적외선 카메라를 이용하면 안전한 거리 밖에서 검사를 수행할 수 있습니다. 따라서, 설비를 셧다운하거나 완벽하게 개인 보호 장비를 착용하지 않아도 됩니다. 이렇게 해서 생산 시간을 절약하고, 위험한 환경에 노출되는 것도 방지할 수 있습니다. 그러나, 일부 응용 분야에서는 위험 구역에 들어가거나 사다리를 오르거나 리프트나 헬리콥터를 사용하지 않고도 충분히 근접하기 어려운 물체의 이미지를 캡처해야 하는 경우가 있습니다. 카메라에 렌즈 추가가 필요한 것입니다. 고품질 망원 렌즈와 매크로 렌즈는 특정 카메라에 사용하는 데 있어 별다른 교정이 필요하지 않기 때문에 종종 ‘스마트 렌즈’라 합니다. 이들 렌즈는 호환 가능한 다른 적외선 카메라와 호환하여 사용할 수도 있습니다.
4x 및 2x 적외선 망원 렌즈는 시야를 확대해주므로 지상에서 또는 안전한 거리에서 훨씬 더 자세히 볼 수 있습니다. 또는, 25마이크론(micron) 매크로 렌즈를 이용하면 표준 렌즈로는 포착할 수 없는 문제를 식별하는 데 도움이 될 정도의 열적 디테일을 확보할 수 있습니다. 이러한 수준의 디테일은 지속적으로 수축되는 PCB와 마이크로 전자 부품 설계의 무결성과 생산 품질을 보장하는 데에 매우 중요합니다.
고품질 망원 렌즈는 단순히 영상을 더 가깝게 보여주는 것 이상의 기능을 제공합니다. 이들 렌즈는 표준 렌즈로는 볼 수 없었던 이상 상태를 보거나 심지어 측정도 할 수 있도록 공간 해상도를 높여주는 동시에 향상된 디테일을 캡처하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이는 현장에 있는 동안 발생할 수 있는 문제를 평가하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 망원 렌즈는 발전, 송전 및 배전, 화학물질, 석유 및 가스 제조, 금속 제련, 건물 검사 또는 대규모 산업 또는 상업적 운용 등 광범위한 응용 분야에 적합합니다.
광각 렌즈 사용 시기
광각 렌즈는 비교적 가까운 거리에서 큰 대상을 보는 데에 가장 적합합니다. 넓은 영역을 볼 필요가 있거나 전기, 정비 및 공정 기술자들이 좁은 공간에서 작업하는 경우에 특히 유용합니다. 또한, 이 렌즈로는 한 번에 넓은 구역을 볼 수 있기 때문에 건물 검사관이 지붕과 산업용 건물을 검사하는 데에도 이 렌즈를 사용할 수 있습니다.
이 이미지는 TiX560 적외선 카메라와 Fluke 2x 적외선 망원 렌즈로 촬영한 것입니다.
이 이미지는 TiX560 적외선 카메라와 Fluke 4x 적외선 망원 렌즈를 이용하여 같은 장소에서 촬영한 것입니다.
2x 망원 렌즈 사용 시기
2x 망원 렌즈는 표준 렌즈로 필요한 디테일을 볼 수 있을 정도로 충분히 가까이 다가갈 수 없는 중소형 촬영 대상에 적합합니다. 예를 들면, 표준 렌즈가 장착된 적외선 카메라의 D:S 비율이 764:1인 경우, 물체에서 764cm(7.6m, 25.1피트) 떨어진 거리에서 1cm(0.4인치) 크기의 점을 볼 수 있습니다. 동일한 카메라에 2x 망원 렌즈를 사용하면 D:S 비율이 약 두 배로 늘어나 약 1,530:1이 됩니다(1cm(0.4in) 점으로부터 15.3m(43.6 ft) 거리). 이렇게 하면 같은 점을 거의 두 배 거리에서 보거나 같은 거리에서 약 0.5cm2(0.2in2) 면적의 점을 볼 수 있게 됩니다.
