Différence entre un téléobjectif, un objectif infrarouge macro et un objectif infrarouge grand angle

11-19-2019 | Thermographie

Les caméras infrarouges permettent d’effectuer des inspections à une distance de sécurité. Cela signifie que vous n'avez pas besoin d'arrêter le fonctionnement ni de revêtir un équipement de protection personnelle complet. Elles permettent de gagner du temps et évitent l’exposition aux environnements dangereux. Toutefois, pour certaines applications, il est nécessaire de capturer des images d'objets qu'il serait très difficile d'approcher de suffisamment près sans entrer dans une zone dangereuse, monter sur une échelle ou peut-être même utiliser un ascenseur ou un hélicoptère. Vous allez avoir besoin d’un objectif supplémentaire pour votre caméra. Les téléobjectifs et objectifs macro de haute qualité sont souvent appelés « objectifs intelligents ». En effet, aucun étalonnage n’est nécessaire pour une utilisation sur une caméra spécifique. Ils peuvent également être utilisés sur d’autres caméras infrarouges compatibles.

Les téléobjectifs infrarouges 4x et 2x permettent un grossissement de l’élément visé. Vous pouvez ainsi observer davantage de détails depuis le sol ou à une distance de sécurité. De même, les objectifs macro 25 microns fournissent un niveau de détails thermiques vous permettant d’identifier des problèmes que vous ne pourriez pas voir avec un objectif standard. Atteindre ce niveau de détails est essentiel pour garantir l'intégrité de la conception et la qualité de la production des circuits imprimés et des composants électroniques dont la taille ne cesse de diminuer.

Les téléobjectifs de haute qualité font bien plus que simplement rapprocher la cible. Ils peuvent vous aider à capturer des détails plus précis tout en augmentant votre résolution spatiale pour que vous puissiez discerner, et peut-être même mesurer, une anomalie que vous n'auriez sans doute pas pu remarquer avec l'objectif standard. Cela peut vous permettre d’évaluer l’éventuel problème pendant que vous êtes sur le chantier. Ces téléobjectifs conviennent à de nombreuses applications comme la production, transmission et distribution d’énergie ; la production chimique, pétrolière et gazière ; le raffinage des métaux ; l’inspection des bâtiments ou toute opération sur un grand site industriel ou commercial.

Quand utiliser un objectif grand angle ?

Les objectifs grand angle sont idéaux pour observer de grandes cibles à une distance relativement proche. Si vous devez observer une vaste zone ou si vous travaillez dans un espace restreint, ce qui est courant pour les techniciens de maintenance et de procédés, ainsi que les électriciens. Les inspecteurs en bâtiments peuvent utiliser ces objectifs, qui permettent d’observer une plus grande zone en une seule fois, pour examiner les toitures et les bâtiments industriels.

Image infrarouge de la tour Space Needle de Seattle prise avec un téléobjectif Fluke 2x
Cette image a été prise avec une caméra infrarouge TiX560 et un téléobjectif infrarouge Fluke 2x.
Image infrarouge de la tour Space Needle de Seattle prise avec un téléobjectif Fluke 4x
Cette image a été capturée depuis le même endroit avec une caméra infrarouge TiX560 et un téléobjectif infrarouge Fluke 4x.

Quand utiliser un téléobjectif 2x ?

Les téléobjectifs 2x sont idéaux pour les cibles de petite à moyenne taille, quand il est impossible de vous approcher suffisamment pour visualiser les détails nécessaires avec un objectif standard. Par exemple, si le rapport D:S de votre caméra infrarouge dotée d’un objectif standard est de 764:1, vous pourriez vous placer à 764 cm (7,6 mètres ; 25,1 pieds) de l’objet et voir un point d’une taille de 1 cm (4 pouces). Avec la même caméra et un téléobjectif 2x, le rapport D:S est pratiquement doublé, soit ~1 530:1 (distance de 15,3 m [43,6 pi] par rapport à un point de 1 cm [0,4 po]). Cela vous permettrait de voir la même taille de point depuis une distance quasiment doublée ou depuis une zone d’environ 0,5 cm² (0,2 pouces carrés) à partir de la même distance.

