Vorrichtung und Verfahren zum Projizieren von Information auf ein Objekt bei Thermographie-Untersuchungen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Bewertung eines Objektes mittels Thermo- graphie . Die aktive Thermographie ist ein modernes, zerstörungsfreies Prüfverfahren, bei dem die im PrüfObjekt durch Anregung von außen entstehende Wärme mit einer Wärmebildkamera aufgenommen wird. Durch eine geeignete Wahl einer Anregungsart, bei ^¬ spielsweise mittels Blitz, Heißluft, Ultraschall oder Induk- tion, und Auswerteverfahren können im Prüfteil befindliche Defekte, wie es beispielsweise Risse oder Schichtablösungen sind, gefunden werden. Diese können dabei ebenso verdeckt sein, sodass diese mit vielen herkömmlichen Verfahren, wie es beispielsweise eine Eindringprüfung ist, oder visuell nicht nachgewiesen werden können. Bei derartigen Untersuchungen ergeben sich insbesondere zwei Schwierigkeiten:

1. Oft ist es erforderlich, das Prüfteil exakt auszurichten, damit eine Anregung präzise erfolgen kann. Beispielsweise ist es bei einer akustischen Thermographie erforderlich, eine

Einkoppelstelle des Ultraschalls exakt auszurichten. Bei ei ^¬ ner Induktionsthermographie soll eine Position des Prüfteils relativ zur Spule exakt ausgerichtet werden. 2. Die Prüfergebnisse liegen lediglich elektronisch als zweidimensionale Bilder vor, sodass es häufig zu Schwierigkeiten bei einer Interpretation der Daten kommt, da der direkte Vergleich mit dem Prüfteil fehlt. Dies ist insbesondere bei zweifelhaften Anzeigen der Fall, die von Verschmutzungen her- vorgerufen werden können. Verdeckte Defekte können lediglich indirekt lokalisiert werden, da diese aufgrund ihrer Natur an einer Oberfläche nicht sichtbar sind. Zu 1.

Zur exakten Positionierung eines Prüfobjektes bedient man sich üblicherweise geeigneter Marker auf der Prüfobj ekthalte- rung. Derartige Marker müssen jedoch prüfobj ektspezifisch an- gebracht werden. Je nach der Anzahl der Varianten zu prüfender Objekte bzw. Teile, ist dies mehr oder weniger aufwändig. Zudem muss sichergestellt sein, dass die Prüfperson ebenso die richtige Markierung wählt. Zu 2.

Zur Evaluierung von Anzeigen muss ein Prüfbild meistens mit dem realen Prüfteil bzw. Prüfobjekt verglichen werden. Dazu kann das Prüfobjekt beispielsweise per Hand vor dem Monitor ^¬ bild bewegt und gedreht werden. Meistens wird die Lokalisati- on von Defekten anhand von hervorstechenden Oberflächeneigenschaften erfolgen, wie dies beispielsweise Kanten, Schichtab ^¬ lösungen, Kratzer, Dellen oder Ähnliches sind. Bei unstruktu ^¬ rierten Prüfobjekten ist eine Lokalisation zusätzlich deutlich erschwert.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren für ein im Vergleich zum Stand der Technik genauere und zuverlässigere Thermographie-Untersuchung eines zu bewertenden Objektes bereitzustellen. Insbesondere sollen eine Positionierung des Objekts und eine Lokalisierung von Fehlern auf dem realen Objekt mit verbesserter Genauigkeit erfolgen .

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptan- spruch und ein Verfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst.

Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung für eine Be ^¬ wertung eines Objektes mittels Thermographie bereitgestellt, umfassend eine ein Objektiv mit einer Objektivachse aufwei- sende Infrarotkamera zur Aufnahme mindestens eines Thermogra- phie-Lichtbildes des Objektes;

eine ein Objektiv mit einer Objektivachse aufweisende Projek- tionseinheit zur Projektion mindestens einer Information auf das Objekt;

eine auf den Objektivachsen der Infrarotkamera und der Pro ^¬ jektionseinheit positionierte Verteilereinrichtung zum Ein- spiegeln der Objektivachse der Infrarotkamera oder der Pro ^¬ jektionseinheit in jeweils andere Objektivachsen in Richtung zu dem Objekt und zum Durchlassen oder Umlenken von Infrarot- licht vom Objekt zur Infrarotkamera und zum Umlenken oder Durchlassen von Licht von der Projektionseinheit zum Objekt.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren für ein Bewerten eines Objekts mittels Thermographie bereitgestellt, um ^¬ fassend folgende Schritte:

Aufnehmen mindestens eines Thermographie-Lichtbildes des Ob- jektes mittels einer ein Objektiv mit einer Objektivachse aufweisenden Infrarotkamera;

Projizieren mindestens einer Information auf das Objekt mittels einer ein Objektiv mit einer Objektivachse aufweisenden Proj ektionseinheit ;

Einspiegeln der Objektivachse der Infrarotkamera oder der Projektionseinheit in die jeweils andere Objektivachse in Richtung zu dem Objekt und Durchlassen und Umlenken von Inf- rarotlicht vom Objekt zur Infrarotkamera und Umlenken oder Durchlassen von Licht von der Projektionseinheit zum Objekt mittels einer auf den Objektivachsen der Infrarotkamera und der Projektionseinheit positionierten Verteilereinrichtung.

Eine Objektivachse kann eine optische Achse des Objektivs sein. Die optische Achse kann bevorzugt eine Symmetrieachse des Objektivs sein. Bevorzugt ist eine Objektivachse, eine Achse, zu der das Objektiv rotationssymmetrisch ist.

Einspiegeln einer Objektivachse in eine andere Objektivachse in Richtung zu einem Objekt bedeutet, dass ein Lichtstrahl entlang der einzuspiegelnden Objektivachse mittels einer Verteilereinrichtung derart umgelenkt wird, dass der Lichtstrahl nach Verlassen der Verteilereinrichtung entlang der anderen Objektivachse in Richtung zu dem Objekt verläuft. Die einzu- spiegelnde Objektivachse wird dabei durch die Verteilerein ^¬ richtung in die andere Objektivachse deckungsgleich oder identisch eingespiegelt. Das heißt umgekehrt, dass zumindest ein Anteil eines vom Objekt entlang einer Objektivachse ver- laufender Lichtstrahls nach der Verteilereinrichtung zusätzlich entlang der anderen Objektivachse verläuft.

Durch die Verwendung einer Verteilereinrichtung, die sichtbares Licht von infrarotem Licht trennen kann, ist es möglich, mit einer geeigneten Projektionseinheit zusätzliche Informa ^¬ tionen auf das zu prüfende Objekt zu projizieren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht gleiche Blickwin ^¬ kel einer Infrarotkamera und einer Projektionseinheit. Paral- laxenfehler, die durch unterschiedliche Blickwinkel auf drei ^¬ dimensionale Objekte hervorgerufen werden, sind auf diese Weise ausgeschlossen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden mit den Unteran- Sprüchen beansprucht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Einrichtung zum Vergleich einer mittels des aufgenommenen Thermographie- Lichtbildes erfassten Position des Objektes mit einer Soll- Position des Objektes bereitgestellt und die Projektionsein ^¬ heit zur Projektion auf das Objekt einer Information zur Veränderung der Position des Objektes in Richtung zu der Soll- Position des Objektes. Zu einer exakten Positionierung des zu prüfenden Objektes kann die Position des Objektes mit der Infrarotkamera aufgenommen und mit einer internen Referenz verglichen werden. Die Projektionseinheit kann dann mindes ^¬ tens eine Information auf das Objekt projizieren, die es ermöglicht, das zu prüfende Objekt genau auszurichten. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Information zur Veränderung der Position des Objektes einer sich verändernden Farbe von Rot zu Gelb zu Grün sein. Dabei kann besonders vorteilhaft die Farbe eines auf das Objekt projizierten Thermographie-Lichtbildes sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die In- formation zur Veränderung der Position des Objektes ein auf das Objekt projizierter Richtungspfeil sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mindestens eine Energiequelle zur zumindest partiellen Erwärmung des Objektes für eine aktive Thermographie bereitgestellt sein .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Projektionseinheit zur mit dem Objekt deckungsgleichen Pro- jektion des Thermographie-Lichtbildes als Information auf das Objekt bereitgestellt sein.

