DE102018117590B4 - Device for the radiometric calibration of thermal imaging cameras - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur radiometrischen Kalibrierung von Wärmebildkameras, aufweisend ein in Bildpunkte aufgeteiltes Strahlungselement (4) eines Flächenstrahlers mit bekanntem Emissionsgrad als Referenzstrahlungsfläche (41), eine Temperiereinrichtung zur Temperierung der Bildpunkte des Strahlungselementes (4) mittels elektromagnetischer Strahlung (3), mindestens ein temperatursensitives Element (42) zur ortsauflösenden Bestimmung der Temperatur des Strahlungselementes (4) sowie eine Regeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung dafür ausgebildet ist, einen ortsaufgelösten Wärmeeintrag auf die Bildpunkte des Strahlungselementes (4) zu realisieren und eine absolute Bestimmung einer Temperatur eines ersten Bildpunktes des Strahlungselementes (4) mit nur einem der temperatursensitiven Elemente (42) erfolgt und die Temperaturen weiterer Bildpunkte des Strahlungselements (4) mittels Temperaturdifferenzmessung zu dem ersten Bildpunkt ermittelt werden und die Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, den Wärmeeintrag in Abhängigkeit von Messwerten des mindestens einen temperatursensitiven Elementes (42) und von einer Solltemperatur derart zu regeln, dass die Temperatur der Bildpunkte des Strahlungselementes (4) über eine gesamte Oberfläche des Flächenstrahlers einheitlich der Solltemperatur mit einer Abweichung von maximal ± 3% entspricht.

Figure DE102018117590B4_0000
Device for the radiometric calibration of thermal imaging cameras, having a radiation element (4), divided into pixels, of a surface radiator with a known emissivity as a reference radiation surface (41), a temperature control device for temperature control of the pixels of the radiation element (4) by means of electromagnetic radiation (3), at least one temperature-sensitive element ( 42) for determining the temperature of the radiation element (4) with spatial resolution, and a control device, characterized in that the temperature control device is designed to implement a spatially resolved application of heat to the pixels of the radiation element (4) and an absolute determination of a temperature of a first pixel of the radiation element (4) takes place with only one of the temperature-sensitive elements (42) and the temperatures of further pixels of the radiation element (4) are determined by measuring the temperature difference to the first pixel and the control device is set up to regulate the heat input as a function of measured values of the at least one temperature-sensitive element (42) and of a target temperature in such a way that the temperature of the pixels of the radiating element (4) over the entire surface of the panel radiator is uniformly the target temperature with a maximum deviation corresponds to ± 3%.
Figure DE102018117590B4_0000

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur radiometrischen Kalibrierung von Wärmebildkameras mit einem Flächenstrahler. Das Strahlungselement dieses Flächenstrahlers, wird als Referenzstrahlungsfläche genutzt und ist mittels elektromagnetischer Strahlung temperiert.The invention relates to a device for the radiometric calibration of thermal imaging cameras with a surface radiator. The radiating element of this surface radiator is used as a reference radiating surface and is temperature-controlled by means of electromagnetic radiation.

Der Begriff elektromagnetische Strahlung oder Wärmestrahlung bezieht sich im Folgenden auf Strahlung mit einem Spektrum im sichtbaren und infraroten Bereich, d. h. in einem Wellenlängenbereich von 380 nm bis zu 1 mm.In the following, the term electromagnetic radiation or thermal radiation refers to radiation with a spectrum in the visible and infrared range, i. H. in a wavelength range from 380 nm to 1 mm.

Wärmebildkameras ermöglichen eine flächenhafte Messung eines Temperaturfeldes bzw. einer zweidimensionalen Strahldichteverteilung der Wärmestrahlung. Das von einer Wärmebildkamera wiedergegebene Bild der gemessenen Temperaturverteilung setzt sich aus den Temperaturen einzelner Bildpunkte zusammen, die mit Hilfe der optischen Abbildung des zu vermessenden Objekts auf einzelne Detektorelemente ermittelt werden. Die an den einzelnen Detektorelementen bestimmten Temperaturen können unter anderem aufgrund von Fehlern in der Abbildung der Wärmestrahlung, Kennlinienfehlern der Detektorelemente oder von detektorelementabhängigen Fehlern in der Signalverarbeitung von den realen am Messobjekt vorliegenden Temperaturen abweichen. Diese gerätespezifischen Abweichungen werden bei einer Kalibrierung ermittelt.Thermal imaging cameras enable an areal measurement of a temperature field or a two-dimensional radiance distribution of the thermal radiation. The image of the measured temperature distribution reproduced by a thermal imaging camera consists of the temperatures of individual pixels, which are determined with the aid of the optical imaging of the object to be measured on individual detector elements. The temperatures determined on the individual detector elements can deviate from the real temperatures present on the measurement object, among other things, due to errors in the imaging of the thermal radiation, characteristic curve errors of the detector elements or detector element-dependent errors in the signal processing. These device-specific deviations are determined during a calibration.

Zur Kalibrierung von Wärmebildkameras werden Referenzstrahlungsquellen mit einer Referenzstrahlungsfläche genutzt. Damit die Kalibrierung für alle Detektorelemente erfolgen kann, muss die ausgesandte Strahldichte auf der gesamten Fläche der Referenzstrahlungsquelle hinreichend genau bestimmt sein. Da die spektrale Strahldichte im Planck'schen Strahlungsgesetz über den spektralen Emissionsgrad der strahlenden Oberfläche mit der Temperatur verknüpft ist, müssen sowohl die Temperatur als auch der gerichtete effektive Emissionsgrad des im Gesichtsfeldwinkel der Wärmebildkamera liegenden Bildausschnitts der Referenzstrahlungsquelle bekannt sein.Reference radiation sources with a reference radiation surface are used to calibrate thermal imaging cameras. So that the calibration can take place for all detector elements, the radiance emitted must be determined with sufficient accuracy over the entire surface of the reference radiation source. Since the spectral radiance is linked to the temperature in Planck's radiation law via the spectral emissivity of the radiating surface, both the temperature and the directed effective emissivity of the image section of the reference radiation source lying in the field of view of the thermal imaging camera must be known.

Der Emissionsgrad der Strahlerfläche wird mit Hilfe einer Strukturierung ( DE 20 2010 010 337 U1 ) und Beschichtung der Oberfläche eingestellt. Diese Einstellung kann mit geeigneten Methoden aus dem Stand der Technik sehr gleichmäßig auf der Fläche erfolgen.The emissivity of the radiator surface is determined with the help of structuring ( DE 20 2010 010 337 U1 ) and coating of the surface adjusted. This adjustment can be made very evenly on the surface using suitable methods from the prior art.

Die Aufgabe der Kalibrierung von Wärmebildkameras mittels Referenzstrahlungsquellen grenzt von der Aufgabe der Überprüfung von Geräten, bei denen lediglich eine korrekte Widergabe der Verteilung von Infrarotstrahlung gefordert ist, ab. Dies sind beispielsweise Nachtsichtgeräte oder Infrarotkameras zur Ausstattung bei der Feuerbekämpfung. Hier werden Referenzstrahlungsquellen (Projektoren) verwendet, die eine Szene mit einer dynamischen und zeitlich stark ändernden Intensitätsverteilung der Referenzstrahlung bereitstellen (s. hierzu auch US 7 084 405 B1 und [Neira,J.E.; Rice,J.P., Amon,F.K.: Development of infrared scene projektors for testing fire-fighter cameras. In: Proc. SPIE 6942, Technologies for Synthetic Environments Hardware-in-the-Loop Testing XIII, 6942, 2008, 694207-1 - 694207-10]). Da bei solchen Projektoren für Infrarot-Szenen die emittierte Strahldichte nicht ausreichend genau bekannt ist, sind sie zur radiometrischen Kalibrierung von Wärmebildkameras nicht geeignet.The task of calibrating thermal imaging cameras using reference radiation sources differs from the task of checking devices, which only require correct reproduction of the distribution of infrared radiation. These are, for example, night vision devices or infrared cameras for firefighting equipment. Here reference radiation sources (projectors) are used, which provide a scene with a dynamic and temporally strongly changing intensity distribution of the reference radiation (see also U.S. 7,084,405 B1 and [Neira,JE; Rice,JP, Amon,FK: Development of infrared scene projectors for testing fire-fighter cameras. In: Proc. SPIE 6942, Technologies for Synthetic Environments Hardware-in-the-Loop Testing XIII, 6942, 2008, 694207-1 - 694207-10]). Since the radiance emitted by such projectors for infrared scenes is not known with sufficient accuracy, they are not suitable for the radiometric calibration of thermal imaging cameras.

Referenzstrahlungsquellen zur Kalibrierung von Wärmebildkameras oder deren Detektoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. So existieren Hohlraumstrahler, welche typischerweise zur Kalibrierung von Strahlungsthermometern genutzt werden, die sich zur punktuellen Messung einer Temperatur eignen ( US 4 599 507 A1 , JP 2014- 157 127 A1 ). Diese Hohlraumstrahler können auch mit großen Aperturen bis zu typischerweise 60 mm Durchmesser der strahlenden Fläche ausgeführt werden. Da mit ihnen jedoch bei der Positionierung des Strahlers in der Bildebene der Wärmebildkamera keine vollständige Ausleuchtung der Detektorelemente der Wärmebildkameras möglich ist, werden bevorzugt Flächenstrahler zur Kalibrierung eingesetzt.Reference radiation sources for calibrating thermal imaging cameras or their detectors are known from the prior art. For example, there are cavity radiators that are typically used to calibrate radiation thermometers that are suitable for spot temperature measurements ( U.S. 4,599,507 A1 , JP 2014-157 127 A1 ). These cavity radiators can also be designed with large apertures of up to typically 60 mm in diameter for the radiating surface. However, since they cannot completely illuminate the detector elements of the thermal imaging camera when the radiator is positioned in the image plane of the thermal imaging camera, area radiators are preferably used for calibration.

