Ko­ope­ra­ti­ve Sen­sor­da­ten­fu­si­on zur be­rüh­rungs­lo­sen quan­ti­ta­ti­ven 3-D-Ther­mo­gra­phie

Be­ar­bei­ter

Sebastian Schramm, M. Sc.

Zeit­raum

Seit Juli 2017

För­de­rung

Land Hessen

Kurz­be­schrei­bung

Zweidimensionale Thermographie gilt als ein zur Inspektion von Anlagen oder Objekten etabliertes Verfahren. Das Aufkommen neuer und kostengünstiger 3-D-Sensorik führte bereits zur Erforschung erster 3-D-Thermographie-Messsysteme. Dabei erhält der Systemnutzer zusätzliche räumliche Informationen über das Messobjekt, vermeidet projektionsbedingte Messfehler und verbessert zudem die Visualisierung energetischer Schwachstellen. Ein solches System ist auch am Fachgebiet Mess- und Regelungstechnik der Universität Kassel erarbeitet worden (siehe Abbildung). In bisherigen internationalen Forschungsarbeiten wurde der Schwerpunkt auf die Erstellung der 3-D-Thermogramme aus der Sensordatenfusion der einzelnen Messkanäle, bei als bekannt angenommener Emissivität des Messobjekts, gelegt.

Um aus der abgegebenen Wärmestrahlung eines Messobjekts jedoch auf dessen tatsächliche Temperatur schließen zu können, sind Informationen über die Emissivität und mögliche Reflexionen nötig. Für die Schätzung der Emissivität bei qualitativen Messungen genügt dabei meistens der Blick in Tabellenwerke mit materialabhängigen Standardwerten. Soll die Emissivität für quantitativ korrekte Thermogramme direkt am Objekt gemessen werden, so sind derzeit Klebestreifen oder Lacke mit bekannter hoher Emissivität, Bohrlöcher sowie der Vergleich mit berührenden Temperaturmessungen Stand der Technik. Neben dem benötigten Anwenderwissen dieser Methoden, muss das Messobjekt für die Anwendung berührt werden, was praktisch nicht immer möglich oder erwünscht ist. Zwar gibt es ein großes Interesse an der benutzerfreundlichen Bestimmung von Emissionsgraden, jedoch kaum wissenschaftliche Arbeiten, die dies anwendungsunabhängig adressieren.

Im Rahmen des Forschungsprojekts sind berührungslose und nicht-invasive Verfahren zur Emissionsschätzung zu erforschen und experimentell im Labor und anhand industrieller Fallstudien (bspw. Thermoprozessanlagen) zu charakterisieren. Mögliche reflektierende Störstrahlung muss dabei zuverlässig erkannt und aus der Modellierung ausgeschlossen werden. Methoden zur Segmentierung der 3-D-Modelle könnten zusätzlich die gleichzeitige Untersuchung verschiedener Oberflächen mit unterschiedlichen Eigenschaften ermöglichen. 

