Termografia podczerwieni w erze Industry 4.0

Temperatura to wartość fizyczna, którą ludzkość nieprzerwanie próbuje skwantyfikować i zmierzyć od dwóch tysięcy lat [1]. Wynalezienie z początkiem XX wieku pirometru optycznego stanowiło rozpoczęcie ery bezkontaktowych pomiarów temperatur. Współcześnie, punktowe pirometry podczerwieni obecne są w niezliczonych obszarach ludzkiego życia.

 

Fot. 1. Control-IR - autonomiczny system termografii podczerwieni do zastosowań w automatyce przemysłowej

Wraz z wprowadzeniem z końcem lat 60. zeszłego wieku przez szwedzką firmę AGEMA Infrared Systems pierwszego w historii cywilnego systemu obrazowania podczerwieni AGA680 możliwe stało się również obrazowanie rozkładu pól cieplnych. Tak narodziła się termowizja. Kamera termowizyjna, która dodatkowo wykalibrowana jest radiometrycznie celem pomiaru temperatur, określana jest mianem kamery termograficznej.

Tym samym w zastosowaniach przemysłowych rozróżniamy badania termowizyjne i termograficzne [2,3]. Audyty termowizyjne polegają jedynie na analizie rozkładu pól termicznych - tzw. audyt jakościowy bez pomiaru temperatur obrazu. Audyty termograficzne to natomiast analiza rozkładu pól termicznych wraz z pomiarem ich temperatur - tzw. audyt ilościowy.

Termografia podczerwieni jest powszechnie utożsamiana z prowadzeniem audytów podczerwieni przez operatora-termografistę (czasem quasi-żartobliwie określanych mianem "audytów podczerwieni przez pętania się z kamerą", z ang. Infrared-By-Walking-Around, IRBWA [4]). Stale powiększającym się segmentem rynku kamer termograficznych są również urządzenia stacjonarne dedykowane automatyce procesów. Możliwości tych kamer w zakresie automatycznej analizy obrazu lub interpretacji wartości mierzonych temperatur są jednak bardzo skromne - obecnym standardem w tego typu kamerach są proste alarmy bazujące np. na przekraczaniu progowych wartości temperatur.

Autonomiczny system termografii podczerwieni InfraSpectra Control-IR (fot. 1) stanowi całkowicie nową jakość pod względem zastosowania termografii podczerwieni w automatyce przemysłowej.

 

Fot. 2. Okno główne oprogramowania systemu Control-IR. W oknie podglądu kamery termograficznej widoczny obraz termowizyjny rozgrzanego wiertła

Control-IR opiera swoje działanie na analizie obrazów termowizyjnych, termograficznych oraz ilościowych pomiarach temperatur. Dzięki cyfrowemu przetwarzaniu obrazów podczerwieni oraz algorytmom analizy zmian temperatur Control-IR gwarantuje nieosiągalną dotychczas precyzję kontroli procesów technologicznych w zakresach temperatur od -50 do 975°C z dokładnością pomiarów dochodzącą do ±1°C oraz powtarzalnością do ±0,5°C [5]. Zdjęcie 2 przedstawia okno główne oprogramowania zestawu Control-IR. W oknie podglądu kamery termograficznej widoczny jest obraz termowizyjny rozgrzanego wiertła.

Control-IR w pełni autonomicznie steruje procesami produkcyjnymi za pomocą programowalnych wejść i wyjść standardu Ethernet, USB, RS232, RS422/85, GPIO. System można rozbudować o moduły komunikacyjne dla większości interfejsów stosowanych obecnie w automatyce przemysłowej (np. Profibus, Profinet, Sercos III, CAN, EtherCAT, EtherNet/IP, Ethernet POWERLINK) oraz o moduł GSM, co znacznie upraszcza integrację z istniejącymi systemami automatyki. System może również być stosowany jako niezależny węzeł IIoT (Industrial Internet of Things) zarówno w sieciach stacjonarnych (LAN), jak i w charakterze systemu mobilnego (po uzupełnieniu go w moduł HSPA/GPS lub Wi-Fi/Bluetooth) [5].

Oprogramowanie systemu umożliwia jego intuicyjne stosowanie niemalże natychmiast po podłączeniu zasilania. Dla bardziej wymagających użytkowników dostępne jest SDK umożliwiające integrację programową Control-IR z innymi aplikacjami.

dr inż. Jędrzej Szelc
Infraspectra

Literatura:
[1] "Termometria - Przyrządy i Metody", L. Michalski, K. Eckersdorf, J. Kucharski, Politechnika Łódzka, 1998
[2] "Review of infrared systems", Krzysztof Chrzanowski, www.inframet.com
[3] "Can you "see" temperature?", Jędrzej Szelc, www.infraspectra.com
[4] "How to guarantee your failure as an infrared thermographer", Ronald Lucier, www.flir.com
[5] Specyfikacja techniczna systemu Control-IR, www.infraspectra.com