Flächenstrahler stellen die zur Kalibrierung benötigte Strahldichte auf einer temperierten Oberfläche eines Strahlungselements (Referenzstrahlungsfläche) bekannten Emissionsgrads bereit. Die Temperierung kann dabei beispielsweise mittels Widerstandsheizelementen, wie in der DE 89 00 537 U1 vorgeschlagen, erfolgen. Die Temperiereinrichtungen zur Temperierung sind zumeist mit einer Heizzone ausgestattet und so gestaltet, dass ein Temperatursensor die Temperatur an einer bevorzugten Stelle einer Heizzone erfasst und diese mittels eines Reglers auf die zur Kalibrierung benötigte Solltemperatur einregelt.Area radiators provide the radiance required for calibration on a temperature-controlled surface of a radiating element (reference radiating surface) of known emissivity. The temperature can, for example, by means of resistance heating elements, as in the DE 89 00 537 U1 proposed to take place. The temperature control devices for temperature control are usually equipped with a heating zone and are designed in such a way that a temperature sensor detects the temperature at a preferred point in a heating zone and regulates this to the setpoint temperature required for calibration by means of a controller.

Aus US 2017/ 0 343 418 A1 ist ein Flächenstrahler bekannt, der mehrere Referenzstrahlungsflächen mit unterschiedlicher zur Kalibrierung bereitgestellter Strahldichte in einer Einheit enthält und somit eine automatisierte Kalibrierung an mehreren Arbeitspunkten ermöglicht.the end US 2017/0 343 418 A1 a surface emitter is known which contains a number of reference radiation surfaces with different radiances provided for calibration in one unit and thus enables automated calibration at a number of working points.

Aufgrund von nicht gleichmäßigem Wärmeeintrag von der Temperiereinrichtung, entstehen im Strahlungselement jedoch Temperaturgradienten, welche eine inhomogene Verteilung der zur Kalibrierung benötigten Strahldichte auf der Oberfläche des Strahlungselements und damit eine unsichere Kalibrierung der Wärmebildkamera zur Folgen haben. Diese können insbesondere bei Temperaturen über 200 °C zusätzlich verstärkt werden, da hier aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen Umgebung und Strahlungselement eine konvektive Strömung am Strahlungselement auftritt, die einen zusätzlichen Temperaturgradienten in vertikaler Richtung hervorruft. Je höher der Temperaturunterschied zwischen Umgebung und Oberfläche des Strahlungselementes ist, umso stärkerer Wärmetransport mittels Konvektion findet statt.Due to the non-uniform heat input from the temperature control device, however, temperature gradients occur in the radiant element, which result in an inhomogeneous distribution of the radiance required for calibration on the surface of the Radiating element and thus an uncertain calibration of the thermal imaging camera. These can be amplified particularly at temperatures above 200 °C, since here, due to the temperature difference between the environment and the radiant element, a convective flow occurs on the radiant element, which causes an additional temperature gradient in the vertical direction. The higher the temperature difference between the environment and the surface of the radiant element, the greater the heat transport by means of convection.

Um die Temperaturverteilung des Strahlungselementes zu homogenisieren, kann die Temperiereinrichtung in mehrere Heizzonen segmentiert werden, damit durch getrennte Regelung dieser Heizzonen lokal unterschiedlicher Wärmeeintrag und damit eine Glättung des Temperaturfeldes entsteht ( DE 89 00 537 U1 , DE 198 22 829 A1 ). Da jedoch die Form des Gradientenfeldes von der Einsatztemperatur und den Umgebungsbedingungen abhängt und die Anordnung der Heizzonen nicht beliebig fein ausgeführt werden kann, bleiben in der Regel Inhomogenitäten der Flächenstrahlertemperatur bestehen. Limitierungen der Anzahl der Heizzonen entstehen auch aufgrund des hohen gerätetechnischen Aufwands, da jede Zone mit einer eigenen Energieversorgung ausgeführt sein muss.In order to homogenize the temperature distribution of the radiant element, the temperature control device can be segmented into several heating zones, so that locally different heat input and thus a smoothing of the temperature field arises through separate control of these heating zones ( DE 89 00 537 U1 , DE 198 22 829 A1 ). However, since the shape of the gradient field depends on the operating temperature and the ambient conditions, and the arrangement of the heating zones cannot be designed arbitrarily finely, inhomogeneities in the surface radiator temperature usually remain. The number of heating zones is also limited due to the high level of equipment complexity, since each zone must have its own power supply.

Temperiereinrichtungen mit hoher örtlicher Auflösung zum Einstellen von örtlich und zeitlich definierten Temperaturen und Temperaturfeldern sind bspw. aus dem Bereich der thermischen Stabilisierung von optischen Bauelementen oder auch der lithografischen Prozesse ( US 6 100 506 A ) bekannt.Temperature control devices with high local resolution for setting locally and temporally defined temperatures and temperature fields are, for example, from the field of thermal stabilization of optical components or lithographic processes ( U.S. 6,100,506A ) famous.

In der DE 10 2008 013 098 A1 wird mit Hilfe der in einer Beleuchtungseinheit realisierten reflektiven Abbildung elektromagnetischer Strahlung auf eine mikromechanische Funktionsstruktur die Temperatur dieser Struktur eingestellt.In the DE 10 2008 013 098 A1 the temperature of this structure is adjusted with the help of the reflective imaging of electromagnetic radiation realized in a lighting unit on a micromechanical functional structure.

Eine Kombination von Beleuchtungseinheit und Temperierelement ist in DE 10 2008 017 174 A1 offenbart. Hierbei wird eine von einem Temperierelement mit Pixelstruktur, hier ein Peltierelement, erzeugte Wärmestrahlung mit Strahlung einer weiteren elektromagnetischen Strahlungsquelle überlagert und damit ein zu untersuchender Detektor gezielt beleuchtet. Hierbei sind die einzelnen beleuchteten Pixel gezielt thermisch voneinander isoliert, so dass eine inhomogene Verteilung der Temperatur der Pixel und damit auch der ausgesandten Strahldichte entsteht. Diese inhomogene Verteilung ist dabei erwünscht, da Muster auf den zu untersuchenden Detektor abgebildet werden. Eine radiometrische Kalibrierung ist mit einem solchen Temperierelement nicht möglich, da keine Erfassung der Temperatur der einzelnen Pixel vorgesehen ist und keine Regelung der Temperatur bzw. Strahldichte der einzelnen Pixel erfolgt. Die ausgesendete Strahldichteverteilung ist somit abhängig von der Emissionsgrad- und Temperaturverteilung der Pixel, sowie der Abstrahlcharakteristik und Inhomogenität der Strahlungsquelle.A combination of lighting unit and temperature control element is in DE 10 2008 017 174 A1 disclosed. Here, a thermal radiation generated by a temperature control element with a pixel structure, here a Peltier element, is superimposed with radiation from a further electromagnetic radiation source, and a detector to be examined is thus specifically illuminated. The individual illuminated pixels are thermally isolated from one another in a targeted manner, resulting in an inhomogeneous distribution of the temperature of the pixels and thus also the radiance emitted. This inhomogeneous distribution is desirable because patterns are imaged on the detector to be examined. A radiometric calibration is not possible with such a temperature control element, since the temperature of the individual pixels is not recorded and the temperature or radiance of the individual pixels is not regulated. The emitted radiance distribution is therefore dependent on the emissivity and temperature distribution of the pixels, as well as the radiation characteristics and inhomogeneity of the radiation source.

Ebenfalls nachteilig an der in DE 10 2008 017 174 A1 ausgeführten segmentierten Strahleroberfläche sind Luftspalte zwischen den Segmenten der pixelartigen Struktur. Sie führen zu periodischen Schwankungen des lokalen Emissionsgrades. Da die einzelnen Pixel des Strahlungselementes, aufgrund der unterschiedlichen Abbildungseigenschaften und Abbildungsfehler der in Wärmebildkameras verwendeten diffraktiven Optiken, nicht exakt auf die Detektorelemente einer zu kalibrierenden Wärmebildkamera abgebildet werden können, führt dies zur Verfälschung der mit einer Wärmebildkamera gemessenen Strahldichte.Also disadvantageous to the in DE 10 2008 017 174 A1 executed segmented radiator surface are air gaps between the segments of the pixel-like structure. They lead to periodic fluctuations in the local emissivity. Since the individual pixels of the radiating element cannot be imaged exactly on the detector elements of a thermal imaging camera to be calibrated due to the different imaging properties and imaging errors of the diffractive optics used in thermal imaging cameras, this leads to a falsification of the radiance measured with a thermal imaging camera.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Temperiereinrichtungen haben somit die Nachteile, dass inhomogene Temperaturverteilungen auf der Oberfläche des Strahlungselements bestehen, die aktuell realisierte Segmentierung in mehrere Heizzonen diese nicht beliebig minimiert, eine weitere Erhöhung der Anzahl von Segmenten in einem unakzeptablen hohen Aufwand resultiert und eine Segmentierung der Strahlerfläche in eine pixelartige Struktur thermische und radiometrische Messfehler verursacht.The temperature control devices known from the prior art therefore have the disadvantages that there are inhomogeneous temperature distributions on the surface of the radiant element, the currently implemented segmentation into several heating zones does not minimize this as desired, a further increase in the number of segments results in an unacceptably high level of effort and a Segmentation of the radiator surface into a pixel-like structure causes thermal and radiometric measurement errors.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe die genannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.The object of the present invention is to overcome the stated disadvantages of the prior art.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den rückbezogenen Unteransprüchen offenbart. According to the invention, the object is achieved with a device according to claim 1 or 2. Advantageous embodiments are disclosed in the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Temperiereinrichtung mittels elektromagnetischer Strahlung, einer homogenen Strahlungsfläche hoher Wärmeleitfähigkeit, auf einem Strahlungselement eines Flächenstrahlers verteilten Sensoren oder sensitiven Bereichen zur Temperaturerfassung und einer lokal auflösenden Regelung der Heizleistung erreicht.According to the invention, the object is achieved with a temperature control device using electromagnetic radiation, a homogeneous radiant surface of high thermal conductivity, sensors distributed on a radiant element of a surface radiator or sensitive areas for temperature detection and a locally resolved regulation of the heating output.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Regeleinrichtung, eine Sensoranordnung zur Detektion der Temperaturverteilung auf der Strahlerfläche, sowie eine Temperiereinrichtung auf. Die Temperiereinrichtung enthält eine Beleuchtungseinheit, die mit Hilfe einer Abbildungseinheit die elektromagnetische Strahlung einer Strahlungsquelle auf die Rückseite des Strahlungselementes mit der Strahlerfläche als Vorderseite, die die Referenzstrahlungsquelle bildet, projiziert. Die eingestrahlte elektromagnetische Strahlung wird auf der Rückseite des Strahlungselementes in Wärme umgewandelt. Diese Wärme dringt aufgrund der Wärmeleitung durch das Material des Strahlungselementes zur Referenzstrahlungsfläche und wird von dort abgestrahlt. Die abgestrahlte Wärme wird bspw. zur Kalibrierung von Wärmebildkameras genutzt.The device according to the invention has a control device, a sensor arrangement for detecting the temperature distribution on the radiator surface, and a temperature control device. The temperature control device contains an illumination unit which, with the aid of an imaging unit, projects the electromagnetic radiation from a radiation source onto the back of the radiation element with the radiator surface as the front, which is the reference point radiation source forms, projected. The radiated electromagnetic radiation is converted into heat on the back of the radiation element. Due to thermal conduction, this heat penetrates through the material of the radiation element to the reference radiation surface and is radiated from there. The radiated heat is used, for example, to calibrate thermal imaging cameras.

