Highspeed-3D-Thermografie

Erkennung der Temperaturen bei der Entfaltung eines Airbags und sichtbar machen der Gefahren für die PKW-Insassen.

3D-Kamerasystem liefert räumliche Thermobilder

3D-Thermografieaufnahmen der Entfaltung eines Airbags. Das 3D-Thermografiesystem nutzt dafür zwei High-Speed-s/w-Kameras sowie eine sehr schnelle Wärmebildkamera. Beleuchtet wird die Szene mit dem proprietären GOBO-System.
© Fraunhofer IOF

3D-Thermografieaufnahmen der Entfaltung eines Airbags. Das 3D-Thermografiesystem nutzt dafür zwei High-Speed-s/w-Kameras sowie eine sehr schnelle Wärmebildkamera. Beleuchtet wird die Szene mit dem proprietären GOBO-System.

Am Fraunhofer IOF werden seit langem Highspeed-3D-Kamerasysteme entwickelt. Das Know-how steckt dabei vor allem in der aktiven Beleuchtung, die die eineindeutige Zuordnung von 3D-Koordinaten zu den Bildpunkten ermöglicht. Die Idee für die technische Umsetzung ist von der Bühnentechnik inspiriert, wo man eine hitzebeständige Maske aus Glas oder Metall vor einem Scheinwerfer rotieren lässt und entsprechende Effekte auf der Bühne erhält. Dieses GOBO-Prinzip (GOes Before Optics) wurde für eine robuste Beleuchtung bei den 3D-Kamerasystemen angewandt und für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen optimiert.

Anwendung findet das Prinzip unter anderem bei Crashtests in der Automobilindustrie. Demnach ergibt sich beispielsweise bei der Entfaltung von Airbags die Frage, ob hohe Temperaturen die PKW-Insassen gefährden. Das lässt sich mit einer 3D-Thermografie untersuchen.

Foto des Hochgeschwindigkeits-3D-Thermografiesystems bestehend aus zwei VIS-Kameras, einer LWIR-Kamera und dem VIS GOBO-Projektor.
© Fraunhofer IOF

Foto des Hochgeschwindigkeits-3D-Thermografiesystems bestehend aus zwei VIS-Kameras, einer LWIR-Kamera und dem VIS GOBO-Projektor.

Für die 3D-Wärmebilder wurde dem Untersuchungsaufbau eine schnelle LWIR-Thermografiekamera hinzugefügt. Die FLIR X6900sc SLS hat einen Strained-Layer-Superlattice-Detektor, der Bildraten von bis zu 1 kHz bei einer Auflösung von 640×512 Punkten und auf 1 °C genaue Werte im Temperaturbereich zwischen ‑20 und 100 °C ermöglicht.

Die Thermografieaufnahme der LWIR-Kamera wird bei der Auswertung über die rekonstruierten 3D-Daten gelegt. Bild 2 zeigt die Temperaturentwicklung bei der Entfaltung eines Airbags. Mit dem System wurde etwa eine halbe Sekunde des Vorgangs aus einer Entfernung von 3 m aufgenommen. Im Ergebnis wurde deutlich, dass sich der Airbag lokal auf bis zu 60 °C erwärmte. Bild 3 zeigt, wie sich der Airbag in den ersten 20 ms entfaltet und dabei Geschwindigkeiten bis über 50 m/s erreicht.

Insgesamt liefert die Kombination aus schneller Thermografie und Hochgeschwindigkeits-3D-Messung deutlich mehr Informationen als die herkömmliche 2D-Thermografie. Vielfältige Anwendungsbereiche finden sich für Messsituationen in der Entwicklung und Qualitätssicherung wie beispielsweise bei Fahrzeugcrashtests oder Explosionen von Schaltschränken.