Un objectif 2x fournit un peu plus de détails qu’un objectif standard. Ceci signifie que vous aurez moins besoin d'entrer dans la zone dangereuse de votre usine ou d'escalader une grande échelle pour capturer des données essentielles de dépannage ou de maintenance. Il est ainsi très utile pour l'inspection des équipements électriques, électromécaniques et de traitement. Il est également parfait pour inspecter des purgeurs, des conduites ou des câblages qui se trouvent en hauteur ou même pour inspecter les détails d'une enceinte ou d'un petit puisard au-dessous du niveau du sol.

Observer la ligne de transmission d’un poste électrique avec un objectif standard
L’analyse externe d’un équipement extérieur à un poste électrique avec une caméra infrarouge TiX560 et un objectif standard a détecté une anomalie sur l’un des inverseurs de phase.
Ligne de transmission d’un poste électrique avec un téléobjectif Fluke 2x
En inspectant la même zone avec un téléobjectif Fluke 2x, on voit clairement la présence d'un point chaud sur l'inverseur.
Ligne de transmission d’un poste électrique avec un téléobjectif Fluke 4x
Cette troisième image de la ligne de transmission du poste électrique, capturée avec un téléobjectif Fluke 4x, montre clairement un point chaud ou une résistance élevée sur un interrupteur à couteau.

Quand utiliser un téléobjectif 4x ?

Les téléobjectifs 4x sont parfaits pour capturer des images thermiques de cibles de petite taille depuis une distance plus importante. Par exemple, si le rapport D:S de votre caméra infrarouge est de 764:1 avec un objectif standard, il serait environ 4 fois supérieur (env. 3 056:1) avec un téléobjectif 4x [30,6 m (100,3 pi) par rapport à un point de 1 cm (0,4 po)]. Par conséquent, si vous vous positionnez à 7,6 mètres de l’objet, vous détecteriez une taille de point approximative de 0,25 cm² (0,1 pouces carrés). L’utilisation d’un téléobjectif 4x est un excellent choix pour de nombreuses applications, notamment :

  • Lignes de transmission aériennes
  • Postes électriques
  • Hautes cheminées des usines pétrochimiques
  • Raffinage des métaux
  • Autres zones dangereuses, difficiles à atteindre, ou sous tension.

Avec un téléobjectif 4x, vous pouvez voir des détails essentiels depuis une distance qui ne permettrait pas facilement l'inspection d'une autre manière, de sorte que vous pouvez identifier les problèmes potentiels sur la jonction d'une ligne de transmission ou sur un réfractaire défectueux susceptible de provoquer des problèmes de qualité de produit, un environnement de travail dangereux et/ou une perte de revenus.

Image thermique d’un poteau électrique sous haute tension
Poteau électrique haute tension, capturé avec une caméra TiX560 et un objectif standard.
Poteau électrique sous haute tension avec un téléobjectif Fluke 2x
Le même poteau électrique capturé à la même distance que la précédente image, mais avec un téléobjectif Fluke 2x.
Poteau électrique sous haute tension avec un téléobjectif Fluke 4x
Le point de raccordement à droite capturé à la même distance que la première image, mais avec un téléobjectif Fluke 4x. Le téléobjectif 4x vous offre le niveau de détail requis pour vérifier si vous êtes confronté à un problème potentiel ou s'il s'agit simplement d'un reflet, comme c'est le cas ici.

Utiliser les objectifs macro

Que vous conceviez un nouveau circuit, effectuiez des tests de contrôle qualité sur des composants ou des cartes entièrement assemblées, dépanniez des appareils finis, pouvoir déceler des différences minimes dans les profils thermiques des composants microélectroniques peut vous aider à diagnostiquer plus rapidement les points problématiques ou discriminer les cartes et composants fonctionnels.

Circuit de résistance pris avec un objectif standard
Circuit de résistance de précision pris avec un objectif standard et la Fluke TiX560.
Circuit de résistance pris avec un objectif macro 25 microns
Une vue rapprochée des détails du motif dans le circuit de résistance de précision, capturés avec une TiX560 et un objectif macro 25 microns.

