专利名称：用于在热成像研究时将信息投影到对象上的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于借助于热成像评价对象的设备和方法。
背景技术：
主动热成像(aktive Thermographie)是现代的无破坏性的检验方法,其中在检验对象中通过来自外部的激发而产生的热利用热图像摄像机被记录。通过适当地选择激发类型(例如借助于闪光、热空气、超声波或感应)和分析方法可以找到位于检验件中的缺陷，如例如是裂纹或层脱落。这些缺陷在此同样可以被掩盖，使得这些缺陷不能利用许多传统的方法(例如是压入检验)或者可视地被证明。在这种研究时 尤其是得出两种困难
I.经常需要精确地对准检验件，以便能够准确地进行激发。例如在声学热成像情况下需要精确地对准超声波的耦合输入点。在感应热成像情况下应该相对于线圈精确地对准检验件的位置。2.检验结果仅仅以电子的方式作为两维图像存在，使得在解释数据时经常发生困难，因为缺乏与检验件的直接比较。这尤其是在有问题的显示时情况如此，所述有问题的显示可能由污染引起。被掩盖的缺陷仅仅可以间接地被测定位置，因为这些缺陷由于其性质在表面处是不可见的。对于I.
为了精确地定位检验对象，通常利用检验对象支架上的适当的标记。但是这种标记必须以检验对象特定的方式被安置。视要检验的对象或零件的变体的数量而定，这或多或少是耗费的。此外，必须保证，检验人员同样选择正确的标志。对于2.
为了评估显示，大多必须将检验图像与真实的检验件或检验对象相比较。为此例如可以通过手使检验对象在监控器图像前运动并且旋转。大多根据突出的表面特性来对缺陷测定位置，如这例如是棱、层脱落、伤痕、凹坑等。在未结构化的检验对象情况下，测定位置附加地显著变得困难。
发明内容
本发明的任务是，提供用于要评价的对象的与现有技术相比更准确的和更可靠的热成像研究的设备和方法。尤其是应该以改善的精度对对象进行定位和对真实对象上的瑕疵测定位置。该任务通过根据主权利要求的设备和根据并列权利要求的方法来解决。根据第一方面，提供用于借助于热成像评价对象的设备，包括
具有带有物镜轴的物镜的红外摄像机用于记录对象的至少一个热成像光图像；
具有带有物镜轴的物镜的投影单元用于将至少一个信息投影到对象上；
在红外摄像机和投影单元的物镜轴上定位的分配装置用于将红外摄像机或投影单元的物镜轴在对象的方向上反映(einspiegeln)成分别另外的物镜轴并且用于使红外光从对象透射或偏转到红外摄像机并且用于使光从投影单元偏转或透射到对象。根据第二方面，提供用于借助于热成像评价对象的方法，包括以下步骤
借助于具有带有物镜轴的物镜的红外摄像机记录对象的至少一个热成像光图像；
借助于具有带有物镜轴的物镜的投影单元将至少一个信息投影到对象上；
借助于在红外摄像机和投影单元的物镜轴上定位的分配装置将红外摄像机或投影单元的物镜轴在对象的方向上反映成分别另外的物镜轴并且使红外光从对象透射和偏转到红外摄像机并且使光从投影单元偏转或透射到对象。物镜轴可以是物镜的光轴。光轴优选地可以是物镜的对称轴。优选地，物镜轴是物镜相对于其旋转对称的轴。将物镜轴在对象的方向上反映成另外的物镜轴表示，光束沿着要反映的物镜轴借 助于分配装置这样被偏转，使得光束在离开分配装置之后沿着另外的物镜轴在对象的方向上伸展。要反映的物镜轴在此通过分配装置叠合地或相同地被反映成另外的物镜轴。相反地也就是说，从对象沿着物镜轴伸展的光束的至少一个分量在分配装置之后附加地沿着另外的物镜轴伸展。通过使用可以将可见光与红外光分开的分配装置可以利用适当的投影单元将附加的信息投影到要检验的对象上。本发明设备能够实现红外摄像机和投影单元的相等的视角。通过对三维对象的不同视角引起的视差误差通过这种方式被排除。其他有利的扩展方案利用从属权利要求来要求保护。根据一种有利的扩展方案，提供用于将对象的借助于所记录的热成像光图像检测的位置与对象的额定位置进行比较的装置和用于将关于对象的位置在对象的额定位置的方向上的变化的信息投影到对象上的投影单元。为了精确定位要检验的对象，可以利用红外摄像机记录对象的位置并且与外部参考进行比较。投影单元于是可以将至少一个信息投影到对象上，其使得能够准确对准要检验的对象。根据另一有利的扩展方案，关于对象的位置的变化的信息可以是从红色到黄色到绿色的变化的颜色。在此特别有利的可以是投影到对象上的热成像光图像的颜色。根据另一有利的扩展方案，关于对象的位置的变化的信息可以是投影到对象上的方向标。根据另一有利的扩展方案，可以提供至少一个能量源用于至少部分地对对象加热用于主动热成像。