Pu­bli­ka­tio­nen zum Pro­jekt

  1. Schramm, S.; Ebert, J.; Rangel, J.; Schmoll, R.; Kroll, A.   Iterative feature detection of a coded checkerboard target for the geometric calibration of infrared cameras.   In Journal of Sensors and Sensor Systems (JSSS), Vol. 10, pp. 207-218, 2021.
  2. Schramm, S.; Rangel, J.; Aguirre Salazar, D.; Schmoll, R.; Kroll, A.   Target Analysis for the Multispectral Geometric Calibration of Cameras in Visual and Infrared Spectral Range.   In IEEE Sensors, Vol. 21, No. 2, pp. 2159-2168, 2021.
  3. Schramm, S.; Osterhold, P.; Schmoll, R.; Kroll, A.   Combining Modern 3D Reconstruction and Thermal Imaging: Generation of Large-Scale 3D Thermograms in Real-Time.   In Quantitative InfraRed Thermography Journal, 2021.
  4. Schramm, S.; Osterhold, P.; Schmoll, R.; Kroll, A.   Generation of Large-Scale 3D Thermograms in Real-Time Using Depth and Infrared Cameras.   In 15th Quantitative InfraRed Thermography Conference (QIRT), Porto, Portugal, 6.-10. Juli 2020.
  5. Schramm, S.; Schmoll, R.; Kroll, A.   Compensation of the Size-of-Source Effect of Infrared Cameras Using Image Processing Methods.   In 13th International Conference on Sensing Technology (ICST), Sydney, Australia, 2.-4. Dezember 2019.
  6. Schramm, S.; Rangel, J.; Kroll, A.   Data Fusion for 3D Thermal Imaging Using Depth and Stereo Camera for Robust Self-localization.   In IEEE Sensors Applications Symposium (SAS), Seoul, Korea, 12.-14. März 2018.
  7. Soldan, S.; Ouellet, D.; Hedayati, P.; Bendada, H.; Laurendeau, D.; Kroll, A.   Mapping Non-Destructive Testing Data on the 3D Geometry of Objects with Complex Shapes.   In 12th International Conference for Quantitative InfraRed Thermography (QIRT 2014), Bordeaux, France, 7 -- 11 July 2014.
  8. Rangel González, J. H.; Soldan, S.; Kroll, A.   3D Thermal Imaging: Fusion of Thermography and Depth Cameras.   In 12th International Conference for Quantitative InfraRed Thermography (QIRT 2014), Bordeaux, France, 7 -- 11 July 2014.
  9. Soldan, S.; Kroll, A.   Towards Automated Gas Leak Detection Using IR Gas Imaging Cameras.   In AITA 2013 -- Advanced Infrared Technology and Applications, pp. 195-199, Turin -- Italy, 10. -- 13.09. 2013.
  10. Soldan, S.   On extended depth of field to improve the quality of automated thermographic measurements in unknown environments.   In Quantitative InfraRed Thermography Journal, Vol. 9, No. 2, pp. 135-150, November 2012.
  11. Soldan, S.   On Extended Depth of Field to Improve the Quality of Automated Thermographic Measurements in Unknown Environments.   In Cardone, G., editor, Proceedings of 11th International Conference on Quantitative InfraRed Thermography (QIRT), Naples, Italy, June 11 -- June 14 2012.   Best Student Paper Award.
  12. Soldan, S.; Bonow, G.; Kroll, A.   RoboGasInspector -- A Mobile Robotic System for Remote Leak Sensing and Localization in Large Industrial Environments: Overview and First Results.   In Proceedings of the 2012 IFAC Workshop on Automatic Control in Offshore Oil and Gas Production, pp. 33-38, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway, 31.05 -- 01.06. 2012.
  13. Soldan, S.; Bonow, G.; Kroll, A.   Auswahl und Aufbau eines Multisensor-Fernmesssystems zur Fluidleckerkennung für den Einsatz auf einem mobilen Industrie-Inspektionsroboter.   In Gerlach, G.; Tutsch, R., editors, 16. GMA/ITG Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2012, pp. 126-135, Nürnberg, Germany, 22. -- 23.05. 2012. AMA Service GmbH.
  14. Soldan, S.; Welle, J.; Barz, T.; Kroll, A.; Schulz, D.   Towards Autonomous Robotic Systems for Remote Gas Leak Detection and Localization in Industrial Environments.   In Yoshida, K.; Tadokoro, S., editors, Field and Service Robotics Results of the 8th International Conference, Vol.  92 of Springer Tracts in Advanced Robotics, pp. 233-247, Matsushima, Japan, 16 -- 19 July 2012. Springer Berlin Heidelberg.
  15. Soldan, S.; Rangel, J.; Kroll, A.   An Overview of Calibration Boards for the Geometric Calibration of Thermal Cameras.   In InfraR&D 2011 Proceedings Volume 6, pp. 79-83, Hannover, Germany, 6. -- 7. April. 2011.
  16. Baetz, W.; Kroll, A.; Soldan, S.   On Gas Leak Detection of Pressurised Components by Using Thermograms and Pattern Recognition Algorithms.   In Bieth, M., editor, Proc. 8th Int. Conf. on NDE in Relation to Structural Integrity for Nuclear and Pressurised Components, pp. 503-512, Berlin, Germany, 29. September -- 1. Oktober 2010. European Commission, Joint Research Center, Institute for Energy.   DGZfP-Proceedings BB 125-CD.