菲力尔--红外热成像的全球领先者

中华工控网 > 解决方案 > 菲力尔工业成功案例 > 高速热成像在自动化领域的应用

高速热成像在自动化领域的应用

多年来,红外热像仪的应用慢慢拓展到工业领域。

 

 

 

多年来,红外热像仪的应用慢慢拓展到工业领域。事实上,制造和过程工程专家已经将红外热像仪应用到几乎所有自动化应用领域并获得巨大成功,这些应用包括自动检测、过程控制、状态监控、防火和检测和连续光气成像等。但是,自动化摄像机功能特性不尽相同,也无法都作为一些高速自动化专用摄像机使用,所以,需要具有先进技术的红外热像仪。

QQ截图2017030916425801

 

制造和过程工程师经常使用自动化技术来提高产量和产品质量。自动化热成像技术使人们得以对众多工业生产应用加以改进,包括过程监测和控制、质量保证、资产管理和机器状态监测。
 

 

在自动化环境下热成像
红外热像仪利用热辐射成像,热辐射人眼不可见但可转化一个视觉图像,以描绘某个物体或场景的热度变化。所有温度高于绝对零值的物体均能发射热能,辐射波谱在电磁波谱范围内,温度升高,辐射量增大。红外热像仪可以捕捉目标物体的热图像,无需接触即可提供精确温度测量数值。这些量化测量数值可应用于各种监控和控制领域。

 

在某些情况下,红外热像仪是指智能传感器。在这种情况下,热像仪还内置有逻辑和分析装置,可以将所测温度与用户提供的温度数据进行对比。其还带有一个数字输入/输出端口,一旦出现温差,可触发报警和控制功能。
制冷型和非制冷型热像仪
在自动化应用领域,可供选用的红外热像仪系统众多。因此,最常被问到的一个问题是: 我应该使用制冷型还是非制冷型红外热像仪系统,哪一个是更划算?

 

事实上,当今市场上有两类红外热像仪系统:制冷型和非制冷系统。而这两类系统组件成本差异较大,因此,选用何种系统至关重要。

QQ截图2017030916432002

 

制冷型红外热像仪
现代制冷型红外热像仪由成像传感器和制冷机结合而成。制冷机将传感器温度降至低温温度。为了降低热像仪热致噪声,使其低于成像现场热致噪音信号水平,该降温操作必不可少。制冷机活动部件机械容差极小,随着时间的推移,活动部件会慢慢磨损,氦气也会慢慢泄露。

 

制冷型红外热像仪是最敏感型热像仪,可检测到物体间最小的温差。该类型热像仪可对中波红外或光谱中的中波红外波段进行成像,因为在这个波段存在黑体,物体热对比度较高。热对比度是指因目标温度变化导致的信号变化。热对比度越高,就越容易探测到与背景温度差别不太大的目标。

 

非制冷型红外热像仪
非制冷型红外热像仪的成像传感器不需要低温制冷。它采用的探测器通常是以微测热辐射计为基础,这种探测器由温度系数极大的小型氧化钒电阻与硅元件结合而成,具有面积大、低热能和热绝缘性能良好等特点。场景温度的变化会引起热辐射计温度的变化,这些变化将被转化为电子信号,随后被处理成图像。非制冷型传感器设计为在长波红外或 长波红外 波段工作。在这种环境下,陆地温度目标会发射绝大部分的红外能。

 

非制冷型热像仪一般比制冷型红外热像仪的价格更低廉,其传感器的制造步骤比制冷型传感器更少,产量更高,真空包装成本也更便宜。此外,非制冷型热像仪不需要低温制冷器这种昂贵的装置。非制冷型热像仪的活动部件较少,在相似的运行环境下,比制冷型热像仪的使用寿命更长。
 

制冷型热像仪在自动化领域的应用
在非制冷型热像仪的所有这些优点面前,人们会提出一个问题:在自动化应用领域,什么时候适合使用制冷型热像仪?答案是:根据实际应用而定。

 

如果你想观测到微小温度差异,对图像质量要求高,要用于快速/高速领域,如果你需要查看温度曲线或测量一个极小目标的温度,如果你想在某个特定的电磁频谱范围内对热工对象进行成像,或者如果你想将红外热像仪与其他测量设备同步,那么,制冷型红外热像仪将是你的首选。

QQ截图2017030916433203

 

