GyártásTrend 2015/09, Műszaki diagnosztika rovat

Korszerű hőkamerák szakmai szemmel (VII)

„Élő” kiértékelés hőkamerákba integrált szoftverrel

Ebben a fejezet a hőkamerák kalibrálásával kapcsolatosan teszünk néhány pontosítást, majd a mobil hőkamerák helyszíni kiértékelési funkcióinak előnyeit részletezzük.

Nagyon gyakran felmerül az igény, hogy a hőkamera tudjon „magasabb” hőmérsékleteket is mérni. Mintha ez valamilyen nehéz feladat lenne! De nem az. A legtöbb (akár legolcsóbb) hőkamera is minimum 120 °C-ig mér, de akár 200, 250 vagy 350 °C-ig kiterjesztett méréstartományú low cost és standard hőkamerák is vannak szép számmal. Sokkal érdekesebb kérdés, hogy a mérési képességük hány Celsius-foktól kezdődik, milyen felbontásban (hány bites digitalizálással), illetve hány választható méréstartományra felbontva fedik át a teljes mérési képességét. Ugyanis csak az összes felsorolt adat ismeretében derül ki, hogy milyen képességű, illetve mérési pontosságú (minőségű) az adott hőkamera. A hőmérsékletértékek digitalizálása, illetve a hőkamera mérési tartományának alsó határa jelentette méréstechnikai nehézségekkel korábbi fejezetünkben foglalkoztunk, most a méréstartomány felső határával folytatjuk.

A felső értékkel egyszerűbb a dolgunk

A hőkamerák méréstartományának (legfelsőbb tartományának) felső határa méréstechnikailag sokkal egyszerűbb, mert az említett sugárzásfizikai törvényszerűségnek köszönhetően bőségesen van érzékelhető sugárzás magas hőmérsékletű tárgyak esetén. Legfeljebb a megfelelően lerövidített integrálási idők, majd (magasabb tartományokban) a megfelelő blendék alkalmazásával biztosítani kell, hogy az érzékelő lineáris detektálási tartományban maradjunk (és természetesen ne „süssük” meg). Low cost hőkamerák esetén a belső blende helyett megfelelő csillapítással (kellőképpen alacsony áteresztő képességgel) rendelkező – a lencse elé csavarozandó – szűrőket alkalmaznak a méréstartomány bővítése érdekében. Ez egy kifejezetten olcsó megoldás, de természetesen nem éppen hasznos a mérési pontosság szempontjából.

Azonban az igazán magas hőmérsékletű kalibrálásnak van még egy gyakorlati műszaki korlátja. Ugyanis jelenleg maximum 2000 °C, illetve 2500 °C hőmérsékletűek a legmelegebb, az ideális sugárzót (fekete testet) akár 99,9999%-osan megközelítő üreges referenciasugárzók. Még ennél is magasabb hőmérsékletekre történő kalibráció ezért már csak matematikai eszközökkel (extrapolációval) valósítható meg, amelynek sajnos igen komoly bizonytalanságai vannak.

Tiszta kép a kalibrálásról

A hőkamerák kalibrálásáról és a kalibrálási tartományokról a következőkben viszont még néhány kiegészítő információkat is adunk, mert gyakran igen félrevezetően használnak egyes fogalmakat.

1) A hőkamerák mérési (illetve kalibrálási) tartományai mindig a fekete test sugárzására vonatkoznak: tehát a gyakorlatban előforduló testek 100 százalékosnál alacsonyabb emissziós képessége miatt a méréshatárnál magasabb hőmérsékletek is mérhetők, pontosan és a hőkamera károsodási veszélye nélkül. Például egy 50 százalékos emissziós képességű sugárzó 150 °C-on csupán annyi hosszúhullámú sugárzást ad le, mint egy 100 °C-os ideális sugárzó. És egy 25 százalékos emissziós képességű sugárzó ugyanennyi sugárzást csak 250 °C-on ad le. (Megjegyzés: ezek természetesen csak közelítő adatok.)

2) A hőkamerák új objektívvel való utólagos, valamint időszakos újrakalibrálását (korrekcióval együtt) csak a hőkamera (saját) gyártója végezheti el. Ugyanis a hőkameragyártó a kalibrálás során egy pixelenként értelmezett kalibrációs adatfájlt készít, amelyet a hőkamerában eltárol, és amelyet a hőkamera a pixelenkénti hőmérséklet-számítás során felhasznál az érzékelő és az objektív együttes tulajdonságainak korrekciójához. Az ezzel kapcsolatos know-how-t viszont egyetlen hőkameragyártó sem adja ki harmadik személynek.

3) Ha csupán a mérési képesség dokumentálását kérnénk, akkor ezt a gyártókon kívül más kalibrálólaborok is elvégezhetnék, ha fel vannak szerelve megfelelő (a hőkamera mérési pontosságánál egy nagyságrenddel pontosabb) referenciasugárzókkal. A kalibrálólabornak azonban ilyenkor őrült nagy feladata lenne, mert dokumentálni kellene {{minden}} egyedi pixelről annak mérési pontosságát a hőkamera minden egyes mérési tartományában kellő gyakoriságú hőmérsékletértékeken. Ez a gyártók által megvalósított (éppen ezt tartalmazó) automatizált kalibrálási folyamathoz képest egy elképesztően hosszú és terjedelmes munkafolyamat lenne, amely gazdaságilag kifizethetetlen. A kalibrálást ezért egy-két „referencia-hőmérsékletre” korlátozni, vagy csak a hőkép középső pixeléről meghatározni annak hőmérséklet-mérési pontosságát már legfeljebb egypontos hőmérséklet-mérési ellenőrzésnek nevezhető, de semmiképpen sem a hőkamera kalibrálásának.

