2021年2月23日 机器视觉与计算机视觉技术

红外相机热成像在缺陷检查中的应用

制造商正在使用红外摄像机来辅助预防性维护,并发现与热相关的装配过程中的缺陷。

每位家长或医护人员都知道发烧是感染的明确标志。同样,滚子轴承中的高温也是它即将失效的明显信号。正如温度计是家庭,诊所和医院的重要仪器一样,红外热成像系统已成为装配厂和其他工业设施的维护和质量保证人员的重要工具。

每个-268℃以上的物体都会发出红外线能量。物体越热,其辐射的红外能量就越多。红外能量是波长比可见光波长更长的电磁辐射。对人眼不可见,红外波长从700纳米(可见光的名义红边) 一直延伸到1毫米。

红外辐射就像可见光一样。它可以通过镜头聚焦并通过电子传感器检测。热成像系统本质上是数码相机,其已经被调谐以响应红外辐射而不是可见光。

Fluke公司热成像支持经理Satwinder Sandhu解释说:“热成像系统让您了解温度而非视觉特性”,“传感器检测红外能量并产生电子信号。信号大小取决于传感器检测到的红外能量,而这又取决于物体辐射的热量。

“因为相机提供了热量方面的照片,你可以选择不同的调色板来观察场景,这样你就可以看到有什么东西在炎热的地方和寒冷的地方。”

红外热成像长期以来一直被用作工厂,发电厂和其他工业设施的预防性维护工具。当电动机,开关,电缆,连接器和其他电气元件松动,磨损或磨损时,它们通常会产生比正常情况更多的热量。同样,磨损的轴承,未对准的皮带或未润滑的部件也比正常温度更高。

维护人员使用红外热像仪检测电气或机械系统中的这些“热点”,以便他们在发生灾难性故障或意外停机之前采取措施。

实际上,热成像专家更喜欢术语“热异常”到“热点”。这是因为热成像相机也可用于检测比正常温度低的物体。

“一个典型的例子是相位校正电容器,”Sandhu说。 “当你有三相电源时,你必须纠正相位以获得系统的最佳功率。相位校正电容器进行这些调整。如果这些电容器正常工作,它们会变热。如果他们感冒了,那你就知道他们有问题。

热成像的一个问题是温度发射率。 “所有物体都会辐射红外能量,但并非所有物体都能同样辐射出那些能量,”Sandhu说。 “你可以在相同温度下有两个物体,但由于它们的材料特性,表面光洁度和其他特性,它们会在相同温度下辐射出不同的热量。幸运的是,相机软件可以通过发射率因子校正来补偿这一点。“

围绕辐射率问题的另一种方法是查看附近的材料 – 例如,可疑电气连接附近的绝缘材料,而不是金属导体本身。

装配应用

在装配线上,热成像系统可用于监控涉及热量的过程。

例如,热成像可以为塑料连接操作提供验证,包括振动焊接,超声波焊接,热板焊接,热熔,红外焊接和激光焊接。成像仪可以检查组件的质量或监控工具的状况。

金属点焊和线性焊接也可以使用热像仪实时检查。热成像仪可以在每次焊接之前,期间和之后验证温度,确保每个密封的完整性。

红外成像还可用于检测可见光相机可能难以实现的组件。例如,应用于黑色背景的透明或黑色粘合剂对于可见光相机来说非常难以看到和测量。但是,红外热像仪可以很容易地确定胶珠是否已正确应用,是否有间隙,即使它在允许的温度范围内。

红外成像还用于检查应该或不应该产生热量的组件。例如,汽车制造商正在使用热成像相机来检查后窗除霜器,加热座椅,排气部件和空调出口。

在电子工业中,红外热像仪被用于检查平板显示器。具体而言,热成像仪用于分析显示器有源极板上电时的加热响应。在没有缺陷的情况下,阵列中的每个像素将均匀加热。然而,如果存在诸如一条或多条开路或短路之类的缺陷,则各种像素将不会均匀地加热并且将达到不同的工作温度。

太阳能电池板制造商以大致相同的方式使用热成像仪。太阳能电池板中的热异常可能表示焊点不良或二极管故障。

相机选择

热成像系统可以用作手持式仪器,或者它们可以安装在固定位置,用于检查传送带上的零件或组件,就像机器视觉系统一样。 Sandhu说:“例如,在食品生产线上,可以设置一个红外热像仪,以确保离开烤箱的产品达到一定温度。 “您可以设置温度的上限和下限,如果物品超出这些限制,相机会触发警报。”

