikrobolometer. Alles oberhalb des absoluten Nullpunkts gibt Infrarot proportional zu seiner Temperatur ab. Die Wärmebildkamera liest diese Strahlung und wandelt sie in ein Bild um, in dem jeder Pixel einen Temperaturwert trägt.

Dieser eine Unterschied ist die ganze Geschichte. Eine Wärmebildkamera braucht kein Licht, um zu funktionieren. Sie misst kein reflektiertes Licht, sie misst abgegebene Wärme. Sie sieht ein warmes Objekt in völliger Dunkelheit. Sie sieht einen Temperaturunterschied, der für das Auge und für eine normale Kamera völlig unsichtbar ist. Und sie misst diese Temperatur direkt. Das ist etwas, das keine noch so hohe Auflösung und keine Beleuchtung einer Kamera für sichtbares Licht je ermöglichen wird.

Es gibt noch eine Unterscheidung, die man kennen sollte. Sie wirkt sich darauf aus, was Sie kaufen können und was es kostet. Manche Wärmebildkameras sind radiometrisch. Jeder Pixel ist eine kalibrierte, genaue Temperatur, auf die Sie reagieren können. Andere sind nicht radiometrisch. Sie zeigen relative Wärmeunterschiede, ohne Ihnen einen verlässlichen absoluten Wert zu geben. Wenn Ihre Prüfung ein Bestehen oder Nichtbestehen anhand einer tatsächlichen Temperatur ist, brauchen Sie eine radiometrische Kamera. Sowohl die FLIR- als auch die Teledyne Calibir-Reihe umfassen vollständig radiometrische Modelle für die Messung, mit einem weiten Temperaturbereich und der Empfindlichkeit, sehr kleine Unterschiede aufzulösen.

Wo die Standard-Bildverarbeitung das richtige Werkzeug ist

Für die große Mehrheit der Prüfaufgaben ist eine Standardkamera für sichtbares Licht die richtige und weitaus wirtschaftlichere Wahl. Wenn das, was Sie prüfen müssen, etwas Sichtbares ist, macht es eine normale Kamera besser und günstiger, als die Wärmebildtechnik es je könnte.

Messung und Vermessung. Abmessungen, Abstände, Positionen und Toleranzen leben alle in der sichtbaren Welt. Eine Standardkamera mit dem richtigen Objektiv und der richtigen Beleuchtung misst sie präzise.

Lesen von Codes und Text. Barcodes, Data-Matrix-Codes, aufgedruckte Daten und Chargennummern sind sichtbare Merkmale. Die Wärmebildtechnik hat hier keinen Vorteil und viele Nachteile.

Oberflächen- und Druckprüfung. Prüfen, ob ein Etikett vorhanden und korrekt ist, Kratzer oder Makel finden, die Druckqualität überprüfen. Das sind Aufgaben für eine Kamera, die Details und, wo es darauf ankommt, Farbe sieht.

Vorhandensein, Position und Montage. Zu bestätigen, dass ein Bauteil vorhanden und richtig platziert ist, ist das tägliche Brot der Standard-Bildverarbeitung. Das Merkmal ist sichtbar. Eine Kamera für sichtbares Licht erledigt das.

Das Muster ist einfach. Wenn die Eigenschaft, die Sie prüfen, eine ist, die das menschliche Auge bei ausreichend gutem Hinsehen beurteilen könnte, ist die Standard-Bildverarbeitung fast immer die richtige und günstigere Antwort. Die Wärmebildtechnik verdient sich ihren Platz nur, wenn die Eigenschaft, auf die es Ihnen ankommt, Wärme ist.

Wo die Wärmebildtechnik das einzige Werkzeug ist, das funktioniert

Die Wärmebildtechnik kommt immer dann zur Geltung, wenn die Temperatur das ist, was Sie messen müssen, oder das, was den Fehler offenbart. In diesen Anwendungen ist eine Standardkamera nicht nur schlechter, sie ist für das Problem gänzlich blind.

Integrität von Siegel und Verschluss. Dies ist einer der wertvollsten Einsätze in der Lebensmittel- und Getränkeproduktion. Wenn eine Verpackung heißgesiegelt wird, zeigt ein korrekt ausgebildetes Siegel unmittelbar nach dem Siegeln eine deutliche und gleichmäßige Wärmesignatur. Eine kalte Stelle oder ein ungleichmäßiges Muster verrät ein schwaches oder unvollständiges Siegel, das das Produkt verderben lassen würde. Eine Kamera für sichtbares Licht kann bestätigen, dass ein Siegel geschlossen aussieht. Nur eine Wärmebildkamera kann bestätigen, dass es tatsächlich gesiegelt wurde.