Als Strahlungsquellen werden vorzugsweise Heizstrahler, Lichtquellen wie Halogen- oder Glühlampen oder auch Laser verwendet. Die Wahl einer oder mehrerer Strahlungsquellen erfolgt entsprechend der benötigten Heizleistung und der verwendeten Abbildungseinheit. Die Strahlung der Strahlungsquellen kann vor Erreichen der Abbildungseinheit durch aus dem Stand der Technik bekannte optische Bauelemente aufbereitet und damit an die Abbildung mit der Abbildungseinheit angepasst werden.Radiant heaters, light sources such as halogen or incandescent lamps or also lasers are preferably used as radiation sources. One or more radiation sources are selected according to the required heating power and the imaging unit used. Before reaching the imaging unit, the radiation from the radiation sources can be processed by optical components known from the prior art and thus adapted to the imaging with the imaging unit.

Die Abbildungseinheit selbst kann dabei verschieden ausgeführt sein. Möglich sind als Abbildungseinheit Anordnungen mit Spiegelarrays, wie sie bspw. in ähnlicher Ausführung aus DLP-Videoprojektoren bekannt sind. Diese sind entweder als statisches Spiegelarray für die gleichzeitige Ausleuchtung der gesamten zu temperierenden Fläche oder auch als schwenkbare Einzelspiegel (bevorzugt ein oder zwei Spiegel) für eine scannende Beleuchtung mit getrennter Ansteuerung in x- und y-Richtung aus dem Stand der Technik bekannt. Bei scannender Belechtung kann die Scannbewegung und damit der lokale Wärmeeintrag beliebig erfolgen. Sequentielle, zeilen-, spaltenweise, kreis-, spiralförmige, punktelle oder beliebige Kombinationen davon sind denkbar.The imaging unit itself can be designed in different ways. Arrangements with mirror arrays, as are known, for example, in a similar design from DLP video projectors, are possible as the imaging unit. These are known from the prior art either as a static mirror array for the simultaneous illumination of the entire surface to be temperature-controlled or as pivotable individual mirrors (preferably one or two mirrors) for scanning illumination with separate control in the x and y directions. With scanning illumination, the scanning movement and thus the local heat input can take place as desired. Sequential, in rows, in columns, in circles, in spirals, at points or any combination thereof are conceivable.

Auf diese Weise wird die Fläche des Strahlungselementes in Bildpunkte (Bildsegmente) aufgeteilt, die ortsauflösend unterschiedlich stark bestrahlt werden können. Diese Variation der Bestrahlungsstärke kann auf unterschiedliche Weise einzeln oder in Kombination erreicht werden. Möglich ist dabei bspw. die Variation der Wellenlänge der auf die Bildelemente abgebildeten Strahlung. Dazu können können bspw. Filter eingesetzt werden, die zum Beispiel als wellenlängenselektive diffraktive oder auch reflektive Elemente wie Spiegel oder eine Kombination aus beiden genutzt werden. Auch eine Anpassung der Wellenlänge an das Absorptionsvermögen der Bildpunkte bzw. Bildegmente der Strahlungsfläche ist möglich. Auch können unterschiedliche Strahlungsintensitäten durch Veränderung der Intensität der Strahlungsquelle selbst erreicht werden. Neben einer derartigen örtlichen Variation ist auch eine zeitliche Variation mittels unterschiedlicher Bestrahlungsdauern oder sequentieller Bestrahlung je Pixelelement möglich.In this way, the area of the radiation element is divided into image points (image segments) that can be irradiated to different degrees in a spatially resolving manner. This variation in irradiance can be achieved in different ways, individually or in combination. It is possible, for example, to vary the wavelength of the radiation projected onto the picture elements. For this purpose, filters can be used, for example, which are used, for example, as wavelength-selective diffractive or reflective elements such as mirrors or a combination of both. It is also possible to adapt the wavelength to the absorptivity of the pixels or image segments of the radiating surface. Different radiation intensities can also be achieved by changing the intensity of the radiation source itself. In addition to such a local variation, a variation over time by means of different irradiation durations or sequential irradiation per pixel element is also possible.

Als Strahlungselement können Strahlungselemente aus dem Stand der Technik genutzt werden. Diese sind vorteilhaft flächig, rund (bevorzugt kreisförmig), rechteckig bzw. quadratisch, mit typischen Flächen von 100 cm2 bis 2500 cm2, bei geringer Höhe (geringe Materialdicke) von typischerweise wenigen Millimetern, ausgeführt und bestehen bevorzugt aus gut wärmeleitenden Metallen wie Kupfer, Aluminium, Silber, aber auch Metalllegierungen wie Edelstahl, Messing etc. Auch wärmeleitende Keramiken, wie Aluminiumnitrid, Bornitrid, Siliziumnitrid o.ä., sind möglich. Die genaue Materialauswahl ist von der angestrebten Solltemperatur, bei der das Strahlungselement zur Kalibrierung eingesetzt werden soll, abhängig. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Strahlungselement auf der Seite, die der Abbildungseinheit zugewandt ist strukturiert. So können auf dieser Seite bspw. Nanoröhrchen (bspw. aus Kohlenstoff) angeordnet sein, die senkrecht zur Oberfläche des Strahlungselementes ausgerichtet sind und eine verbesserte Absorption der einfallenden elektromagnetischen Strahlung gewährleisten. Die Seite kann ebenfalls beispielsweise mit Rillen, Nuten oder Bohrungen ausgebildet sein. Ebenfalls können pyramidale Strukturen oder Strukturen mit Hinterschneidungen und Strahlungsfallen vorhanden sein. Deren Erzeugung kann dabei beispielsweise durch Fräsen, Bohren, Erodieren oder 3D-Drucken geschehen. Eine analoge Strukturierung ist optional auf der Seite, die als Referenzstrahlungsfläche fungiert, möglich. Solche und ähnliche Strukturierungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die entsprechende Strukturierung ist in der Ausdehnung der einzelnen Strukturelemente mindestens eine Größenordnung kleiner, als die laterale Ausdehnung der Referenzstrahlungsfläche und wird als von dem Begriff „flächig“ umfasst angesehen.Radiating elements from the prior art can be used as the radiating element. These are advantageously flat, round (preferably circular), rectangular or square, with typical areas of 100 cm 2 to 2500 cm 2 , with a low height (small material thickness) of typically a few millimeters, and are preferably made of metals with good thermal conductivity such as copper , aluminum, silver, but also metal alloys such as stainless steel, brass, etc. Thermally conductive ceramics such as aluminum nitride, boron nitride, silicon nitride, etc. are also possible. The precise choice of material depends on the desired target temperature at which the radiant element is to be used for calibration. In a preferred embodiment, the radiating element is structured on the side facing the imaging unit. For example, nanotubes (eg made of carbon) can be arranged on this side, which are aligned perpendicular to the surface of the radiation element and ensure improved absorption of the incident electromagnetic radiation. The side can also be formed with grooves, grooves or bores, for example. Pyramidal structures or structures with undercuts and radiation traps can also be present. They can be produced, for example, by milling, drilling, eroding or 3D printing. Analogous structuring is optionally possible on the side that acts as a reference radiation surface. Such and similar structures are known from the prior art. The corresponding structuring is at least one order of magnitude smaller in the extent of the individual structure elements than the lateral extent of the reference radiation area and is considered to be covered by the term “area”.

Vorteilhaft besteht das Strahlungselement selbst aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit. Dies unterstützt eine Glättung und Homogenisierung des Temperaturfeldes der Strahlerfläche. Optional ist das Strahlungselement an den Schmalseiten von einer thermisch isolierenden Umhüllung umgeben.Advantageously, the radiating element itself consists of a material with high thermal conductivity. This supports smoothing and homogenization of the temperature field of the radiator surface. Optionally, the radiating element is surrounded by a thermally insulating cover on the narrow sides.