Nous avons analysé une carte de circuit imprimé et détecté un point chaud à l’aide d’une caméra thermique et d’un objectif standard. Avec l’objectif macro Fluke 25 microns, nous avons pu constater que le point chaud est en fait constitué de deux circuits séparés dans un unique circuit intégré, tous deux fonctionnant normalement. Si l'un des circuits avait été défectueux, vous auriez pu le voir clairement sur l'image macro. Dans ce cas, seul un des deux rectangles serait chaud, l'autre resterait sombre. L'image capturée avec un objectif standard n'affiche pas suffisamment de détails pour déceler qu'il y a deux circuits. Ainsi, si l’un des circuits était plus chaud ou plus froid que l'autre (et donc défectueux), vous n'auriez pas pu voir cette différence et vous auriez orienté vos recherches vers d'autres zones de la carte.

Le diagnostic et la résolution d'un problème de fabrication sont essentiels pour maximiser le rendement du produit. Nous en avons pris conscience au cours de l'une de nos propres opérations de fabrication Fluke. Le nombre de défaillances enregistrées lors des tests de nos détecteurs pyroélectriques en céramique a soudain fortement augmenté. Une chute du rendement de 50 % révèle un problème de fabrication. En effectuant un simple test d’alimentation, nous avons découvert que le détecteur consommait trop de courant, symptôme d’un court-circuit. La difficulté consistait à localiser ce court-circuit.

Nous avons décidé d’effectuer une analyse infrarouge du détecteur allumé avec une caméra infrarouge haute performance. L'image que nous avons prise avec un objectif standard n'a mis en évidence aucune anomalie. Cependant, avec l’objectif macro 25 microns, l’image a révélé un point chaud visible sur la surface régulière.

Une fois le problème identifié, nous avons ôté le matériau céramique du détecteur et à nouveau balayé la puce de lecture en silicium avec l'objectif macro. Cette analyse a révélé un point chaud bien défini d’un diamètre d’environ 100 microns.

Après avoir localisé la zone à étudier, nous l'avons examinée sur la puce en silicium avec un microscope électronique à balayage (MEB). Cet examen a identifié des bosses dans le silicium, qui ont créé une brèche et provoqué un court-circuit entre les pistes d'alimentation positive et négative. En revoyant les différentes étapes de notre procédé de fabrication, nous avons découvert que la plaque de l'écran entrait en contact avec la puce en silicium au cours du procédé, créant ainsi les bosses.

Nous avons réglé la plaque de l'écran pour éviter ce contact et le problème a été résolu. Le rendement en production est redevenu normal. Si nous n'avions pas pu réduire la zone de recherche grâce à l'objectif infrarouge macro, nous aurions mis beaucoup plus de temps à identifier le problème. Nous aurions dû utiliser le modèle à équations simultanées sur l’ensemble du circuit afin de localiser le problème, ce qui aurait duré des heures alors que l’examen n’a duré que quelques minutes avec l’objectif macro 25 microns.

L'intérêt d'une vue macro au cours du cycle du produit

La mise au point d’un objectif infrarouge macro 25 microns sur de petites cibles est si précise qu’elle en fait un outil d’une valeur considérable pour analyser :

  1. La qualité et l'intégrité du matériau
    Un objectif infrarouge macro 25 microns affiche des diagrammes thermiques pouvant identifier des fissures, des interversions de réseau ou d'autres problèmes d'uniformité. Des anomalies thermiques identiques présentes sur plusieurs échantillons peuvent révéler des défauts de fabrication.
  2. Les paramètres de performance du matériau
    Tous les matériaux et les composants sont spécifiés en conditions de fonctionnement, avec des paramètres tels que la plage de température ou l'humidité. Les diagrammes thermiques peuvent indiquer si le comportement d'un composant ou d'un matériau est normal dans les conditions spécifiées. Pouvoir détecter des différences de températures à un niveau de détails de 25 microns peut vous aider à trouver des défauts potentiels dans des composants presque microscopiques.
  3. Cycle de vie et fiabilité du matériau
    La capture de diagrammes thermiques de matériaux durant une grande période à l'aide d'un objectif macro peut aider les ingénieurs en recherche et développement à déterminer la durée de vie attendue d'un composant et à identifier les zones potentiellement sujettes à des défaillances précoces.