Für eine Evaluierung von Defekten kann ein Ergebnisbild einer Thermographie auf das Objekt projiziert werden. Da ein Strah- lengang von Infrarotkamera und Projektionseinheit zwischen der Verteilereinrichtung und dem Objekt identisch ist, ist eine deckungsgleiche Projektion möglich. Es sollen optische Blickwinkel gleich und die Infrarotkamera und die Projekti ^¬ onseinrichtung korrekt ausgerichtet sein. Auf diese Weise wird eine Evaluierung wirksam vereinfacht. Gemäß dieser Aus ^¬ führungsform ist es möglich, ein Infrarot-Prüfbild auf ein zu prüfendes Objekt deckungsgleich zu projizieren. Es können Infrarot-Aufnahmen wirksam verbessert interpretiert und De ^¬ fekte exakter lokalisiert werden. Ebenso wird ein Erkennen von Scheinanzeigen erleichtert, die beispielsweise in Folge von Verschmutzungen hervorgerufen werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Entzerreinrichtung zur Angleichung von Abbildungsmaßstäben und Verzeichnungen von Optiken der Infrarotkamera und der

Projektionseinheit mittels Kalibriermuster und Kalibrieralgo ^¬ rithmen bereitgestellt sein. Falls eine Korrektur einer Verzerrung der beiden Optiken ausgeführt werden soll, ist dies mittels geeigneter Kalibriermuster und Kalibrieralgorithmen ausführbar. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. ein erfindungsgemäßes Verfahren erfordert gegebenenfalls lediglich ei ^¬ ne Entzerrung eines Thermographie-Lichtbildes , das ebenso als Prüfbild bezeichnet werden kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können sich die beiden Objektivachsen unter einem 90 ° -Obj ektiv- Achsenschnittwinkel schneiden und eine Wirkschicht der Ver- teilereinrichtung kann senkrecht auf einer durch die beiden Objektivachsen aufgespannten Ebene stehen und den Objektivachsenschnitt halbieren.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die beiden Objektivachsen parallel zueinander angeordnet sein und eine Wirkschicht und eine die einzuspiegelnde Objektivachse schneidende zusätzliche Wirkschicht der Verteilereinrichtung können zueinander parallel und senkrecht auf einer durch die beiden Objektivachsen aufgespannten Ebene stehen und jeweils eine Objektivachse unter einem 45 ° -Schnittwinkel in einem

Schnittpunkt schneiden, wobei eine Gerade durch diese beiden Schnittpunkte auf beiden Objektivachsen senkrecht steht. Ge ^¬ mäß dieser Ausführungsform kann eine zusätzliche Wirkschicht in den Strahlengang der einzuspiegelnden Objektivachse posi- tioniert werden, sodass ein Lichtstrahl zusätzlich um 90° abgelenkt wird und somit die Infrarotkamera und die Projekti ^¬ onseinheit parallel zueinander angeordnet werden können. Ein Gesamtaufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auf diese Weise kompakt bereitgestellt sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Wirkschicht der Verteilereinrichtung ein teildurchlässiger Strahlteiler oder einer schwenkbarer, optischer Spiegel sein. Ein teildurchlässiger Strahlteiler kann insbesondere sichtba- res Licht von infrarotem Licht trennen. Ein derartiger