Die Einstellung des zur homogenen Temperierung benötigten Heizleistungseintrages auf das Strahlungselement erfolgt somit in einer bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinheit mittels Spiegelarrays über die Stellung der Spiegelelemente. Für diese gibt es zwei Zustände, in einem ersten Zustand wird der Bildpunkt auf der zu temperierenden Fläche beleuchtet oder, in einem zweiten Zustand, nicht beleuchtet. Betrachtet man hierbei ein bestimmtes zeitliches Abtastintervall, in dem die Beleuchtung eines Bildpunktes innerhalb eines Regelzykluses durchlaufen wird, kann ein einzelnes Spiegelelement während dieser Zeit vollständig einen Bildpunkt beleuchten (100% Heizleistung) oder gar nicht beleuchten (0% Heizleistung). Ein Regelzyklus ist dabei das Zeitintervall, in dem mittels der Abbildungseinheit auf jeden Bildpunkt einer Strahlungsquelle eine in der Regeleinheit bestimmte Strahlungsleistung aufgebracht wird, die Temperaturverteilung auf dem Strahlunsgelement erfasst und in der Regeleinheit ausgewertet und neue Steuersignale generiert und an die Temperiereinheit übermittelt werden. Die Strahlungsleistung wird dabei aus der Temperaturverteilung des Strahlungselements, die mittels der in der Auswerteeinheit verarbeiteten Sensorsignalen der dem Strahlungselement zugehörigen Temperatursensoren, ermittelt. Die Auslesung der Sensoren und die Ermittlung erfolgt bevorzugt einmal pro Regelzyklus. Ein Regelzyklus entspricht damit der Bildrate der Abbildung der Strahlungsleistung auf die zu temperierende Fläche.In a preferred embodiment of the lighting unit, the heating power input required for homogeneous temperature control on the radiation element is thus set by means of mirror arrays via the position of the mirror elements. There are two states for these, in a first state the pixel on the surface to be tempered is illuminated or, in a second state, not illuminated. If one considers a specific temporal sampling interval in which the illumination of a pixel is run through within a control cycle, a single mirror element can completely illuminate a pixel during this time (100% heating power) or not at all (0% heating output). A control cycle is the time interval in which a radiation power determined in the control unit is applied to each pixel of a radiation source by means of the imaging unit, the temperature distribution on the radiation element is recorded and evaluated in the control unit, and new control signals are generated and transmitted to the temperature control unit. The radiant power is determined from the temperature distribution of the radiating element, which is determined by means of the sensor signals of the temperature sensors associated with the radiating element, which are processed in the evaluation unit. The reading of the sensors and the determination preferably takes place once per control cycle. A control cycle thus corresponds to the frame rate of the imaging of the radiant power on the surface to be tempered.

Bei Einsatz eines Spiegelarrays, bei dem jeder Spiegel einzeln eingestellt werden kann, ist ein Regelzyklus somit die Zeit vom Beginn der Ausrichtung des ersten Spiegels bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Strahlungsquelle alle Bildpunkte der Fläche des Strahlungselementes für die vorgegebene Zeit beleuchtet hat sowie die Temperaturverteilung erfasst, ausgewertet und neue Steuersignale generiert und übermittelt wurden. Erfolgt die Stellung der Spiegel aller Bildpunkte gleichzeitig und ist die Zeit für die Erfassung der Temperaturverteilung, Auswertung und Berechnung neuer Steuersignale vernachlässigbar, entspricht ein Abtastintervall der Zeit eines Regelzykluses. Die Abtastrate entspricht der Rate von Regelzyklen in einer Zeiteinheit. Die Raten von Regelzyklen können beispielsweise 50 Hz betragen.When using a mirror array in which each mirror can be adjusted individually, a control cycle is the time from the beginning of the alignment of the first mirror to the point in time at which the radiation source has illuminated all pixels of the surface of the radiating element for the specified time and the Temperature distribution recorded, evaluated and new control signals were generated and transmitted. If the mirrors of all image points are positioned simultaneously and the time for recording the temperature distribution, evaluating and calculating new control signals is negligible, one sampling interval corresponds to the time of one control cycle. The sampling rate corresponds to the rate of control cycles in a unit of time. The rates of control cycles can be 50 Hz, for example.

Auch Kombination von mehreren Spiegeln oder Spiegelarrays sind möglich, die jeweils eigene Teilbereiche der Fläche des Strahlungselementes beleuchten. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass mehrere Spiegel oder ein Spiegelarray (mehr als zwei Spiegel), nacheinander verschiedene Teilbereiche der Fläche des Strahlungselementes beleuchten. Die Abtastraten ergeben sich dann als Zwischenwerte zwischen denen für ein Abscannen der gesamten Fläche mit einem Spiegel und der vollständigen Beleuchtung der Fläche des Strahlungselementes mit einem einzigen Spiegelarray.Combinations of several mirrors or mirror arrays are also possible, each of which illuminates its own partial area of the surface of the radiating element. A further embodiment provides that several mirrors or a mirror array (more than two mirrors) successively illuminate different partial areas of the surface of the radiating element. The scanning rates then result as intermediate values between those for scanning the entire area with a mirror and completely illuminating the area of the radiating element with a single mirror array.

Bei langen Regelzyklen ist es möglich, dass aufgrund dieses gepulsten Betriebs periodische Temperaturschwankungen am Strahlungselement entstehen. Um diese möglichst weitgehend zu vermeiden, kann die Beleuchtung mit einer höheren Abtastrate erfolgen und die jeweiligen Bildelemente innerhalb eines Regelzyklus, beispielsweise 1 Hz, häufiger, beispielsweise mit 50 Hz, beleuchtet werden. Eine zeitlich feinere Einstellung des Wärmeeintrages ist somit möglich. Sollte die Beleuchtung im scannenden Verfahren erfolgen, kann der Leistungseintrag über die Verweildauer der Beleuchtung auf einzelnen Bildpunkten gesteuert werden.With long control cycles, it is possible that periodic temperature fluctuations occur at the radiating element due to this pulsed operation. In order to avoid this as far as possible, the illumination can take place with a higher scanning rate and the respective picture elements can be illuminated within a control cycle, for example 1 Hz, more frequently, for example with 50 Hz. A temporally finer adjustment of the heat input is thus possible. If the lighting is done using the scanning method, the power input can be controlled via the dwell time of the lighting on individual pixels.

Bei Verwendung einer scannenden Beleuchtung entspricht die Zeit vom Beginn der Einstellung der Beleuchtung auf den ersten Bildpunkt bis zum Abschluss der Beleuchtung des letzten Bildpunktes, unter Vernachlässigung etwaiger Latenzen der Signalverarbeitung, einem Regelzyklus.When using a scanning illumination, the time from the beginning of the adjustment of the illumination to the first pixel until the end of the illumination of the last pixel corresponds to one control cycle, disregarding any latencies of the signal processing.

Die Beleuchtungseinheit kann auch teilweise oder vollständig mittels Bauteilen der diffraktiven Optik realisiert werden.The lighting unit can also be implemented partially or completely using components of the diffractive optics.

In thermischen Systemen treten aufgrund der endlichen Wärmetransportgeschwindigkeiten Verzögerungen in der Ausbildung der Temperaturfelder auf. Diese hängen von der individuellen Ausführung der Vorrichtung zur Kalibrierung, den verwendeten Materialien, und den Abmessungen der Wärmequellen ab. Ebenso treten Verzögerungen in der Signalerfassung der Temperatursensoren, der Signalverarbeitung in der Auswerteeinheit und der Regeleinheit auf. Die Dauer eine Regelzykluses und der Abtastrate sind daran angepasst, um eine bestmögliche Einstellung der homogenen Referenzstrahlertemperatur zu erreichen. Sollte die, insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen, benötigte Heizleistung nicht mit Hilfe der oben beschriebenen Beleuchtungseinheit erzeugt werden können, ist es möglich die Referenzstrahlungsfläche zusätzlich mit einem oder mehreren aus dem Stand der Technik bekannten Heizelementen, beispielsweise Widerstandsheizelementen, Peltierelementen oder fluidischen Wärmetauschern, zu beheizen, um die für die Kalibrierung benötigte Solltemperatur grundhaft einzustellen. Die Heizelemente erwärmen dabei das Strahlungselement auf eine Temperatur unterhalb der Solltemperatur. Die Ausführung und Form der Heizelemente ist an die lokal einzubringende Heizleistung angepasst. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorgehensweise bleiben erhalten, da durch das zusätzlich verwendete Heizelement entstehende thermische Inhomogenitäten mit Hilfe der Beleuchtungseinheit geglättet werden können. Somit liefern die Heizelemente die Basisheizung bis auf eine Temperatur unterhalb der Solltemperatur (bevorzugt ca. 2% bis 20% unterhalb der Solltemperatur) und mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird lediglich die geringe Temperaturdifferenz bis zur Solltemperatur sowie der Ausgleich von Temperaturdifferenzen auf der Strahlungsfläche vorgenommen. In Abhängigkeit von den verwendeten Heizelementen kann es notwendig sein, an den Stellen des Strahlungselementes stärker zu beleuchten, an denen die Heizelemente verlaufen. Auch an Stellen, an denen Materialzusammensetzung, Dicke oder andere Eigenschaften des Strahlungselementes variieren, kann eine Anpassung der lokal eingetragenen Strahlungsleistung (Heizleistung) notwendig sein. Dies trifft insbesondere zu, wenn das Strahlungselement aus mehreren Teilelementen zusammengesetzt ist. Hier ist die Wärmeleitung an den Fügekanten behindert, so dass eine Anpassung der aufgebrachten örtlichen Strahlungsleistung notwendig werden kann. Vorzugsweise werden hierzu thermische Ausbreitungsrechnungen (computergestützt) durchgeführt, um mit bereits angepassten Startwerten die Regelung beginnen zu können.Delays in the formation of the temperature fields occur in thermal systems due to the finite heat transport speeds. These depend on the individual design of the calibration device, the materials used and the dimensions of the heat sources. Delays also occur in the signal detection of the temperature sensors, the signal processing in the evaluation unit and the control unit. The duration of a control cycle and the sampling rate are adapted to achieve the best possible setting of the homogeneous reference radiator temperature. If the heating power required, especially at high operating temperatures, cannot be generated with the aid of the lighting unit described above, it is possible to additionally heat the reference radiation surface with one or more heating elements known from the prior art, for example resistance heating elements, Peltier elements or fluidic heat exchangers. to basically set the target temperature required for the calibration. The heating elements heat the radiant element to a temperature below the target temperature. The design and shape of the heating elements is adapted to the heating capacity to be applied locally. The advantages of the procedure according to the invention are retained, since the thermal inhomogeneities produced by the additionally used heating element can be smoothed out with the aid of the lighting unit. Thus, the heating elements provide the basic heating up to a temperature below the target temperature (preferably approx. 2% to 20% below the target temperature) and by means of the device according to the invention only the small temperature difference up to the target temperature and the compensation of temperature differences on the radiant surface is carried out. Depending on the heating elements used, it may be necessary to provide more illumination at the points on the radiant element where the heating elements run. An adjustment of the locally applied radiant power (heating power) may also be necessary in places where the material composition, thickness or other properties of the radiant element vary be. This applies in particular when the radiating element is composed of several sub-elements. Here, heat conduction at the joint edges is impeded, so that it may be necessary to adjust the applied local radiation power. For this purpose, thermal propagation calculations (computer-aided) are preferably carried out in order to be able to start the regulation with starting values that have already been adjusted.