速度
制冷型热像仪比非制冷型热像仪成像速度更快。自动化热像仪如FLIR A66xx列的成像速度高达每秒480帧,所以,它们非常适于捕捉高速运行的热事件和
高速移动目标。比如,当需要对高速输送带应用中的生产质量进行监测(图2),这会非常有趣。非制冷型红外热像仪成像速度太慢,在一些输送速度下无法捕
捉目标。
制冷型热像仪反应非常敏捷,采用全局快门。也就是说,该热像仪可在同一时间读出所有像素,而非逐行读出,这一点只有制冷型热像仪可以做到。因此,制冷型热像仪对移动物体的处理更佳。在物体移动迅速且无法减缓的流程工业(如纸张加工)或大批量制造业中,制冷型热像仪这一特性至关重要。制冷型热像仪还能精确监测升温过程中的快速变化。
空间分辨率
    制冷型热像仪通常比非制冷型热像仪放大能力更大,因为其可感应的红外波段较短。由于制冷型热像仪灵敏度更高,所以可以采用具有较多光学元件或元件较厚的镜头,而无需通过降低信噪比以获得更好的放大效果。

3所示热图像对制冷型和非制冷型热像仪系统可以实现的最佳特写放大图像进行了对比。左侧为制冷型热像仪用4倍放大特写镜头并将节距调至13μm而形成3.5μm光斑所拍摄的图像。右侧是非制冷型传感器用1 倍特写镜头并将节距调至25μm而形成25μm光斑所拍摄的图像。

灵敏度
将一台50mK灵敏度的非制冷型热像仪与一台20mK灵敏度的制冷型热像仪进行对比,你如何才能感受到制冷型热像仪的优点?我们借助一个快速敏感性试验(见图4)来进行描述。为进行此对比,我们将手按在墙上几秒,留下一个热手印。前两副图像在手拿开之后即刻显示出手印。而第二组图像则在两分钟之后才显示热手印。而此时,制冷型热像仪上仍可以看到大部分手印,非制冷型热像仪则只能看到部分残留手印。显然,相比非制冷型热像仪,制冷型热像仪可探测更小的温差且图像存留时间较长。这意味着制冷型热像仪可以更好地显示目标相关细节,还能帮助您检测最微弱的热异常。

 

光谱滤波
    制冷型热像仪最大的优点之一是其可以很轻松地进行光谱滤波,以显示目标细节并测量出非制冷型热像仪无法测量的数据。你可以用制冷型热像仪检查玻璃或检测偏远区域或较难进出区域内供气装置里的危险气体(如:苯、乙醇、甲醇和辛烷)。你还可以用该热像仪对塑料延压工艺实施质量监测(图6)。

QQ截图2017030916435704

 

同步
精确的热像仪同步和触发装置使其非常适用于高速、高灵敏度的应用领域。

 

FLIR A66xx在快照模式下能够同时记录某热事件的所有像素。这一特性在监测快速移动的物体时尤为重要,这种情况下,标准红外热像仪无法拍摄到清晰图像。
 

5就是一个很好的例子。你扔下一枚硬币,传感器触发热像仪拍摄图像。再一次扔下同一枚硬币,热像仪在同一时间被触发,拍出的另一图像中,硬币仍在同一位置。而如果使用微测热辐射计,你根本就无法抓拍到硬币,如果运气实在好,你可能会拍摄到一些模糊的、硬币位置不定的图像。
 

FLIR A66xx结构紧凑、红外热像仪配有制冷型锑化铟探测器
FLIR可以为几乎所有自动化应用提供解决方案:从非制冷型、低成本的热像仪到高端热像仪(如FLIR A66xx)。

 

FLIR A66xx结合了一个制冷型锑化铟(InSb)检测器,非常适合用于拍摄高速热事件和移动目标。该热像仪可拍摄出像素为640×512的清晰图像,且具备<20mK高热灵敏度。还能够捕捉最细微的图像细节和温差信息。在窗口模式下,该热像仪帧速率最高可达每秒480帧。可自定义冷滤项,实施特定波段光谱探测和测量。 FLIR A66xx是透过玻璃成像、测量塑料薄膜温度、过滤不同波段以进行激光轮廓测量和检测或光学气体成像的理想工具。

QQ截图2017030916441005

QQ截图2017030916442306



 

菲力尔工业 创赢——菲力尔工业成功案例

热门方案

中华工控网 Gkong.com