Strahlteiler kann beispielsweise infrarotes Licht durchlassen und sichtbares Licht umlenken. Ein umgekehrter Fall ist grundsätzlich ebenso möglich. Anstelle eines teildurchlässi- gen Strahlteilers kann ebenso ein klappbarer, optischer Spiegel verwendet werden, der lediglich bei einer Rückprojektion zur Verwendung kommt. In diesem Fall entfällt eine Forderung nach einer Teiltransparenz eines derartigen optischen Spie- gels.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Wirkschicht der Verteilereinrichtung ein teildurchlässiger Strahlteiler oder ein schwenkbarer, optischer Spiegel und die zusätzliche Wirkschicht ein optischer Spiegel sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mindestens eine Wirkschicht Glas, Quarzglas, Germanium, Silizium, Thalliumbromidiodid, Flussspat, Zinkselenid oder andere inf- rarot-durchlässige Materialien aufweisen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mindestens eine Wirkschicht eine Dicke von 0,1 bis 0,5 mm aufwei ^¬ sen .

Die vorliegende Erfindung wird anhand von zwei Ausführungs ^¬ beispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge ^¬ mäßen Vorrichtung;

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsge ^¬ mäßen Vorrichtung;

Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge ^¬ mäßen Verfahrens .

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine ein Objektiv mit einer Objektivachse 2a aufweisende Infrarotkamera 2 zur Aufnahme mindestens eines Thermographie-Lichtbildes 4 eines Objektes 1 auf, das mittels Thermographie zu bewerten ist. Zusätzlich weist die Vorrichtung eine ein Objektiv mit einer Objektivachse 3a aufweisende Projektionseinheit 3 zur Projektion mindestens einer Information auf das Objekt 1 auf. Gemäß diesem Ausführungs- beispiel ist eine derartige Information eine Information zur Veränderung der Position des Objektes 1, und zwar ein auf das Projekt 1 projizierter Richtungspfeil. Die Vorrichtung weist zusätzlich eine Verteilereinrichtung 5 auf, die auf den Objektivachsen 2a und 3a der Infrarotkamera 2 und der Projekti- onseinheit 3 angeordnet ist. Die Verteilereinrichtung 5 be ^¬ wirkt ein Einspiegeln der Objektivachse 3a der Projektions ^¬ einheit 3 in die Objektivachse 2a der Infrarotkamera 2 in Richtung zu dem Objekt 1. Die Verteilereinrichtung 5 lenkt Licht von der Projektionseinheit 3 in Richtung zum Objekt 1 um. Die Verteilereinrichtung 5 lässt Infrarotlicht vom Objekt 1 in Richtung zu der Infrarotkamera 2 durch. Die verwendete Verteilereinrichtung 5 weist eine Wirkfläche auf. Die Wirk ^¬ fläche, die ebenso als Wirkschicht bezeichnet werden kann, ist ein teildurchlässiger Strahlteiler, der Infrarotlicht hindurch lässt und sichtbares Licht reflektiert. Die Wirk ^¬ schicht kann ebenso ein schwenkbarer, optischer Spiegel sein. Bei Verwendung eines derartigen Spiegels erfolgt die Aufnahme eines Infrarotbildes und die Projektion der Information auf das Objekt 1 zeitlich hintereinander. Ist der optische Spie- gel herausgeschwenkt, kann die Infrarotkamera 2 aufnehmen.

Ist der optische Spiegel eingeschwenkt, kann die Projektions ^¬ einheit 3 die Information, die hier ein Richtungspfeil ist, auf das Objekt 1 projizieren. Ein Strahlteiler kann beispielsweise ein Siliziumwafer sein. Grundsätzlich ist es mög- lieh, die Position der Infrarotkamera 2 mit der Position der Projektionseinheit 3 zu tauschen. Dazu lässt eine Verteiler ^¬ einrichtung 5 sichtbares Licht durch und reflektiert infraro ^¬ tes Licht. Die Projektionseinheit 3 kann beispielsweise ein Beamer sein. Zusätzlich ist in Figur 1 eine Entzerreinrich- tung 6 zur Angleichung von Abbildungsmaßstäben und Verzeichnungen von Optiken der Infrarotkamera 2 und der Projektions ^¬ einheit 3 mittels Kalibriermuster und Kalibrieralgorithmen dargestellt . Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin ^¬ dungsgemäßen Vorrichtung. Dabei entspricht die Vorrichtung gemäß Figur 2 der Vorrichtung gemäß Figur 1 mit folgenden zwei Unterschieden:

Erstens sind die beiden Objektivachsen 2a und 3a parallel zu ^¬ einander angeordnet.

