Na Západočeské univerzitě v Plzni působí od roku 2000 výzkumné centrum Nové technologie (NTC), které se zabývá výzkumem, vývojem a transferem nových technologií. V oblasti měření a zkušebnictví je českým centrem průmyslové termografie, patří k předním světovým pracovištím v oboru měření emisivity a průmyslu nabízí širokou škálu služeb.
MĚŘENÍ TEPLOTNÍCH POLÍ Termografie je bezkontaktní metoda měření teplotních polí termovizními kamerami nebo infradetektory. Je založena na detekci tepelného záření, které vydávají všechny povrchy, jejichž teplota je vyšší než absolutní nula. Průmyslové uplatnění nachází termografie všude tam, kde dochází při zpracování materiálu k jeho ohřevu nebo ochlazování. Jedná se například o technologie tváření zatepla, technologie objemového nebo povrchového tepelného zpracování. I v technologiích, kde ohřev materiálu není účelem, má termografie uplatnění. Lokální zvýšení teploty je podobně jako u lidského těla obvykle projevem nějaké závady stroje nebo zařízení. Termografie umožňuje relativně snadno měřit časový průběh teplotního pole. Moderní termovizní systémy dokážou bezkontaktně zachytit jak rychlé procesy probíhající v malé oblasti, tak i pomalé procesy celkového ohřevu zpracovávané součásti. Příklady termogramů různých technologií ukazuje obr. 1. K tomu, aby bezkontaktní měření bylo přesné a poskytovalo věrohodnou informaci o povrchové teplotě měřeného povrchu, je vždy potřeba se zamyslet nad fyzikou přenosu tepla zářením. Ne vždy obraz termovizní kamery ukazuje teplotní skutečnost. Odraz záření okolí nebo propustnost prostředí mezi kamerou a snímaným předmětem mohou významným způsobem výsledky zkreslit. Vůbec největších chyb se lze dopustit v případech, kdy je pro vyhodnocení předpokládaná nesprávná emisivita.
MĚŘENÍ EMISIVITY Emisivita je optická vlastnost povrchu materiálu, která vyjadřuje závislost intenzity vydávaného tepelného záření na jeho teplotě. A právě tento údaj musí pracovník provádějící měření znát, protože detektor termovizní kamery snímá tepelný tok a software ho pak podle emisivity přepočítává na teplotu. „Postupem času jsme byli náročnými termovizními aplikacemi nuceni zabývat se problematikou emisivity hlouběji. Dnes máme na měření emisivity k dispozici širokou škálu různých metod. Zvláště pyšní jsme ale na novou metodu měření teplotních závislostí spektrální emisivity, kterou jsme kompletně vyvinuli, a přiřadili jsme se tak k několika málo pracovištím na světě, kterým se to povedlo,“ říká zástupce ředitele NTC pro strategii Milan Honner. Laboratoř měření optických vlastností NTC nabízí metody pro stanovení teplotních, spektrálních, úhlových a prostorových závislostí emisivity v různém uspořádání. Například metoda pro měření spektrální emisivity v závislosti na teplotě (obr. 2) se skládá ze zdroje referenčního záření (černé těleso), spektrometru pro detekci záření, laserového systému ohřevu vzorků s měřením povrchové teploty a programových prostředků pro řízení experimentu a vyhodnocení naměřených dat. Tyto metody neslouží pouze pro potřeby termografických měření, ale i pro charakterizaci materiálů k přenosu tepla zářením, například žáruvzdorných materiálů používaných v zářičích, výměnících nebo spalovacích komorách.
TERMOGRAFICKÁ KONTROLA VÝROBY Relativně novým směrem je využití termografie k diagnostice materiálů a kontrole výroby. Jedná se o tzv. aktivní termografii, při níž je kontrolovaný předmět ohříván určitým zdrojem tepla a vada materiálu se pak projeví jako deformace jeho teplotního pole. Metod aktivní termografie je celá řada, liší se způsobem ohřevu materiálu a způsobem vyhodnocení vady. Některé z metod jsou zatím ve stadiu laboratorního měření, některé však již lze běžně používat a integrovat je do výrobní linky. V případě zmíněného laserového svařování plastů s termovizní kontrolou je zdrojem tepla přímo laserový paprsek. Ten je při tzv. transmisním svařování absorbován na rozhraní mezi dvěma plasty, kde působením tepla a přítlačné síly dojde k natavení obou plastů a vytvoření svaru. Pokud z nějakého důvodu k vytvoření svaru nedojde, projeví se tato vada na teplotním poli povrchu svařovaného dílu. Pro vyhodnocení termovizní kontroly se používá speciální software, který po kalibraci a nastavení parametrů kontroly umožňuje automatické vyhodnocení svaru a zaslání této informace řídicímu systému výrobní linky.
MĚŘENÍ NA ZKUŠEBNÍCH STENDECH Použití termografie nemusí být pouze takové, že se termovizní kamera postaví k existující technologii. V určitých případech je potřeba realizovat celé zkušební zařízení, jehož je termovizní kamera pouze jednou částí. Jde o tzv. zkušební stendy, těch v laboratořích NTC již vzniklo několik. Vývoj bezkontaktních metod pro analýzu nerovnoměrného rozložení teplot na povrchu brzdových kotoučů při brzdění vedl například k realizaci brzdového a automobilového stendu. V rámci projektu zaměřeného na vývoj nových metod pro kontrolu výroby solárních panelů vzniklo několik zařízení s integrovanou termovizní kamerou pro kontrolu jednotlivých článků i celých panelů. Příkladem termografického zkušebního stendu je uspořádání pro teplotní cyklování solárních panelů a termografickou analýzu jejich vad (obr. 3). Jeho součástí jsou topný a chladicí box, kde je možné solární panel ohřát nebo ochladit v rozmezí teplot –40 až +80 °C. Vlastní měření panelů probíhá v tzv. termoboxu, jehož stěnami proudí voda o definované teplotě, což zajišťuje pro termografii ideální prostředí bez nežádoucích odrazů tepelného záření okolí. Součástí sestavy je dále solární simulátor, který zajišťuje osvit panelu, a elektronika pro měření výkonových charakteristik testovaných panelů. „Díky dlouholetým praktickým zkušenostem můžeme zákazníkům nabídnout nejen provedení termovizního měření, ale například i poradenství při realizaci zkušebního stendu nebo realizaci termovizní diagnostiky pro výrobní linku,“ dodává Milan Honner.