Prozess- und Temperaturüberwachung. Jeder Prozess, bei dem die Temperatur den korrekten Betrieb anzeigt, ist eine Wärmebildanwendung. Zu prüfen, ob ein Produkt einen Ofen oder ein Heizgerät mit der richtigen Temperatur verlässt, einen Gieß- oder Schweißprozess zu überwachen, zu bestätigen, dass ein Bauteil korrekt ausgehärtet oder abgekühlt ist. Die Temperatur ist das Qualitätssignal. Die Wärmebildtechnik liest es direkt.

Erkennung von Hotspots. Den Teil einer Szene finden, der zu heiß läuft. Ein überhitzendes Bauteil auf einer bewegten Baugruppe, ein Lager oder ein Motor, der aus seinem Normalbereich driftet, eine elektrische Verbindung, die zu versagen beginnt. Der Hotspot ist unsichtbar, bis er Schaden anrichtet. Die Wärmebildtechnik erkennt ihn frühzeitig.

Sicherheit von Batterien und Elektrofahrzeugen. Ein schnell wachsender Bereich. Batteriezellen und -packs müssen während Fertigung, Prüfung und Ladung in einem sicheren Temperaturbereich bleiben. Eine ungewöhnlich sich erwärmende Zelle ist ein frühes Warnzeichen für einen ernsten Fehler. Die thermische Überwachung ist zentral, um diese Probleme zu erkennen, bevor sie gefährlich werden.

In all diesen Fällen ist der rote Faden, dass die Information in der Wärme steckt, nicht im Aussehen. Das ist die Grenze. Wenn die Temperatur die Messgröße ist, ist die Wärmebildtechnik kein Luxus-Upgrade, sie ist das einzige Werkzeug, das die Aufgabe erledigen kann.

Wie die Kosten sich vergleichen

Es führt kein Weg daran vorbei. Die Wärmebildtechnik kostet mehr als die Standard-Bildverarbeitung. Es lohnt sich zu verstehen, warum. Dann ergibt das Budget einen Sinn, statt als Überraschung zu kommen.

Zwei Dinge treiben den Unterschied. Das erste ist der Sensor. Ein thermisches Mikrobolometer ist ein spezialisierteres und teurer herzustellendes Bauteil als der CMOS-Sensor in einer Standardkamera. Dieser Standardsensor wird in enormen Verbrauchermengen gefertigt. Das zweite, oft die größere Überraschung, ist die Optik. Standard-Kameraobjektive verwenden Glas. Glas ist für das langwellige Infrarot, das Wärmebildkameras erfassen, vollständig undurchlässig. Wärmebildobjektive müssen aus speziellen Materialien gefertigt werden, am häufigsten aus Germanium. Diese sind weitaus teurer als Glas. So kosten beide Kernbestandteile einer Wärmebildkamera, der Sensor und das Objektiv, mehr als ihre Gegenstücke für sichtbares Licht.

Hinzu kommt, dass Auflösung bei der Wärmebildtechnik mehr kostet. Eine Standardkamera kann heute für einen bescheidenen Preis Dutzende Megapixel haben. Wärmesensoren haben in der Regel eine weitaus geringere Auflösung. Jeder Schritt nach oben bei der thermischen Auflösung ist teuer. Daher laufen Wärmebildsysteme im Allgemeinen mit geringeren Auflösungen, als Sie sie in einem System für sichtbares Licht akzeptieren würden. Das ist ein Grund, warum die Wärmebildtechnik für das eingesetzt wird, was nur sie leisten kann, und nicht als Allzweckbildgeber. Unser Preisleitfaden legt realistische Bereiche für komplette Systeme dar. Die schlichte Zusammenfassung lautet, dass Sie die Wärmebildtechnik wählen, weil die Anwendung Temperatur braucht, nicht um Geld zu sparen.

Integration: besser, als Sie vielleicht erwarten

Hier eine gute Nachricht, die Menschen überrascht. Obwohl die Physik einer Wärmebildkamera sehr unterschiedlich ist, ähnelt ihre Integration in ein Bildverarbeitungssystem oft bemerkenswert der Integration einer Standardkamera. Das liegt daran, dass die industriellen Wärmebildkameras, die wir liefern, nach denselben Bildverarbeitungsstandards gebaut sind wie alles andere.

Sowohl die industrielle FLIR- als auch die Teledyne Calibir-Reihe verwenden Standardschnittstellen der Bildverarbeitung, in der Regel GigE Vision über eine Ethernet-Verbindung, mit dem GenICam-Standard für die Steuerung. In der Praxis bedeutet das, dass eine Wärmebildkamera mit derselben Bildverarbeitungssoftware verbunden und gesteuert werden kann, die Sie für eine Standardkamera verwenden würden. Sie fügt sich auf dieselbe Weise in eine Linie ein. Wenn Ihr Team schon einmal eine GigE-Vision-Kamera integriert hat, wird sich eine Wärmebildkamera vertraut anfühlen.