2x 렌즈는 표준 렌즈보다 훨씬 더 디테일한 상을 제공합니다. 이는 중요한 고장 추적 또는 정비 데이터를 확인하기 위해 공장의 위험 구역에 들어가거나, 높은 사다리에 올라가야 할 필요를 줄일 수 있음을 의미합니다. 따라서 전기, 전기 기계 및 공정 장비를 검사하는 데에 매우 유용합니다. 이는 또한 오버헤드 벤트, 덕트 설비 또는 배선을 스캔하거나, 가능한 경우 지하에 있는 금고나 소형 집수조의 디테일을 볼 수 있는 좋은 선택이기도 합니다.
TiX560 적외선 카메라와 표준 렌즈를 이용한 외부 스캔에서 변전소 외부 장비의 위상(phase) 스위치 하나의 이상을 포착한 장면.
Fluke 2x 망원 렌즈로 동일한 영역을 스캔하면 스위치의 핫 스팟이 분명하게 나타납니다.
Fluke 4x 망원 렌즈로 촬영한 변전소 전송 라인의 세 번째 영상은 나이프(knife) 스위치의 핫 스팟 또는 높은 저항을 명확하게 보여줍니다.
4x 망원 렌즈 사용 시기
4x 망원 렌즈는 훨씬 더 먼 거리에서 작은 대상의 열 프로파일을 캡처하는 데 탁월합니다. 예를 들면, 적외선 카메라의 D:S가 표준 렌즈를 사용했을 때 764:1인 경우, 4x 망원 렌즈를 사용하면 약 4x, 즉 ~3056:1이 됩니다(1cm(0.4인치) 점으로부터 30.6m(100.3피트)). 따라서 물체에서 7.6미터 떨어져 있다면 약 0.25cm2(0.1in2) 크기의 스팟을 감지할 수 있습니다. 4x 망원 렌즈는 다음과 같은 많은 응용 분야에 탁월한 선택입니다.
- 오버헤드 전송 라인
- 변전소
- 석유화학 공장의 높은 굴뚝
- 금속 제련
- 기타 접근하기 어렵거나, 전원이 공급되어 있거나, 안전하지 않은 장소
4x 망원 렌즈를 사용하면 다른 방법으로는 쉽게 볼 수 없는 거리에서 중요한 디테일을 볼 수 있으므로, 제품 품질 문제나 안전하지 않은 작업 환경 및/또는 수익 손실을 초래할 수 있는 전송선 연결부 또는 내화재 열화 등의 잠재적 문제를 식별할 수 있습니다.
TiX560 카메라와 표준 렌즈로 촬영한 고압 전신주.
Fluke 2x 망원 렌즈로 이전 영상과 동일한 거리에서 촬영한 동일한 전신주
첫 번째 이미지와 동일한 거리에서 Fluke 4x 망원 렌즈로 촬영한 연결 지점. 4x 망원 렌즈는 이 경우와 같이 잠재적 문제가 있는 것인지 또는 반사일 수도 있는지를 확인하는 데 필요한 수준의 디테일을 제공합니다.
매크로 렌즈 활용
새 장치를 설계하든, 구성 부품 또는 완전히 조립된 보드에서 품질 관리 테스트를 실행하든, 완성된 장치에서 고장을 추적하든, 마이크로일렉트로닉스 구성 부품의 열 프로필에서 미세한 차이를 볼 수 있는 기능을 통해 문제 지점이나 보드 또는 부품의 양불 여부를 더 신속하게 진단할 수 있습니다.
Fluke TiX560과 표준 렌즈로 촬영한 정밀 저항 칩.
TiX560과 25마이크론 매크로 렌즈로 근접 촬영한 정밀 저항 칩의 패턴 디테일.
열화상 카메라와 표준 렌즈로 회로 기판을 스캔하여 핫 스팟을 발견하였습니다. Fluke 25마이크론 매크로 렌즈를 이용하여 핫 스팟이 실제로는 단일 집적 회로 내 두 개의 개별 회로이며, 둘 다 정상적으로 작동한다는 것을 알 수 있었습니다. 만일 회로 중 하나가 고장인 경우 매크로 영상에서 이를 선명하게 볼 수 있습니다. 이 경우 한 개의 직사각형만 밝고 다른 직사각형은 어둡게 나타납니다. 표준 렌즈로 촬영한 영상에서는 두 개의 회로를 보여줄 만큼 디테일이 충분하게 표시되지 않습니다. 따라서 한 쪽이 다른 쪽보다 더 뜨겁거나 차가웠더라도(고장을 의미) 그 차이를 알아보지 못하고 보드의 다른 부분을 계속 조사하게 될 것입니다.