Zweitens ist eine zusätzliche Wirkschicht der Verteilerein ^¬ richtung 5 bereitgestellt. Eine Wirkschicht gemäß Figur 1 und die die einzuspielende Objektivachse 3a schneidende zusätzli ^¬ che Wirkschicht der Verteilereinrichtung 5 sind zueinander parallel, stehen auf einer durch die beiden Objektivachsen 2a und 3a aufgespannten Ebene senkrecht und schneiden jeweils eine Objektivachse 2a bzw. 3a unter einem 45 ° -Schnittwinkel in jeweils einem Schnittpunkt. Eine Gerade durch diese beiden Schnittpunkte steht auf beiden Objektivachsen 2a und 3a senk ^¬ recht. Die Wirkschicht der Verteilereinrichtung 5 kann hier ebenso ein teildurchlässiger Strahlteiler oder ein schwenkbarer, optischer Spiegel entsprechend Figur 1 sein. Die zusätz- liehe Wirkschicht ist bevorzugt ein optischer Spiegel. Gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 wird also ein Spiegel im Strahlengang der Projektionseinheit 3 positioniert, sodass ein Lichtstrahl zur Projektionseinheit 3 im Unterschied zu Figur 1 nochmals um 90° umgelenkt wird und somit die Infra- rotkamera 2 und die Projektionseinheit 3 parallel zueinander angeordnet werden können. Ein Gesamtaufbau einer erfindungs ^¬ gemäßen Vorrichtung wird auf diese Weise kompakter bereitgestellt . Eine Projektionseinheit 3 gemäß Figur 1 und Figur 2 kann bei ^¬ spielsweise ein Beamer und insbesondere ein miniaturisierter Beamer sein. Eine mittels der Projektionseinheit 3 auf das Objekt 1 projizierte Information kann beispielsweise ein Bild, eine Farbinformation, beispielsweise in Form eines far- bigen Kreises, oder das von der Infrarotkamera 2 aufgenommene Thermographie-Lichtbild 4 bzw. Thermographie-Prüfbild sein. Letzteres ermöglicht einen direkten Vergleich von Prüfbild bzw. Thermographie-Lichtbild 4 und Objekt 1. Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein derartiges Verfahren für ein Bewerten eines Objektes mittels Thermographie, insbesondere aktiver Thermo- graphie, umfasst mindestens folgende drei Schritte Sl bis S3: Mit einem ersten Schritt Sl erfolgt ein Positionieren einer Verteilereinrichtung auf Objektivachsen einer Infrarotkamera und einer Projektionseinheit. Mittels der Verteilereinheit erfolgt ein Einspiegeln der Objektivachse der Proj ektionsein- heit in die Objektivachse der Infrarotkamera in Richtung zu dem Objekt. Die Verteilereinrichtung bewirkt zudem ein Durchlassen von Infrarotlicht vom Objekt zur Infrarotkamera und ein Umlenken von Licht von der Projektionseinheit zum Objekt. Es folgt ein zweiter Schritt S2 eines Aufnehmens mindestens eines Thermographie-Lichtbildes des Objektes mittels einer ein Objektiv mit der Objektivachse aufweisenden Infrarotkame ^¬ ra. Mit einem weiteren Schritt S3 erfolgt ein Projizieren mindestens einer Information auf das Objekt mittels einer ein Objektiv mit der Objektivachse aufweisenden Proj ektionsein- heit. Die Objektivachse der Infrarotkamera kann als erste Ob ^¬ jektivachse bezeichnet werden. Die Objektivachse der Projek ^¬ tionseinheit kann als zweite Objektivachse bezeichnet werden. Eine derartige Bezeichnung kann grundsätzlich in der gesamten Patentanmeldung vorgenommen werden.