Der Eintrag der Heizleistung von der Beleuchtungseinheit auf das Strahlungselement erfolgt aufgrund von Abbildungsfehlern der Optik nicht gleichmäßig auf das Strahlungselement. Auch die Abstrahlcharakteristik der Strahlungsquelle sowie Alterung der Strahlungsquelle können zu einer zeitlichen und örtlichen Veränderung des Wärmeeintrages führen. Deshalb ist es nötig den Wärmeeintrag zur regeln. Die zur Regelung verwendete Regelgröße ist die Temperatur einzelner Punkte des Strahlungselements und damit das Temperaturfeld der Strahlungsfläche. Sie kann auf verschiedene Arten ermittelt werden:

  • - In einer ersten Ausgestaltung wird die Temperatur jedes der Bildpunkte mit an oder in das Temperierelement eingebrachten, berührend messenden Sensoren absolut erfasst. Die Temperatursensoren oder/ und ihre elektrischen Kontaktierungen können beispielsweise in Dünnschicht-, Dickschicht- oder mittels aus der Halbleitertechnik bekannten Herstellungsverfahren direkt auf das Strahlungselement aufgebracht werden. Damit ergibt sich eine hochaufgelöste Messung des Temperaturfeldes. Kennlinienfehler der einzelnen Sensoren können in einer Kalibrierung ermittelt und anschließend korrigiert werden.
  • - In einer zweiten Ausgestaltung wird die Temperatur nur einzelner Punkte mit aufgebrachten berührend messenden Sensoren absolut erfasst. Die Temperaturen der Bildpunkte zwischen diesen Messpunkten werden interpoliert. Die Anzahl der Messpunkte bestimmt die Unsicherheit der interpolierten Temperatur. Sie muss entsprechend der zu erreichenden Temperaturunsicherheit angepasst werden.
  • - In einer dritten, erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird die Temperatur nur eines oder einiger Bildpunkte mit nur jeweils einem Temperatursensor absolut erfasst. Die Temperatur weiterer Bildpunkte wird mittels Temperaturdifferenzmessungen, beispielsweise mittels Differenzthermoelementen, zu diesen einzelnen Bildpunkten ermittelt.
  • - Eine vierte Ausgestaltung sieht ebenfalls die Erfassung der absoluten Temperatur nur eines Punktes mit einem Temperatursensor vor. Die Temperatur weiterer Punkte wird mittels einer von der Temperatur abgeleiteten Größe, beispielsweise einer flächigen Messung der temperaturabhängigen Ausdehnung oder Verformung des Referenzstrahlers, beispielsweise mittels Weißlichtinterferometrie, bestimmt. Dieses beispielhafte Vorgehen ermöglicht die Ermittlung der Temperaturdifferenz aus der relativen Verformung der Strahlerfläche zum Bezugspunkt bekannter Temperatur.
  • - In einer fünften Ausgestaltung wird die Temperatur jedes der Bildpunkte berührungslos mit Hilfe von Strahlungsdetektoren absolut erfasst. Beispielsweise können hierfür in Wärmebildkameras verwendete Detektoren eingesetzt werden.
The introduction of the heating power from the lighting unit to the radiation element does not take place uniformly on the radiation element due to imaging errors in the optics. The radiation characteristics of the radiation source and aging of the radiation source can also lead to a change in the heat input over time and location. It is therefore necessary to regulate the heat input. The controlled variable used for regulation is the temperature of individual points of the radiant element and thus the temperature field of the radiant surface. It can be determined in different ways:
  • In a first embodiment, the temperature of each of the pixels is recorded in absolute terms using sensors that measure by contact and are installed on or in the temperature control element. The temperature sensors and/or their electrical contacts can be applied directly to the radiating element, for example using thin-film or thick-film methods or by means of manufacturing methods known from semiconductor technology. This results in a high-resolution measurement of the temperature field. Characteristic errors of the individual sensors can be determined in a calibration and then corrected.
  • - In a second embodiment, the temperature of only individual points is recorded in absolute terms with attached touch-measuring sensors. The temperatures of the pixels between these measurement points are interpolated. The number of measurement points determines the uncertainty of the interpolated temperature. It must be adjusted according to the temperature uncertainty to be achieved.
  • - In a third embodiment according to the invention, the temperature of only one or a few pixels is recorded in absolute terms with only one temperature sensor each. The temperature of other pixels is determined by means of temperature difference measurements, for example by means of differential thermocouples, for these individual pixels.
  • - A fourth embodiment also provides for the detection of the absolute temperature of only one point with a temperature sensor. The temperature of other points is determined using a variable derived from the temperature, for example a two-dimensional measurement of the temperature-dependent expansion or deformation of the reference radiator, for example using white-light interferometry. This exemplary procedure enables the determination of the temperature difference from the relative deformation of the radiator surface to the reference point of known temperature.
  • - In a fifth embodiment, the temperature of each of the pixels is recorded in absolute terms without contact using radiation detectors. For example, detectors used in thermal imaging cameras can be used for this purpose.

Auch Kombinationen der Ausgestaltungen sind möglich.Combinations of the configurations are also possible.

Bevorzugt weist die Regeleinrichtung eine elektronische Datenverarbeitungseinheit auf, an die die Messwerte der Temperatursensoren, der Sensoren der abgeleiteten Messgröße bzw. der Strahlungsdetektoren weitergeleitet werden und die die Steuerung des Strahlungselementes und/oder der Beleuchtungseinheit realisiert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Regeleinrichtung eine Auswerteelektronik vorgeschaltet, die der Aufbereitung der Messwerte der Sensoren dient. Diese Auswerteelektronik kann jedoch auch als Bestandteil der Regeleinrichtung selbst ausgeführt sein.The control device preferably has an electronic data processing unit to which the measured values of the temperature sensors, the sensors of the derived measured variable or the radiation detectors are forwarded and which implements the control of the radiation element and/or the lighting unit. In a preferred embodiment, the control device is preceded by evaluation electronics, which are used to process the measured values from the sensors. However, this evaluation electronics can also be designed as a component part of the control device itself.

Durch die ortsauflösende Messung der Temperatur des Flächenstrahlers können Bereiche des Flächenstrahlers identifiziert werden, die der Solltemperatur entsprechen bzw. nicht entsprechen. Die Regelung ermöglicht es, in Abhängigkeit von den Temperaturen der Bereiche den Energieeintrag in diese Bereiche ortsabhängig einzustellen. Bereiche mit einer zu niedrigen Temperatur werden stärker, Bereiche mit einer Temperatur, die die Solltemperatur übersteigt weniger stark bestrahlt. Optional, kann eine Totzeit zwischen der Bestrahlung des Strahlungselements und der Messung der Temperaturverteilung auf der Strahlerfläche eine Totzeit zur Berücksichtigung der thermischen Trägheit des Strahlungselementes vorgesehen sein. Diese richtet sich nach dem Material des Strahlungselementes und dessen Abmessungen. Entsprechende computergestützte Simulationen können die notwendige Totzeit bestimmen helfen.Areas of the surface radiator that correspond or do not correspond to the desired temperature can be identified by the spatially resolved measurement of the temperature of the surface radiator. The control makes it possible to adjust the energy input into these areas depending on the location, depending on the temperatures of the areas. Areas with a temperature that is too low are irradiated more, areas with a temperature that exceeds the target temperature are irradiated less. Optionally, a dead time between the irradiation of the radiation element and the measurement of the temperature distribution on the radiator surface can be provided to take into account the thermal inertia of the radiation element. This depends on the material of the radiating element and its dimensions. Corresponding computer-aided simulations can help to determine the necessary dead time.

Die Temperatur des Flächenstrahlers entspricht somit über der gesamten Oberfläche einheitlich der Solltemperatur. Dies bedeutet, dass die so erzielte Abweichung der Temperatur eines beliebigen Punktes auf dem Flächenstrahler gegenüber der Solltemperatur unter 3%, bevorzugt unter 1 % und ganz besonders bevorzugt unter 0,5% liegt.The temperature of the surface radiator thus corresponds uniformly to the target temperature over the entire surface. This means that the deviation of the temperature of any point on the surface radiator that is achieved in this way compared to the desired temperature is less than 3%, preferably less than 1% and very particularly preferably less than 0.5%.