Fluke 자체 제조 작업장 중 한 곳에서 발견한 바와 같이 높은 제품 수율을 최대화하려면 제조 당시 문제를 진단하고 해결하는 것이 매우 중요합니다. 세라믹 기반 열전 검출기 테스트에서 평균보다 훨씬 더 많은 고장이 갑자기 발생한 적이 있었습니다. 50%의 수율 감소는 제조상의 문제를 시사하는 것입니다. 간단한 전력 테스트에서 검출기가 너무 많은 전류를 소비하고 있다는 것을 발견했으며, 이는 단락을 의미하는 것이었습니다. 문제는 이 단락을 어떻게 찾아내느냐 하는 것이었습니다.
우리는 고성능 적외선 카메라를 사용하여 전원 공급식 검출기에서 적외선 스캔을 실행하기로 결정하였습니다. 표준 렌즈를 부착한 상태에서 이미지를 촬영했을 때는 이상이 나타나지 않았습니다. 그러나, 25마이크론 매크로 렌즈를 부착했을 때 생성된 이미지는 그렇지 않았다면 균일하게 나타날 표면에 눈에 띄는 핫 스폿을 보여주었습니다.
문제가 어디에 있었는지 알았으므로, 검출기에서 세라믹 재료를 제거하고 매크로 렌즈로 실리콘 판독 칩을 다시 스캔하였습니다. 이 스캔으로 직경이 약 100마이크론의 핫 스팟이 명확하게 나타났습니다.
관심 지점을 찾은 후, 주사 전자 현미경(SEM)으로 실리콘 칩의 문제 영역을 조사하였습니다. 이 검사를 통해 금이 생겨서 플러스 및 마이너스 전원 공급 트랙 사이에 단락을 일으킨 실리콘 재료의 압흔이 드러났습니다. 제조 공정 단계를 따라 추적해보고, 공정의 한 시점에서 스크리닝 플레이트가 실리콘 칩과 접촉하여 압흔을 만들어 낸 것을 발견하였습니다.
이와 같은 접촉을 방지하기 위해 스크린 플레이트를 조정하고 문제가 해결되었습니다. 생산 수율도 이전 수준으로 회복되었습니다. 적외선 매크로 렌즈로 문제 지점을 좁힐 수 없었다면 문제를 찾는 데 훨씬 더 오래 걸렸을 것입니다. 문제를 찾기 위해 칩 전체에 SEM을 실행해야 했을 것이며, 이는 25마이크론 매크로 렌즈로 소요된 몇 분 정도가 아니라 몇 시간이 걸렸을 수도 있습니다.
생산 사이클의 전반에 걸친 매크로 뷰(view)의 가치
25마이크론 적외선 매크로 렌즈는 이렇게 작은 대상에 매우 정확하게 초점을 맞출 수 있기 때문에 분석 작업에는 다음과 같이 엄청난 가치가 있습니다.
- 재료 무결성/품질
25마이크론 적외선 매크로 렌즈는 연결부 이상, 격자 불일치 또는 기타 불균일한 조건을 나타낼 수 있는 열 패턴을 보여줍니다. 여러 샘플에서 일관된 열 이상이 나타나는 것은 제조상의 결함을 나타낼 수 있습니다. - 재료 성능 매개변수
모든 재료와 구성 부품에는 온도 범위 및 습도와 같은 작동 사양이 있습니다. 열 패턴은 구성 부품 또는 재료가 이러한 특정 조건 하에서 예상대로 동작하고 있는지 여부를 나타낼 수 있습니다. 25마이크론 크기의 디테일한 부분 사이에서 열 차이를 보여줄 수 있는 기능은 거의 현미경으로나 볼 수 있는 크기의 부품에서 잠재적인 고장을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다. - 재료의 라이프 사이클 및 신뢰성
장기간의 테스트에서 매크로 렌즈를 이용하여 재료의 열 패턴을 촬영해보면 R&D 엔지니어가 부품의 예상 수명을 판단하고, 조기 고장으로 이어질 우려가 있는 부분을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.