Polski

Różnica między teleobiektywami, obiektywami makro i obiektywami szerokokątnymi do światła podczerwonego

4 Październik 2021 | Termografia

Kamery termowizyjne umożliwiają przeprowadzanie kontroli z bezpiecznej odległości. Oznacza to, że nie trzeba przerywać pracy badanego urządzenia ani używać pełnego zestawu środków ochrony osobistej. Dzięki temu czas produkcji jest lepiej wykorzystany i nie trzeba narażać się na pracę w niebezpiecznych warunkach. Jednak w niektórych zastosowaniach konieczne jest rejestrowanie obrazów obiektów, do których bardzo trudno się zbliżyć bez wkraczania do strefy niebezpiecznej, wchodzenia na drabinę, a nawet użycia podnośnika lub helikoptera. W takich sytuacjach potrzeba dodatkowego obiektywu do kamery. Wysokiej jakości teleobiektywy i obiektywy makro są często nazywane „obiektywami inteligentnymi”, ponieważ nie wymagają kalibracji do współpracy z określoną kamerą. Można ich również używać zamiennie z innymi zgodnymi kamerami termowizyjnymi.

Teleobiektywy 4x i 2x do światła podczerwonego powiększają obraz, dzięki czemu można zobaczyć więcej szczegółów z poziomu podłoża lub z bezpiecznej odległości. 25-mikronowe obiektywy makro zapewniają wyjątkowy poziom szczegółów obrazów termicznych, co pomaga w identyfikacji problemów, których nie można uchwycić za pomocą obiektywu standardowego. Ten poziom szczegółowości ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia integralności projektu i jakości produkcji nieustannie zmniejszanych płytek drukowanych i komponentów mikroelektronicznych.

Możliwości teleobiektywów wysokiej jakości dalece wykraczają poza proste przybliżanie obrazu. Mogą one pomóc w rejestrowaniu wyraźniejszych szczegółów przy jednoczesnym zwiększeniu rozdzielczości przestrzennej, aby ułatwić dostrzeżenie anomalii, która może nie być widoczna przy użyciu obiektywu standardowego. Może to pomóc w ocenie ewentualnego problemu jeszcze podczas pobytu w zakładzie. Teleobiektywy mogą być wykorzystywane w szerokiej gamie branż, takich jak wytwarzanie, transmisja i dystrybucja energii, produkcja środków chemicznych, przetwórstwo ropy naftowej i gazu, uszlachetnianie metali, inspekcje budynków oraz dowolna duża działalność przemysłowa lub handlowa.

Kiedy używać obiektywu szerokokątnego

Obiektywy szerokokątne najlepiej nadają się do oglądania dużych obiektów ze stosunkowo niewielkiej odległości. Rozwiązanie to sprawdza się, gdy trzeba obejrzeć duży obszar oraz podczas pracy w ograniczonej przestrzeni, co jest szczególnie przydatne dla techników zajmujących się elektrycznością, konserwacją i utrzymaniem ruchu. Inspektorzy budowlani mogą używać tych obiektywów do kontroli dachów i budynków przemysłowych, ponieważ mogą dzięki nim oglądać jednocześnie większy obszar.

Obraz Seattle Space Needle w podczerwieni wykonany teleobiektywem Fluke 2x
Ten obraz został zarejestrowany za pomocą kamery termowizyjnej TiX560 i teleobiektywu do podczerwieni Fluke 2x.
Obraz Seattle Space Needle w podczerwieni wykonany teleobiektywem Fluke 4x
Ten obraz został zarejestrowany z tego samego miejsca za pomocą kamery termowizyjnej TiX560 i teleobiektywu do podczerwieni Fluke 4x.

Kiedy używać teleobiektywu 2x

Teleobiektywy 2x to dobry wybór do małych i średnich obiektów, gdy nie można uzyskać wystarczającego zbliżenia szczegółów przy użyciu obiektywu standardowego. Na przykład, jeśli kamera termowizyjna z obiektywem standardowym ma współczynnik D:S 764:1, po ustawieniu jej w odległości 764 cm (7,6 m) od obiektu można zobaczyć punkt o wielkości 1 cm2. Dzięki tej samej kamerze i teleobiektywowi z zoomem 2x, współczynnik D:S ulegnie podwojeniu, co daje wartość około 1530:1 (15,3 m od punktu o wielkości 1 cm2). Daje to możliwość zobaczenia punktu o tej samej wielkości z niemal dwukrotnie większej odległości lub obszaru o powierzchni około 0,5 cm2 z tej samej odległości.