热成像系统不一定必须靠近部件或组件以获得图像。 Sandhu解释道“红外辐射的行为就像可见光一样,所以它不是距离,而是光学”。 “你使用的镜头类型和你的距离将决定你将获得什么样的图像。”

正如数码相机的价格从简单的瞄准射击设备的价格低于100美元到高端尼康的价格超过3,700美元一样,热成像系统的成本也会因大小和灵敏度的不同而有很大差异。传感器和光学元件的质量。

Sandhu说“传感器越大,成像器就越昂贵”。 “传感器的灵敏度定义为它可以检测到的温度微小差异。一个非常好的传感器可以检测到小于0.05摄氏度的温差。低成本的探测器可能会检测到0.1摄氏度的温差。

“红外热像仪的价格从几百美元到多达十万美元不等。对于大多数工业应用,典型的相机将花费几千美元。“

新型红外摄像机

在过去的一年中,已经引入了几种新的红外摄像机,以满足各种应用需求。

例如,Teledyne DALSA最近推出了用于工业视觉应用的Calibir GX系列长波红外相机。这款无快门摄像头专为高达每秒90帧的速率而设计,是检测零件,包装和电子组件的理想选择。

相机尺寸仅为29 x 29 x 29毫米,具有标准的GigE接口,分辨率为320 x 240像素或640 x 480像素。借助辐射功能,相机可以精确测量-25到125摄氏度之间的温度。基于微测辐射热计的平台可以覆盖8到14微米的波长。

相机不需要机械快门进行校准,这意味着启动后几乎可以立即输出图像。摄像机的图像输出在时间和温度范围内保持稳定,因此不会出现重新校准中断。为了提供额外的保护和灵活性,该相机还提供可选的集成机械快门。

该相机支持各种镜头,焦距范围为7.5至100毫米。相机随附镜头,并在-40至60摄氏度的操作范围内完全校准。

先进的图像处理算法适应图像内容,优化对比度以显示最精细的细节,无论条件或场景内变化如何。无需人工干预。

Fluke的TiX560红外摄像机配备5.7英寸触摸屏和可旋转240度的镜头,使工程师能够在物体上方,下方和周围进行导航,以预览和捕捉图像。该摄像机是预测性维护和其他灵活性和更高分辨率必不可少的应用的理想选择。

该相机包括Fluke的“MultiSharp Focus”技术,该技术使设备能够快速拍摄多张图像并将它们组合成一张完全聚焦的图像。先进的聚焦系统使用户能够一次捕获多个目标的自动聚焦图像。

该摄像机还兼容公司的Fluke Connect基于云的软件,该软件可以从40多种仪器无线收集测量结果。这使技术人员可以通过智能手机或平板电脑实时记录和共享热图像和电子测量,并自动将其上传到云端。可以通过电子邮件直接从作业现场创建和共享报告。技术人员可以通过“ShareLive”视频通话与同事进行实时协作。

普林斯顿红外技术公司最近推出了1280SciCam,这是一款高分辨率相机(1,280×1,024像素),可在0.4至1.7微米的短波红外和可见光谱下工作。它提供超过每秒95帧的全帧速率。该摄像机具有12微米间距,低读取噪声和14位模数转换器,非常适合机器视觉应用,其中短波红外波段的灵敏度和高分辨率至关重要。可能有三个温度设定点:25,0或-50 C.

红外热成像是一种被动技术。也就是说,被检查的物体不需要用闪光灯或其他外部光源照射。相反,传感器测量受试者自然发射的红外能量。

相比之下,标准视觉检测应用依赖于可见光谱中的外部照明。然而,在一些检查应用中,用红外辐射照射物体可能是有帮助的。通常,视觉传感器的检查或代码读取过程会因环境照明的变化而显着受损。此外,工作人员经常受到典型视觉传感器产生的脉冲红光的困扰。

巴鲁夫公司的BVS视觉传感器消除了这两个问题。传感器内置红外光源和集成日光滤光片,因此可见的环境光不会影响图像质量或检测过程的稳定性。此外,传感器的红外线对人眼是不可见的。操作员无任何侵入性闪烁,无需屏蔽,减少篡改应用照明的诱惑。

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