Es gibt zwei Dinge, die wirklich anders sind. Beide sollten Sie einplanen. Das erste sind Kalibrierung und Emissionsgrad. Eine Wärmebildkamera misst die Temperatur. Verschiedene Materialien geben Infrarot unterschiedlich ab. Genaue Messwerte zu erhalten bedeutet, den Emissionsgrad der Oberfläche zu berücksichtigen, die Sie messen. Das ist unkompliziert, sobald man es verstanden hat. Es ist ein Schritt, den die Standard-Bildverarbeitung nicht hat. Das zweite ist erneut der Punkt der Optik. Das Germaniumobjektiv ist Teil der Systemkosten. Die Wahl des Objektivs bestimmt weiterhin Ihr Sichtfeld und Ihren Arbeitsabstand, genau wie bei einer Standardkamera. Keines von beiden ist eine Hürde. Sie sind einfach Teil davon, ein Wärmebildsystem richtig auszulegen. Sie sind genau die Art von Sache, die man mit jemandem durchsprechen sollte, der es schon einmal gemacht hat.

Wann Sie beide brauchen: komplementäre Prüfung

Die anspruchsvollsten Prüfzellen nutzen oft beide Technologien zusammen. Viele Produkte müssen zugleich darauf geprüft werden, wie sie aussehen und wie heiß sie sind. Hier bricht die Vorstellung, sie seien Rivalen, wirklich zusammen. Die beste Antwort ist häufig, jede für das einzusetzen, was sie am besten kann.

Die Siegelprüfung an einer Lebensmittellinie ist das klarste Beispiel. Eine Standardkamera prüft, ob das Etikett vorhanden, richtig positioniert ist und das richtige aufgedruckte Datum sowie den richtigen Chargencode trägt. Eine Wärmebildkamera, die dieselbe Verpackung Momente nach dem Siegeln betrachtet, bestätigt, dass das Siegel selbst vollständig und gleichmäßig ist. Eine Verpackung, zwei völlig verschiedene Fragen, jede vom richtigen Sensor beantwortet. Keine der beiden Kameras könnte die Aufgabe der anderen erledigen. Zusammen bestätigen sie, dass die Packung sowohl korrekt etikettiert als auch tatsächlich gesiegelt ist.

Dieselbe Kombination taucht auch anderswo auf. An einer Batterielinie prüft die Standard-Bildverarbeitung Montage und Ausrichtung, während die Wärmebildtechnik die Zelltemperatur überwacht. In vielen Prozessanwendungen bestätigt eine Kamera für sichtbares Licht, dass das Teil vorhanden und richtig geformt ist, während eine Wärmebildkamera bestätigt, dass es die richtige Temperatur hat. Wenn Sie eine Anwendung angehen, indem Sie fragen, welche Fragen beantwortet werden müssen, statt welche Kamera zu kaufen ist, erweist sich der Einsatz beider oft als die vollständige Lösung.

Der Vergleich auf einen Blick

Hier die Zusammenfassung. Sie ist ein Leitfaden, um das Werkzeug der Frage zuzuordnen, kein Urteil, dass das eine besser sei als das andere.

Also, welche brauchen Sie?

Die Entscheidung läuft auf eine einzige, klar gestellte Frage hinaus. Was ist die Eigenschaft, die Sie tatsächlich prüfen müssen? Wenn es eine Abmessung, ein Code, ein Etikett, eine Oberfläche, eine Farbe oder eine Position ist, alles, was darin liegt, wie das Objekt aussieht, brauchen Sie die Standard-Bildverarbeitung. Die Wärmebildtechnik wäre eine teure Art, eine Aufgabe zu erledigen, die eine normale Kamera besser macht. Wenn es eine Temperatur, ein Siegel, ein Wärmemuster oder ein Hotspot ist, alles, was darin liegt, wie heiß das Objekt ist, brauchen Sie die Wärmebildtechnik. Keine Standardkamera kann Wärme bei irgendeiner Auflösung oder zu irgendeinem Preis messen. Und wenn Sie sowohl prüfen müssen, wie etwas aussieht, als auch, wie heiß es ist, ist die richtige Antwort sehr oft beide, jede erledigt den Teil, für den sie gebaut ist.

Das ist die Einschätzung, bei der wir Kunden regelmäßig helfen. Wir liefern Wärmebildkameras von FLIR und Teledyne Calibir neben der gesamten Reihe der Standard-Bildverarbeitungskameras. Wir haben keinen Grund, Sie zur teureren Option zu lenken, wenn eine Standardkamera genügen würde. Und auch nicht, Ihnen ein Standardsystem zu verkaufen, wenn Ihr Problem wirklich eines der Temperatur ist. Der schnellste Weg, es richtig zu machen, ist, uns zu sagen, was Sie prüfen möchten, und uns helfen zu lassen, das Werkzeug der Aufgabe zuzuordnen.

Sprechen Sie mit unseren Experten über die Wärmebildtechnik: sagen Sie uns, was Sie prüfen müssen

Kontakt aufnehmen: info@clearview-imaging.com | +49 89 12085456

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