Obiektyw 2x pokazuje więcej szczegółów niż obiektyw standardowy. Dzięki temu rozwiązanie to ogranicza potrzebę wchodzenia do strefy zagrożenia w zakładzie lub wchodzenia się na wysoką drabinę w celu zarejestrowania krytycznych danych, potrzebnych do wyszukiwania i usuwania awarii albo konserwacji. Oznacza to, że teleobiektyw bardzo przydaje się przy kontroli urządzeń elektrycznych, elektromechanicznych i procesowych. Jest to również dobry wybór do skanowania sufitowych otworów wentylacyjnych, kanałów wentylacyjnych lub przewodów oraz do skanowania z dużą rozdzielczością w celu dostrzeżenia szczegółów w małych wnękach lub przestrzeniach.

Podgląd linii przesyłowej w podstacji przy użyciu obiektywu standardowego
Zewnętrzne skanowanie urządzeń zewnętrznych w podstacji za pomocą kamery termowizyjnej TiX560 i obiektywu standardowego pozwoliło zarejestrować anomalię na jednym z przełączników fazowych.
Linia przesyłowa w podstacji widziana przy użyciu teleobiektywu Fluke 2x
Skanowanie tego samego obszaru za pomocą teleobiektywu Fluke 2x wyraźnie pokazuje gorący punkt na przełączniku.
Linia przesyłowa w podstacji widziana przy użyciu teleobiektywu Fluke 4x
Widoczny tutaj trzeci obraz linii przesyłowej podstacji, zarejestrowany za pomocą teleobiektywu Fluke 4x, wyraźnie pokazuje gorące punkty (wysoką rezystancję) na przełączniku nożowym.

Kiedy używać teleobiektywu 4x

Teleobiektywy 4x doskonale nadają się do rejestrowania profili termicznych małych obiektów z większej odległości. Na przykład, jeśli współczynnik D:S kamery termowizyjnej wynosi 764:1 w przypadku obiektywu standardowego, to dla powiększenia około 4x (teleobiektywu 4x) wartość ta wynosi w przybliżeniu 3056:1 (możliwość zarejestrowania obszaru 1 cm2 z 30,6 m). Z odległości 7,6 metra od obiektu można wykryć punkt o wielkości około 0,25 cm2. Teleobiektyw 4x to doskonały wybór do badania wielu obiektów, takich jak:

  • napowietrzne linie przesyłowe,
  • podstacje zasilania,
  • wysokie kominy w zakładach petrochemicznych,
  • zakłady uszlachetniania metali,
  • inne miejsca trudno dostępne, pod napięciem lub strefy niebezpieczne.

Teleobiektyw 4x umożliwia dostrzeżenie z odległości najważniejszych szczegółów, które nie byłyby łatwo widoczne w żaden inny sposób, dzięki czemu można zidentyfikować potencjalne problemy ze złączami linii przesyłowych lub usterkami zabezpieczeń, które mogłyby negatywnie wpływać na jakość produktów, bezpieczeństwo środowiska pracy i/lub rentowność.

Obraz termiczny słupa energetycznego wysokiego napięcia
Zdjęcie słupa energetycznego wysokiego napięcia, wykonane kamerą TiX560 z obiektywem standardowym.
Słup energetyczny wysokiego napięcia widziany przy użyciu teleobiektywu Fluke 2x
Zdjęcie tego samego słupa energetycznego, wykonane z tej samej odległości, co poprzednie, ale teleobiektywem Fluke 2x.
Słup energetyczny wysokiego napięcia widziany przy użyciu teleobiektywu Fluke 4x
Prawy punkt przyłączeniowy, którego zdjęcie wykonano z tej samej odległości, co poprzednie, ale teleobiektywem Fluke 4x. Teleobiektyw 4x zapewnia poziom szczegółowości wymagany do sprawdzenia, czy istnieje problem, czy może jest to tylko odbicie, jak w tym przypadku.

Działanie obiektywów makro

Bez względu na to, czy projektujesz nowe urządzenie, przeprowadzasz testy kontroli jakości podzespołów lub w pełni zmontowanych płytek, czy wyszukujesz i usuwasz awarie gotowych produktów, możliwość dostrzeżenia niewielkich różnic w profilach termicznych komponentów mikroelektronicznych może pomóc w szybszym diagnozowaniu problemów, badaniu płytek lub komponentów.

Rezystor SMD widziany przy użyciu obiektywu standardowego
Precyzyjny rezystor SMD widziany przy użyciu obiektywu standardowego i kamery Fluke TiX560.
Rezystor SMD widziany przy użyciu 25-mikronowego obiektywu makro
Przybliżony, szczegółowy widok precyzyjnego rezystora SMD, dostępny przy użyciu kamery TiX560 i 25-mikronowego obiektywu makro.