根据另一有利的扩展方案，可以提供投影单元用于与对象叠合地将热成像光图像作为信息投影到对象上。为了评估缺陷，可以将热成像的结果图像投影到对象上。因为红外摄像机和投影单元在分配装置和对象之间的光程相同，所以叠合的投影是可能的。光学视角应该是相等的并且红外摄像机和投影装置应该正确地被对准。通过这种方式有效地简化评估。根据该实施形式可以将红外检验图像叠合地投影到要检验的对象上。可以有效地改善地解释红外记录并且更精确地对缺陷测定位置。同样，简化视在显示(Scheinanzeigen)的识别，所述视在显示例如由于污染而引起。根据另一有利的扩展方案可以提供修正装置用于借助于校准模式和校准算法补偿红外摄像机和投影单元的光学系统的畸变和映射尺度。如果应该实施对两个光学系统的失真的校正，这可以借助于适当的校准模式和校准算法来实施。本发明设备或本发明方法必要时仅仅需要热成像光图像的修正，所述热成像光图像同样可以称为检验图像。根据另一有利的扩展方案，两个物镜轴可以以90°物镜轴交角相交并且分配装置的有效层可以垂直于通过两个物镜轴撑开的平面并且平分物镜轴断面。根据另一有利的扩展方案，可以相互平行地布置两个物镜轴并且分配装置的有效层和与要反映的物镜轴相交的附加有效层可以相互平行并且垂直于通过两个物镜轴撑开的平面并且分别在交点以45°交角与物镜轴相交，其中通过这两个交点的直线垂直于两个物镜轴。根据该实施形式，可以将附加的有效层定位在要反映的物镜轴的光程中，使得光束附加地被偏转90°并且从而可以相互平行地布置红外摄像机和投影单元。本发明设备的总结构可以通过这种方式紧凑地被提供。根据另一有利的扩展方案，分配装置的有效层可以是部分透光的分束器或者可转动的光学镜。部分透光的分束器尤其是可以将可见光与红外光分开。这种分束器例如可以 透射红外光并且偏转可见光。相反的情况原则上同样是可能的。代替部分透光的分束器，同样可以使用可折叠的光学镜，其仅仅在反向投影时被使用。在这种情况下取消对这种光学镜的部分透明性的要求。根据另一有利的扩展方案，分配装置的有效层可以是部分透光的分束器或可转动的光学镜并且附加的有效层可以是光学镜。根据另一有利的扩展方案，至少一个有效层可以具有玻璃、石英玻璃、锗、硅、溴碘化铊、萤石、硒化锌或者其他红外透光材料。根据另一有利的扩展方案，至少一个有效层可以具有O. I至O. 5 _的厚度。
根据两个实施例结合图来更详细地描述本发明。其中
图I示出本发明设备的第一实施例；
图2示出本发明设备的第二实施例；
图3示出本发明方法的第一实施例。
具体实施例方式图I示出本发明设备的第一实施例。根据该实施例，该设备具有用于记录对象I的至少一个热成像光图像4的具有带有物镜轴2a的物镜的红外摄像机2，所述至少一个热成像光图像可以借助于热成像来评价。附加地，该设备具有用于将至少一个信息投影到对象I上的具有带有物镜轴3a的物镜的投影单元3。根据该实施例，这种信息是关于对象I的位置的变化的信息，更确切地说是投影到对象I上的方向标。该设备附加地具有分配装置5，所述分配装置布置在红外摄像机2和投影单元3的物镜轴2a和3a上。分配装置5引起将投影单元3的物镜轴3a在对象I的方向上反映成红外摄像机2的物镜轴2a。分配装置5将来自投影单元3的光向对象I的方向偏转。分配装置5在红外摄像机2的方向上透射来自对象I的红外光。所使用的分配装置5具有有效面。同样可以称为有效层的有效面是部分透光的分束器，其透射红外光并且反射可见光。有效层同样可以是可转动的光学镜。在使用这种镜的情况下在时间上连续地记录红外图像并且将信息投影到对象I上。如果光学镜转出，红外摄像机2可以记录。如果光学镜转入，投影单元3可以将信息(这里是方向标)投影到对象I上。分束器例如可以是硅晶片。原则上可以将红外摄像机2的位置与投影单元3的位置互换。为此分配装置5使可见光透射并且反射红外光。投影单元3例如可以是光束器(Beamer)。附加地在图I中示出用于借助于校准模式和校准算法补偿红外摄像机2和投影单元3的光学系统的畸变和映射尺度的修正装置6。图2示出本发明设备的第二实施例。在此，根据图2的设备对应于根据图I的设备，具有以下两个差别