Die Vorrichtung weist vorzugsweise ein Gehäuse auf, das den Flächenstrahler und die Temperiereinrichtung beherbergt. Optional ist auch das mindestens eine temperatursensitive Element mit im Gehäuse untergebracht (besonders geeignet für die erste bis vierte Ausgestaltung). Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass das mindestens eine temperatursensitive Element als Vorsatzbauteil bei Bedarf vor dem Flächenstrahler lösbar fixiert werden kann. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für die fünfte Ausgestaltung. Die Regeleinrichtung kann ebenfalls im Gehäuse untergebracht sein oder aber als getrenntes, per lösbarer elektrischer Verbindung (drahtgebunden oder drahtlos) anschließbares Modul, ausgeführt sein.

  • 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung, die mit zwei Kippspiegeln 2 die um zwei unterschiedliche Richtungen 2a, 2b neigbar sind, das Licht 3 der Beleuchtungsquelle 1 auf die Rückseite des Strahlungselementes 4 ablenkt. Durch eine scannende Bewegung (beispielsweise zeilen- oder spaltenweises Abfahren der Rückseite des Strahlungselementes 4), wird die Rückseite des Strahlungselementes 4 erwärmt und mittels Wärmeleitung durch das Material des Strahlungselementes 4 die Referenzstrahlungsfläche 41 temperiert.
  • 2 zeigt schematisch wie das Licht 3 der Beleuchtungsquelle 1 von verschiedenen Einzelspiegeln 21a eines Spiegelarrays 21 auf die Rückseite des Strahlungselementes 4 projiziert wird. Die Rückseite des Strahlungselementes 4 wird erwärmt und mittels Wärmeleitung durch das Material des Strahlungselementes 4 wird die Referenzstrahlungsfläche 41 temperiert.
  • 3 zeigt schematisch eine Weiterentwicklung der Vorrichtung nach 2. Auch hier wird das Licht 3 der Beleuchtungsquelle 1 von verschiedenen Einzelspiegeln 21a eines Spiegelarrays 21 auf die Rückseite des Strahlungselementes 4 projiziert. Die Rückseite des Strahlungselementes 4 wird erwärmt und mittels Wärmeleitung durch das Material des Strahlungselementes 4 wird die Referenzstrahlungsfläche 41 temperiert. Jedoch ist in dieser Ausführungsform eine Heizvorrichtung 44 vorgesehen, die geeignet ist, das Strahlungselement 4 auf eine Temperatur unterhalb der Solltemperatur zu erwärmen. Die einfallende elektromagnetische Strahlung (Licht) dient lediglich der Erwärmung auf die Solltemperatur und dem Ausgleich von Temperaturdifferenzen.
  • 4 zeigt schematisch eine Weiterentwicklung der Vorrichtung nach 2, bei der eine Strukturierte Referenzstrahlungsfläche 41 zum Einsatz kommt. Darüber hinaus ist diese mit einer Wärmedämmung 45 versehen, die eine unerwünschte Temperaturabnahme der Referenzstrahlungsfläche 41 zu deren seitlichem Rand hin vermindern soll.
  • 5 stellt schematisch die Regelungsvorrichtung in der zweiten Ausgestaltung dar. Die Temperaturen an einzelnen Bildpunkten werden mittels der Temperatursensoren 42 erfasst und über die Drahtverbindung 51 an die Auswerteelektronik A übermittelt. Diese leitet die aufbereiteten Messwerte über die Datenverbindung 52 an die Regeleinrichtung R weiter. Die Temperaturwerte zwischen den Temperatursensoren 41 werden in der Auswerteelektronik interpoliert. Die Regeleinrichtung R steuert über die Regelverbindung 53 die Temperiereinrichtung. Diese ist entsprechend der Bauform aus 2 gestaltet.
  • 6 zeigt schematisch eine Anordnung nach der dritten Ausgestaltung. Diese weist eine kreisförmige Strahlerfläche 41 auf, auf der Temperatursensoren 42, 43 angeordnet sind. Der Sensor 42 erfasst die Temperatur im Zentrum der Strahlerfläche 41 und die Sensoren 43 die Temperaturdifferenz zum Temperatursensor 42. Die Messwerte werden analog zu 5 weitergeleitet und verarbeitet.
  • 7 zeigt schematisch die Regelungsvorrichtung in der ersten Ausgestaltung. Die Temperaturen jedes einzelnen Bildpunktes werden mittels der Temperatursensoren 42 erfasst und über die Verbindung 51 an die Auswerteelektronik A übermittelt. Die Messwerte werden analog zu 5 weitergeleitet und verarbeitet.
  • 8 stellt schematisch die Regelungsvorrichtung in der fünften Ausgestaltung dar. Die Temperaturen der Referenzstrahlungsfläche 41 werden berührungslos mit Hilfe des Feldes 6 von Strahlungsdetektoren absolut erfasst und über die Verbindung 51 an die Auswerteelektronik A übermittelt. Die Messwerte werden analog zu 5 weitergeleitet und verarbeitet.
The device preferably has a housing that accommodates the surface radiator and the temperature control device. Optionally, the at least one temperature-sensitive element is also accommodated in the housing (particularly suitable for the first to fourth configurations). An alternative embodiment provides that the at least one temperature-sensitive element can be releasably fixed as an attachment component in front of the surface radiator if required. This embodiment is particularly suitable for the fifth embodiment. The control device can likewise be accommodated in the housing or else be designed as a separate module that can be connected by means of a detachable electrical connection (wired or wireless).
  • 1 1 schematically shows an embodiment of the device, which deflects the light 3 of the illumination source 1 onto the back of the radiation element 4 using two tilting mirrors 2 which can be tilted in two different directions 2a, 2b. The back of the radiating element 4 is heated by a scanning movement (for example scanning the back of the radiating element 4 in rows or columns) and the reference radiating surface 41 is tempered by thermal conduction through the material of the radiating element 4 .
  • 2 shows schematically how the light 3 of the illumination source 1 is projected by different individual mirrors 21a of a mirror array 21 onto the rear side of the radiation element 4. The back of the radiating element 4 is heated and the reference radiating surface 41 is tempered by means of heat conduction through the material of the radiating element 4 .
  • 3 shows schematically a further development of the device 2 . Here, too, the light 3 from the illumination source 1 is projected onto the back of the radiation element 4 by various individual mirrors 21a of a mirror array 21 . The back of the radiating element 4 is heated and the reference radiating surface 41 is tempered by means of heat conduction through the material of the radiating element 4 . However, in this embodiment a heating device 44 is provided which is suitable for heating the radiant element 4 to a temperature below the target temperature. The incident electromagnetic radiation (light) is only used to heat up to the target temperature and to compensate for temperature differences.
  • 4 shows schematically a further development of the device 2 , in which a structured reference radiation surface 41 is used. In addition, this is provided with thermal insulation 45, which is intended to reduce an undesirable decrease in temperature of the reference radiation surface 41 towards its lateral edge.
  • 5 12 schematically represents the control device in the second embodiment. The temperatures at individual pixels are recorded by means of temperature sensors 42 and transmitted to evaluation electronics A via wire connection 51 . This forwards the processed measured values to the control device R via the data connection 52 . The temperature values between the temperature sensors 41 are interpolated in the evaluation electronics. The control device R controls the temperature control device via the control connection 53 . This is off according to the design 2 designed.
  • 6 shows schematically an arrangement according to the third embodiment. This has a circular radiator surface 41 on which temperature sensors 42, 43 are arranged. The sensor 42 detects the temperature in the center of the radiator surface 41 and the sensors 43 the temperature difference to the temperature sensor 42. The measured values are analogous to 5 forwarded and processed.
  • 7 FIG. 12 schematically shows the control device in the first embodiment. The temperatures of each individual pixel are recorded by the temperature sensors 42 and transmitted to the evaluation electronics A via the connection 51 . The measured values are analogous to 5 forwarded and processed.
  • 8th FIG. 12 shows the control device in the fifth embodiment. The measured values are analogous to 5 forwarded and processed.

Die folgenden Ausführungsbeispiele erläutern die Erfindung anhand spezifischer Ausführungsformen näher.The following exemplary embodiments explain the invention in more detail using specific embodiments.