4) Hőkamerák {{hitelesítése}} pedig egyáltalán nem létező dolog. Egyrészt a hőkamerák nem szerepelnek a hitelesítendő eszközökre vonatkozó törvény felsorolási mellékletében, másrészt a hőkamerák kalibrálására Magyarországon akkreditált intézmény sincs. Így akkreditált kalibrálás hiányában hitelesítésre sem képes senki. (Még ha a törvény így rendelkezne, akkor sem.) A hitelesített hőkamerával való munkavégzés felkínálása vagy egy ilyen tulajdonság valótlan dokumentálása ennek értelmében akár a fogyasztók megtévesztésének is értelmezhető, amelyet a PTK büntet.

1. ábra: Összefüggés a méréstartomány és az érzékelő-jelleggörba között [forrás: Infratec]

Mobil hőkamerák helyszíni kiértékelési funkciói

A termográfia – mint „képalkotó” érintésmentes hőmérséklet-mérési eljárás – során első lépésként a mérési adatok (a sugárzásintenzitás digitalizált értéke mindegyik pixelről) gyűjtésére kerül sor. Ezeket az értékeket akár rögtön a mérés során (a hőkamerában) vagy a későbbi kiértékelésnél megfelelően fel kell dolgozni, matematikailag korrigálni (hőmérsékletre átszámolni), és ezután megjeleníteni. A konkrét mérési feladattól függően igen különbözőek a hőképek kiértékelésére vonatkozó követelmények. Amíg egyes esetekben egy-egy képpont (mérőpont) konkrét hőmérsékletének számszerű meghatározása elegendő, úgy más esetekben az egész hőkép minden egyes pixele emisszióértékének korrekciója vagy akár teljes képsorozatok felvétele és kiértékelése szükséges a kívánt hőmérséklet-összefüggések, illetve -folyamatok (például hőmérséklet-idő diagram formájában való) kiértékeléséhez.

Gyakran már a mérés közben (akár valós időben) szükséges az adatok kiértékelése és hőmérsékletértékként „feldolgozott” megjelenítése. Az úgynevezett élő kiértékelés gyakorlatilag a hőkamerákban lévő kezelői szoftver részét, illetve beépített bővítését jelenti, így kezelése is integrálódik a hőkamera üzemeltetésének folyamatába. 1. táblázatunk felsorolja a modern (professzionális) hőkamerákba beépített/beépíthető „automatikus” segédfunkciókat és valós idejű kiértékelési lehetőségeket, a teljesség igénye nélkül.

Minél több ilyen funkciót találunk a hőkameránkban, annál sokoldalúbb annak alkalmazhatósága, és annál kényelmesebb és hatékonyabb a helyszíni munkavégzés. Az említett kiértékelési lehetőségekből kiemelnénk a mérések tárolásának hőmérséklet­függő indítását, amely gyakran igen sokat segít az előre nem látható időpontú termikus események rögzítésénél. Gyors folyamatok esetében pedig a hőképsorozat-rögzítési funkció jelenti a megoldás, kihasználva a termográfia utolérhetetlen előnyét: még akár másodpercek töredéke alatt lezajló termikus folyamatok rögzítésére is mód van.

A hőkamerába épített kompozit (egyes cégeknél fúziónak is nevezett) képmegjelenítésnek köszönhetően pedig nem kell már a dokumentációhoz külön fényképeket készíteni és befűzni, ami számottevő időmegtakarítási lehetőség. Sőt, az így megvalósított hőkép és fénykép egymásra vetítésénél sehogyan sem lehet jobban (és könnyebben felismerhetően) grafikusan dokumentálni a tárgy hőmérséklet-összefüggéseit.

2. ábra: Kompozit megjelenítés [forrás: Infratec]

Speciális termográfiai szűrők hőkamerákhoz

Rengeteg olyan mérési feladat van, amelynek megvalósításához nem elég csak a megfelelő spektrális érzékenységű (hullámhossz-tartományú) hőkamerát kiválasztani, hanem a mérni kívánt tárgyhőmérséklet vagy fizikai jelenség érzékeléséhez ezen túl még speciális, infravörös hullámhossz-tartományú szűrők is szükségesek. Hőkameratípustól és -kiviteltől függően a szűrők vagy kívülről (a lencse elé) helyezendők (mint például a CO2-lézervédő szűrők) vagy beépítésre kerülnek a hőkamerán belül elhelyezett szűrőválasztó forgótárcsába, amely a szűrők szoftveres kiválasztását teszi lehetővé (nagyon fontos például az üvegfelületi és üvegen át szűrők esetén izzószálas és ívplazmás fényforrások belső alkatrészeinek és üveg- vagy kerámiabúrainak bevizsgálása során). 2. és 3. táblázatunk csupán néhány leggyakrabban előforduló szűrőt tartalmaz.

Rahne Eric  (PIM Kft.)
pim-kft.hu
gepszakerto.hu

Kapcsolatfelvétel

A publikáció tartalmát szerzői jogok védik, ennek (akár csak részben történő) felhasználása, elektronikus vagy nyomtatott tovább-publikálása csak a forrás és a szerző nevének feltüntetése mellett, valamint a szerző előzetes írásos engedélyének megléte esetén megengedett. A szerzői jogok (Copyright) megsértése jogi következményekkel jár.