第一，两个物镜轴2a和3a相互平行地布置。 第二，提供分配装置5的附加有效层。根据图I的有效层和分配装置5的与要反映的物镜轴3a相交的附加有效层相互平行，垂直于通过两个物镜轴2a和3a撑开的平面并且分别在相应的交点以45°交角与物镜轴2a或3a相交。通过这两个交点的直线垂直于两个物镜轴2a和3a。分配装置5的有效层这里同样可以是根据图I的部分透光的分束器或者可转动的光学镜。附加的有效层优选地是光学镜。按照根据图2的实施例，因此将镜定位在投影单元3的光程中，使得不同于图I通向投影单元3的光束再次被偏转90°并且从而红外摄像机2和投影单元3可以相互平行地被布置。本发明设备的总结构通过这种方式更紧凑地被提供。根据图I和图2的投影单元3例如可以是光束器并且尤其是微型化光束器。借助于投影单元3投影到对象I上的信息例如可以是图像、颜色信息，例如以有色圈的形式，或者是由红外摄像机2记录的热成像光图像4或者热成像检验图像。后者能够直接比较检验图像或热成像光图像4与对象I。图3示出本发明方法的实施例。用于借助于热成像、尤其是主动热成像来评价对象的这种方法包括至少以下三个步骤SI至S3 :利用第一步骤SI将分配装置定位在红外摄像机和投影单元的物镜轴上。借助于分配单元在对象的方向上将投影单元的物镜轴反映成红外摄像机的物镜轴。分配装置此外引起红外光从对象透射到红外摄像机并且光从投影单元偏转到对象。接着是第二步骤S2 :借助于具有带有物镜轴的物镜的红外摄像机记录对象的至少一个热成像光图像。利用另一步骤S3，借助于具有带有物镜轴的物镜的投影单元将至少一个信息投影到对象上。红外摄像机的物镜轴可以被称为第一物镜轴。投影单元的物镜轴可以被称为第二物镜轴。这样的命名原则上可以在整个专利申请中进行。
权利要求
1.用于借助于热成像评价对象(I)的设备，包括 -具有带有物镜轴(2a)的物镜的红外摄像机(2)用于记录对象(I)的至少一个热成像光图像(4)； -具有带有物镜轴(3a)的物镜的投影单元(3)用于将至少一个信息投影到对象(I)上； -在红外摄像机(2)和投影单元(3)的物镜轴(2a，3a)上定位的分配装置(5)用于将红外摄像机(2)或投影单元(3)的物镜轴在对象的方向上反映成分别另外的物镜轴并且用于使红外光从对象(I)透射或偏转到红外摄像机(2)并且用于使光从投影单元(3)偏转或透射到对象(I)。
2.根据权利要求I所述的设备，其特征在于 用于将对象(I)的借助于所记录的热成像光图像(4)检测的位置与对象(I)的额定位置进行比较的装置； 用于将关于对象(I)的位置在对象(I)的额定位置的方向上的变化的信息投影到对象(I)上的投影单元(3)。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，关于对象(I)的位置的变化的信息是尤其是投影到对象(I)上的热成像光图像(4)的从红色到黄色到绿色的变化的颜色。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，关于对象(I)的位置的变化的信息是投影到对象(I)上的方向标。
5.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于至少一个能量源，用于至少部分地对对象(I)加热用于主动热成像。
6.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于投影单元(3)用于与对象(I)叠合地将热成像光图像(4)作为信息投影到对象(I)上。
7.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于修正装置(6)用于借助于校准模式和校准算法补偿红外摄像机(2)和投影单元(3)的光学系统的畸变和映射尺度。
8.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，两个物镜轴以90°物镜轴交角相交并且分配装置(5)的有效层垂直于通过两个物镜轴撑开的平面并且平分物镜轴交角。
9.根据权利要求I至7之一所述的设备，其特征在于，相互平行地布置两个物镜轴并且分配装置(5)的有效层和与要反映的物镜轴相交的附加有效层相互平行并且垂直于通过两个物镜轴撑开的平面并且分别在交点以45°交角与物镜轴相交，其中通过这两个交点的直线垂直于两个物镜轴。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，分配装置(5)的有效层是部分透光的分束器或者可转动的光学镜。
11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，分配装置(5)的有效层是部分透光的分束器或可转动的光学镜并且附加的有效层是光学镜。