Beispiel 1example 1

Die Vorrichtung (analog zu 5) zur radiometrischen Kalibrierung von Wärmebildkameras mit einem Flächenstrahler weist als Lichtquelle 1 eine Halogenlampe auf, die Licht bevorzugt in einem breiten Wellenlängenbereich von 350 nm Wellenlänge bis zu größeren Wellenlängen abgibt. Die Farbtemperatur beträgt 2700 K bis 3000 K. Diese beleuchtet vollflächig ein Spiegelarray 21 (Feld von Einzelspiegeln 21a) aus 1024 × 768 einzelnen Mikrospiegeln 21a. Die Mikrospiegel 21a weisen jeweils eine Kantenlänge von 14 µm auf, so dass die Kantenlänge des Spiegelarrays 21 14,3 mm × 10,7 mm beträgt. Jeder Mikrospiegel 21a kann einzeln angesteuert werden, so dass er die einfallende elektromagnetische Strahlung 3 der Lichtquelle 1 entweder auf eine dafür vorgesehene Absorptionsfläche oder aber auf die Rückseite des Strahlungselementes 4 lenkt. Das Strahlungselement 4 ist flächig, quadratisch mit einer Kantenlänge von 200 mm × 150 mm ausgeführt. Es besteht aus zur Emissionsgraderhöhung geschwärztem Kupfer und weist eine Materialdicke des Strahlungselementes 4 von 3 mm auf. Im Strahlungselement 4 sind fünf Temperatursensoren 42 (Widerstandsthermosensoren) nahe der Vorderseite angeordnet. Jeder dieser Temperatursensoren 42 bedeckt eine Fläche von 4 mm2 der Fläche des Strahlungselementes 4. Die Temperatursensoren 42 sind so angeordnet, dass sie auf den beiden Diagonalen der quadratischen Fläche des Strahlungselementes 4 liegen und diese Diagonalen mit einem im Diagonalenschnittpunkt befindlichen Sensor in jeweils vier gleichlange Abschnitte teilen. Die Temperatursensoren 42 sind über Zuleitungen 51 mit der Auswerteeinheit A verbunden. Diese Auswerteeinheit A stellt die Betriebsspannung für die Temperatursensoren 42 zur Verfügung und erfasst deren Messwerte. Darüber hinaus errechnet die Auswerteeinheit A auf Grundlage einer thermischen Ausbreitungsrechnung gestützt auf die fünf Temperaturmesswerte als Interpolationspunkte die Temperaturverteilung auf dem Strahlungselement 4 das Temperaturfeld der Strahlungsfläche. Dieses übermittelt die Auswerteeinheit A an die Regeleinheit R. Diese steuert auf Grundlage der übermittelten Daten das Array 21 von Mikrospiegeln 21a derart, dass die ermittelten Temperaturunterschiede auf der Strahlerfläche 41 des Strahlungselementes 4 minimiert werden. Nach der Einstellung der Spiegel 21 a des Arrays 21 von Mikrospiegeln erfolgt eine erneute Messung der Temperaturverteilung mittels der Temperatursensoren 42. Anschließend wird wie bereits beschrieben erneut über die Regeleinheit das Array 21 von Mikrospiegeln 21a nachgestellt. Wenn die Temperaturverteilung die angestrebte Homogenität (Temperaturdifferenzen auf der Strahlungsfläche 41 <+-0,5%) erreicht hat, wird die Strahlungsfläche 41 zur Kalibrierung einer Wärmebildkamera genutzt. Dazu wird die Wärmebildkamera so vor dem Strahlungselement 4 und parallel zu diesem angeordnet, dass der Gesichtsfeldwinkel der Wärmebildkamera vollständig von der Strahlungsfläche 41 (Referenzstrahlungsfläche) des Strahlungselementes 4 ausgefüllt wird. Anschließend kann eine Korrekturfunktion die mit dem Messchip der Wärmebildkamera gemessenen Temperaturen aus den Abweichungen der Messwerte des Messchips von einem konstanten Mittelwert der bekannten Referenzstrahlertemperatur errechnet werden. Die Korrekturfunktion kann dem Messchip bzw. der Elektronik der Wärmebildkamera einprogrammiert werden.The device (analogous to 5 ) for the radiometric calibration of thermal imaging cameras with a surface radiator has a halogen lamp as the light source 1, which preferably emits light in a wide wavelength range from 350 nm wavelength to longer wavelengths. The color temperature is 2700 K to 3000 K. This illuminates a mirror array 21 (field of individual mirrors 21a) of 1024×768 individual micromirrors 21a over the entire surface. The micromirror 21a each have an edge length of 14 microns, so that the edge length of the mirror array 21 is 14.3 mm × 10.7 mm. Each micromirror 21a can be controlled individually so that it directs the incident electromagnetic radiation 3 from the light source 1 either onto an absorption surface provided for this purpose or onto the back of the radiation element 4 . The radiating element 4 is flat and square with an edge length of 200 mm×150 mm. It consists of copper blackened to increase the emissivity and has a material thickness of the radiating element 4 of 3 mm. In the radiation element 4, five temperature sensors 42 (thermoresistance sensors) are arranged near the front. Each of these temperature sensors 42 covers an area of 4 mm 2 of the area of the radiating element 4. The temperature sensors 42 are arranged in such a way that they lie on the two diagonals of the square area of the radiating element 4 and these diagonals are of equal length with a sensor located at the diagonal intersection in four each split sections. The temperature sensors 42 are connected to the evaluation unit A via supply lines 51 . This evaluation unit A provides the operating voltage for the temperature sensors 42 and records their measured values. In addition, the evaluation unit A calculates the temperature distribution on the radiating element 4, the temperature field of the radiating surface, on the basis of a thermal propagation calculation based on the five measured temperature values as interpolation points. The evaluation unit A transmits this to the control unit R. Based on the transmitted data, the latter controls the array 21 of micromirrors 21a in such a way that the determined temperature differences on the radiator surface 41 of the radiation element 4 are minimized. After the adjustment of the mirrors 21a of the array 21 of micromirrors, the temperature distribution is measured again by means of the temperature sensors 42. Then, as already described, the array 21 of micromirrors 21a is readjusted via the control unit. When the temperature distribution has reached the desired homogeneity (temperature differences on the radiating surface 41 <+-0.5%), the radiating surface 41 is used to calibrate a thermal imaging camera. For this purpose, the thermal imaging camera is arranged in front of the radiation element 4 and parallel to it such that the angle of view of the thermal imaging camera is completely filled by the radiation surface 41 (reference radiation surface) of the radiation element 4 . A correction function can then be calculated for the temperatures measured with the measuring chip of the thermal imaging camera from the deviations of the measured values of the measuring chip from a constant mean value of the known reference radiator temperature. The correction function can be programmed into the measuring chip or the electronics of the thermal imaging camera.

Beispiel 2example 2

Ein alternatives Ausführungsbeispiel (analog zu 8) setzt unter Nutzung einer zu Beispiel 1 identischen Temperiereinrichtung anstelle der Temperatursensoren 42 auf der Strahlerfläche 41 einen Infrarotsensor ein. Dieser weist eine refraktive Optik auf, die so verstellbar ist, dass die Temperaturwerte einzelner Bereiche (bei Bedarf bis auf Pixelgröße) der Strahlerfläche 41 parallel erfasst werden können. Der Infrarotsensor weist eine Bildelementanzahl von 640x480 Pixeln auf. Die Temperaturen der einzelnen Bereiche (ggf. Pixel) der Referenzstrahlungsfläche 41 werden an eine Auswerteeinheit A bzw. direkt an eine Regeleinheit R übermittelt. Die spektralen Abbildungseigenschaften des Infrarotsensors sind dabei bekannt und können in der Auswerteeinheit A bzw. der Regeleinheit bei der Ermittlung der tatsächlichen Temperatur der Strahlerfläche 41 berücksichtigt werden. Der Infrarotsensor wird in einem von der vorgeschalteten refraktiven Optik bestimmten Abstand, beispielsweise 10 cm, vor dem einzuregelnden Strahlungselement 4 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Infrarotsensor mit im Gehäuse er Vorrichtung angeordnet. Die Messwerte des Infrarotsensors werden mittels Drahtverbindung an die außerhalb des Gehäuses angeordnete Regeleinheit übermittelt. Die in der Datenverarbeitungseinheit der Regeleinheit R laufenden Software bereitet die Messwerte auf und die Abweichungen von der Solltemperatur sowie die notwendigen Steuersignale werden ermittelt und an das Spiegelarray 21 übermittelt.An alternative embodiment (analogous to 8th ) uses an infrared sensor instead of the temperature sensors 42 on the radiator surface 41 using a temperature control device identical to example 1. This has refractive optics that can be adjusted in such a way that the temperature values of individual areas (down to the size of a pixel, if necessary) of the radiator surface 41 can be recorded in parallel. The infrared sensor has a picture element count of 640x480 pixels. The temperatures of the individual areas (possibly pixels) of the reference radiation surface 41 are transmitted to an evaluation unit A or directly to a control unit R. The spectral imaging properties of the infrared sensor are known and can be taken into account in the evaluation unit A or the control unit when determining the actual temperature of the radiator surface 41 . The infrared sensor is arranged at a distance determined by the upstream refractive optics, for example 10 cm, in front of the radiation element 4 to be regulated. In the present embodiment, the infrared sensor is arranged with the device in the housing. The measured values of the infrared sensor are transmitted to the control unit arranged outside the housing by means of a wire connection. The software running in the data processing unit of the control unit R prepares the measured values and the deviations from the target temperature as well as the necessary control signals are determined and transmitted to the mirror array 21 .

Beispiel 3Example 3

In einem weiteren Ausführungsbeispiel (analog zu 3) kommt eine Heizvorrichtung 44 zum Einsatz. Diese weist parallel verlaufende Widerstandsheizdrähte auf, die auf der Rückseite (der von der Temperiereinrichtung beleuchteten Seite) des Strahlungselementes 4 verlaufen. Die Widerstandsheizdrähte weisen einen kreisrunden Querschnitt und haben einen Durchmesser von 0,3 mm. Sie bestehen aus Kanthal. Sie sind auf der Rückseite des Strahlungselementes 4 zu 50% ihres Durchmessers in dafür vorgesehene Nuten eingepresst und fixiert. Die Beaufschlagung der Widerstandsheizdrähte mit Heizstrom und die Anpassung des Heizstroms an den Heizbedarf erfolgt durch die Regeleinheit bzw. wird durch diese eingestellt. Das Strahlungselement 4 ist auch in diesem Beispiel flächig, quadratisch mit einer Kantenlänge von 200 mm × 150 mm ausgeführt. Es besteht aus zur Emissionsgraderhöhung geschwärztem Kupfer und weist eine Materialdicke des Strahlungselementes 4 von 3 mm auf. Die Widerstandsheizdrähte der Heizvorrichtung 44 verlaufen in einem Abstand von 5 mm parallel zu einer Kante und zueinander. Um Temperaturverluste an den Kanten zu begrenzen, ist ein Widerstandsheizdraht jeweils unmittelbar an den Kanten des Strahlungselementes 4 angeordnet Die Temperiereinrichtung weist ein zum Ausführungsbeispiel 1 analoges Spiegelarray 21 auf. Die Temperaturmessung der Strahlungsfläche 41 erfolgt analog zu Ausführungsbeispiel 1. Dies trifft auch auf die weitere Signalverarbeitung und Ansteuerung des Spiegelarrays 21 zu.In a further embodiment (analogous to 3 ) a heating device 44 is used. This has resistance heating wires running in parallel, which run on the rear side (the side illuminated by the temperature control device) of the radiant element 4 . The resistance heating wires have a circular cross-section and a diameter of 0.3 mm. They are made of kanthal. They are pressed and fixed on the back of the radiating element 4 to 50% of their diameter in grooves provided for this purpose. The application of the resistance heating wires with heating current and the adjustment of the heating current to the heating requirement is carried out by the control unit or is set by this. In this example, too, the radiating element 4 is flat and square with an edge length of 200 mm×150 mm. It consists of copper blackened to increase the emissivity and has a material thickness of the radiating element 4 of 3 mm. The resistance heating wires of the heater 44 run parallel to one edge and to each other at a distance of 5 mm. To limit temperature losses at the edges is a resistor The heating wire is arranged directly on the edges of the radiation element 4. The temperature control device has a mirror array 21 that is analogous to exemplary embodiment 1. The temperature of the radiation surface 41 is measured analogously to exemplary embodiment 1. This also applies to the further signal processing and control of the mirror array 21 .