12.根据权利要求8至11之一所述的设备，其特征在于，至少一个有效层具有玻璃、石英玻璃、锗、硅、溴碘化铊、萤石、硒化锌或者其他红外透光材料。
13.根据权利要求8至12之一所述的设备，其特征在于，至少一个有效层具有0.I至I. 5 mm的厚度。
14.用于借助于热成像评价对象(I)的方法，包括-借助于具有带有物镜轴的物镜的红外摄像机(2)记录对象(I)的至少一个热成像光图像(4)； -借助于具有带有物镜轴的物镜的投影单元(3)将至少一个信息投影到对象(I)上； -借助于在红外摄像机(2)和投影单元(3)的物镜轴上定位的分配装置(5)实施将红外摄像机(2)或投影单元(3)的物镜轴在对象(I)的方向上反映成分别另外的物镜轴并且使红外光从对象(I)透射或偏转到红外摄像机(2)并且使光从投影单元(3)偏转或透射到对象(I)。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，借助于装置实施将对象(I)的借助于所记录的热成像光图像(4)检测的位置与对象(I)的额定位置进行比较； 借助于投影单元(3)实施将关于对象(I)的位置在对象(I)的额定位置的方向上的变化的信息投影到对象(I)上。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，关于对象(I)的位置的变化的信息是尤其是投影到对象(I)上的热成像光图像(4)的从红色到黄色到绿色的变化的颜色。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，关于对象(I)的位置的变化的信息是投影到对象(I)上的方向标。
18.根据前述权利要求14至17之一所述的方法，其特征在于借助于至少一个能量源实施至少部分地对对象(I)加热用于主动热成像。
19.根据前述权利要求14至18之一所述的方法，其特征在于，借助于投影单元(3)实施与对象(I)叠合地将热成像光图像(4)作为信息投影到对象(I)上。
20.根据前述权利要求14至19之一所述的方法，其特征在于，借助于修正装置(6)实施借助于校准模式和校准算法补偿红外摄像机(2)和投影单元(3)的光学系统的畸变和映射尺度。
21.根据前述权利要求14至20之一所述的方法，其特征在于，两个物镜轴以90°物镜轴交角相交并且分配装置(5)的有效层垂直于通过两个物镜轴撑开的平面并且平分物镜轴交角。
22.根据权利要求14至20之一所述的方法，其特征在于，相互平行地布置两个物镜轴并且分配装置(5)的有效层和与要反映的物镜轴相交的附加有效层相互平行并且垂直于通过两个物镜轴撑开的平面并且分别在交点以45°交角与物镜轴相交，其中通过这两个交点的直线垂直于两个物镜轴。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，分配装置(5)的有效层是部分透光的分束器或者可转动的光学镜。
24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，分配装置(5)的有效层是部分透光的分束器或可转动的光学镜并且附加的有效层是光学镜。
25.根据权利要求21至24之一所述的方法，其特征在于，至少一个有效层具有玻璃、石英玻璃、锗、硅、溴碘化铊、萤石、硒化锌或者其他红外透光材料。
26.根据权利要求21至25之一所述的方法，其特征在于，至少一个有效层具有0.I至I.5 mm的厚度。
全文摘要
本发明公开了一种用于借助于热成像、尤其是主动热成像来评价要检验的对象(1)的设备和方法。应该提供更准确的和更可靠的热成像研究。为此应该以改善的精度对要评价的对象(1)进行定位并且对对象(1)上的瑕疵测定位置。本发明的特征在于，提供具有带有第一物镜轴(2a)的物镜的红外摄像机(2)用于记录对象(1)的至少一个热成像光图像(4)。附加地，提供具有带有第二物镜轴(3a)的物镜的投影单元(3)用于将至少一个信息投影到对象(1)上。附加地，提供在投影单元(3)的红外摄像机(2)的物镜轴(2a，3a)上定位的分配单元(5)用于将红外摄像机(2)或投影单元(3)的物镜轴在对象(1)的方向上反映成分别另外的物镜轴并且用于使红外光从对象(1)透射或偏转到红外摄像机(2)和用于使得光从投影单元(3)偏转或透射到对象(1)。
文档编号G01N25/72GK102834714SQ201180018822
公开日2012年12月19日 申请日期2011年3月8日 优先权日2010年4月13日
发明者C.霍马, M.罗滕富泽 申请人:西门子公司