Bezugszeichenlistereference list

11
Strahlungs- oder BeleuchtungsquelleRadiation or illumination source
22
Spiegelmirror
2a, 2b2a, 2b
Neigungsrichtungen der Spiegeldirections of inclination of the mirrors
2121
Spiegelarraymirror array
21a21a
Mikrospiegel eines SpiegelarraysMicromirror of a mirror array
33
Strahlverlauf der elektromagnetischen StrahlungBeam path of the electromagnetic radiation
44
Strahlungselementradiating element
4141
Referenzstrahlungsflächereference radiation surface
4242
temperatursensitives Element (Temperatursensoren)temperature-sensitive element (temperature sensors)
4343
Temperatursensoren zur TemperaturdifferenzmessungTemperature sensors for temperature difference measurement
4444
Heizvorrichtungheating device
4545
Wärmedämmungthermal insulation
5151
Zuleitungen zu den TemperatursensorenLeads to the temperature sensors
5252
Datenübermittlung von der Auswerteeinheit zur RegeleinrichtungData transmission from the evaluation unit to the control device
5353
Steuersignalübermittlung von der Regeleinrichtung zum SpiegelarrayControl signal transmission from the controller to the mirror array
66
kalibrierter Infrarotsensor zur Messung der Temperaturvereitlung der Referenzstrahlungsflächecalibrated infrared sensor for measuring the temperature distribution of the reference radiant surface

Claims (10)

Vorrichtung zur radiometrischen Kalibrierung von Wärmebildkameras, aufweisend ein in Bildpunkte aufgeteiltes Strahlungselement (4) eines Flächenstrahlers mit bekanntem Emissionsgrad als Referenzstrahlungsfläche (41), eine Temperiereinrichtung zur Temperierung der Bildpunkte des Strahlungselementes (4) mittels elektromagnetischer Strahlung (3), mindestens ein temperatursensitives Element (42) zur ortsauflösenden Bestimmung der Temperatur des Strahlungselementes (4) sowie eine Regeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung dafür ausgebildet ist, einen ortsaufgelösten Wärmeeintrag auf die Bildpunkte des Strahlungselementes (4) zu realisieren und eine absolute Bestimmung einer Temperatur eines ersten Bildpunktes des Strahlungselementes (4) mit nur einem der temperatursensitiven Elemente (42) erfolgt und die Temperaturen weiterer Bildpunkte des Strahlungselements (4) mittels Temperaturdifferenzmessung zu dem ersten Bildpunkt ermittelt werden und die Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, den Wärmeeintrag in Abhängigkeit von Messwerten des mindestens einen temperatursensitiven Elementes (42) und von einer Solltemperatur derart zu regeln, dass die Temperatur der Bildpunkte des Strahlungselementes (4) über eine gesamte Oberfläche des Flächenstrahlers einheitlich der Solltemperatur mit einer Abweichung von maximal ± 3% entspricht.Device for the radiometric calibration of thermal imaging cameras, having a radiation element (4), divided into pixels, of a surface radiator with a known emissivity as a reference radiation surface (41), a temperature control device for temperature control of the pixels of the radiation element (4) by means of electromagnetic radiation (3), at least one temperature-sensitive element ( 42) for the spatially resolved determination of the temperature of the radiation element (4) and a control device, characterized in that the temperature control device is designed to implement a spatially resolved heat input to the pixels of the radiation element (4) and an absolute determination of a temperature of a first pixel of the radiation element (4) takes place with only one of the temperature-sensitive elements (42) and the temperatures of further pixels of the radiation element (4) are determined by measuring the temperature difference to the first pixel and the control devices g is set up to regulate the heat input as a function of measured values of the at least one temperature-sensitive element (42) and of a target temperature in such a way that the temperature of the pixels of the radiating element (4) over the entire surface of the panel radiator is uniformly the target temperature with a deviation of corresponds to a maximum of ± 3%. Vorrichtung zur radiometrischen Kalibrierung von Wärmebildkameras, aufweisend ein in Bildpunkte aufgeteiltes Strahlungselement (4) eines Flächenstrahlers mit bekanntem Emissionsgrad als Referenzstrahlungsfläche (41), eine Temperiereinrichtung zur Temperierung der Bildpunkte des Strahlungselementes (4) mittels elektromagnetischer Strahlung (3), mindestens ein temperatursensitives Element (42) zur ortsauflösenden Bestimmung der Temperatur des Strahlungselementes (4) sowie eine Regeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung dafür ausgebildet ist, einen ortsaufgelösten Wärmeeintrag auf die Bildpunkte des Strahlungselementes (4) zu realisieren und eine absolute Bestimmung einer Temperatur einzelner Bildpunkte des Strahlungselementes (4) mit jeweils nur einem der temperatursensitiven Elemente (42) erfolgt und Temperaturen weiterer Bildpunkte des Strahlungselements (4) mittels Temperaturdifferenzmessung zu den einzelnen Bildpunkten ermittelt werden und die Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, den Wärmeeintrag in Abhängigkeit von Messwerten des mindestens einen temperatursensitiven Elementes (42) und von einer Solltemperatur derart zu regeln, dass die Temperatur der Bildpunkte des Strahlungselementes (4) über eine gesamte Oberfläche des Flächenstrahlers einheitlich der Solltemperatur mit einer Abweichung von maximal ± 3% entspricht.Device for the radiometric calibration of thermal imaging cameras, having a radiation element (4), divided into pixels, of a surface radiator with a known emissivity as a reference radiation surface (41), a temperature control device for temperature control of the pixels of the radiation element (4) by means of electromagnetic radiation (3), at least one temperature-sensitive element ( 42) for the spatially resolved determination of the temperature of the radiating element (4) and a control device, characterized in that the temperature control device is designed to implement a spatially resolved heat input to the pixels of the radiating element (4) and an absolute determination of a temperature of individual pixels of the radiating element ( 4) with only one of the temperature-sensitive elements (42) and temperatures of other pixels of the radiation element (4) are determined by measuring the temperature difference to the individual pixels and the control devices is set up to regulate the heat input as a function of measured values of the at least one temperature-sensitive element (42) and of a target temperature in such a way that the temperature of the pixels of the radiating element (4) over the entire surface of the panel radiator is uniformly the target temperature with a deviation of corresponds to a maximum of ± 3%. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungselement (4) flächig ausgebildet ist und durch die Temperiereinrichtung von seiner Rückseite her mittels elektromagnetsicher Strahlung (3) erwärmt werden kann.device after claim 1 or 2 , characterized in that the radiation element (4) is flat and can be heated by the temperature control device from its rear side by means of electromagnetic radiation (3). Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungselement (4) auf seiner Rückseite und/oder einer Seite, die die Referenzstrahlungsfläche (41) bildet, strukturiert ist.device after claim 1 until 3 , characterized in that the radiating element (4) is structured on its rear side and/or on a side which forms the reference radiating surface (41). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungselement (4) eine oder mehrere Heizvorrichtungen (44) aufweist, die geeignet sind, das gesamte Strahlungselement (4) auf eine Temperatur unterhalb der Solltemperatur zu erwärmen.Device according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the radiant element (4) has one or more heating devices (44) which are suitable for heating the entire radiant element (4) to a temperature below the target temperature. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung eine Beleuchtungseinheit mit einer Strahlungsquelle (1) und einer Abbildungseinheit aufweist, wobei die Abbildungseinheit elektromagnetische Strahlung (3) aus der Beleuchtungseinheit auf die Rückseite des Strahlungselementes (4) abbildet.Device according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the temperature control device has an illumination unit with a radiation source (1) and an imaging unit, the imaging unit imaging electromagnetic radiation (3) from the illumination unit onto the back of the radiation element (4). Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungseinheit mindestens einen Spiegel (2) und/oder ein Spiegelarray (21) und/oder refraktive Elemente aufweist.device after claim 6 , characterized in that the imaging unit has at least one mirror (2) and/or a mirror array (21) and/or refractive elements. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungseinheit durch die Regeleinrichtung gesteuert wird.device after claim 6 or 7 , characterized in that the imaging unit is controlled by the control device. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung eine Auswerteeinheit umfasst oder dass der Regeleinrichtung eine Auswerteeinheit zur Erfassung und Aufbereitung von Messwerten vorgeschaltet ist.Device according to one of Claims 6 until 8th , characterized in that the control device comprises an evaluation unit or that the control device is preceded by an evaluation unit for the acquisition and processing of measured values. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1) einen oder mehrere Heizstrahler oder Lichtquellen, wie Halogen- oder Glühlampen oder Laser aufweist.Device according to one of Claims 6 until 9 , characterized in that the radiation source (1) has one or more radiant heaters or light sources, such as halogen or incandescent lamps or lasers.
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