Przeskanowaliśmy płytkę drukowaną i znaleźliśmy gorący punkt za pomocą kamery termowizyjnej i obiektywu standardowego. Dzięki 25-mikronowemu obiektywowi makro firmy Fluke byliśmy w stanie zobaczyć, że gorący punkt to w rzeczywistości dwa oddzielne obwody w jednym układzie scalonym i że oba działają normalnie. Gdyby jeden z obwodów uległ awarii, byłoby to wyraźnie widać na obrazie makro. W takim przypadku tylko jeden prostokąt będzie gorący, a drugi ciemny. Obraz zarejestrowany za pomocą obiektywu standardowego nie zawiera wystarczającej ilości szczegółów, aby dostrzec dwa obwody. Dlatego też, jeśli jeden z nich byłby bardziej rozgrzany niż drugi lub zimny (co wskazywałoby na awarię), nie byłoby możliwe zauważenie tej różnicy i technik kontynuowałby szukanie problemu w innych obszarach płytki.

Diagnozowanie i rozwiązywanie problemów z produkcją ma kluczowe znaczenie dla maksymalizacji uzysku, co odkryliśmy podczas inspekcji produkcji w naszej własnej firmie. Podczas testowania czujek piroelektrycznych na bazie ceramicznej nagle odnotowaliśmy znacznie większą od średniej liczbę awarii. Spadek uzysku o 50% wskazuje na duży problem związany z produkcją. Na podstawie prostego testu mocy okazało się, że czujka pobiera zbyt dużo prądu, co wskazuje na zwarcie. Problem polegał na tym, jak je zlokalizować.

Zdecydowaliśmy się przeprowadzić skanowanie włączonej czujki w podczerwieni, korzystając z zaawansowanej kamery termowizyjnej. Na zdjęciu wykonanym przy użyciu obiektywu standardowego nie widać żadnych anomalii. Jednak po zamontowaniu 25-mikronowego obiektywu makro zarejestrowany obraz pokazał widoczny gorący punkt na powierzchni, która w obiektywie standardowym wyglądała na jednolitą.

Gdy już wiedzieliśmy, gdzie wystąpił problem, usunęliśmy materiał ceramiczny z czujki i ponownie przeskanowaliśmy za pomocą obiektywu makro krzemowy układ scalony odpowiedzialny za odczyt danych. Skan ten wykazał wyraźny gorący punkt o średnicy około 100 mikronów.

Po zlokalizowaniu interesującego nas obszaru zbadaliśmy problematyczną strefę chipu krzemowego za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego (SEM). Badanie to ujawniło wgniecenia w materiale krzemowym, które spowodowały pęknięcie i zwarcie między dodatnimi i ujemnymi ścieżkami zasilania. Badając kroki w naszym procesie produkcyjnym, odkryliśmy, że w jednym punkcie procesu płytka przesiewowa miała styczność z chipem krzemowym, tworząc w ten sposób wgniecenie.

Wyregulowaliśmy płytkę przesiewową, aby zapobiec kontaktowi, dzięki czemu problem został rozwiązany. Uzysk z produkcji wrócił do wcześniejszego poziomu. Gdyby nie udało nam się wyizolować problematycznych obszarów za pomocą obiektywu makro do podczerwieni, zlokalizowanie problemu trwałoby o wiele dłużej. Musielibyśmy obejrzeć pod mikroskopem skaningowym cały układ scalony, co mogłoby trwać nawet wiele godzin, a przy użyciu 25-mikronowego obiektywu makro trwało to zaledwie minuty.

Wartość widoku makro w całym cyklu produktu

Ponieważ 25-mikronowy obiektyw makro do podczerwieni pozwala aż tak precyzyjnie nastawiać ostrość na tak małe obiekty, dzięki niemu można doskonale analizować:

  1. Integralność/jakość materiału
    25-mikronowy obiektyw makro do podczerwieni pokazuje wzorce termiczne, które mogą wskazywać na uszkodzenia połączeń, niedopasowanie siatki lub inne stany związane z brakiem jednorodności. Stałe anomalie termiczne na wielu próbkach mogą wskazywać na wady produkcyjne.
  2. Parametry wydajności materiałowej
    Wszystkie materiały i komponenty mają specyfikacje robocze, takie jak zakres temperatur i wilgotność. Wzorce termiczne mogą wskazywać, czy dany element lub materiał zachowuje się zgodnie z oczekiwaniami w określonych warunkach. Możliwość znalezienia różnic cieplnych pomiędzy detalami o wielkości zaledwie 25 mikronów może pomóc w odnalezieniu potencjalnych awarii w podzespołach o niemal mikroskopijnej wielkości.
  3. Cykl życia i niezawodność materiału
    Rejestrowanie wzorców termicznych materiałów w dłuższym okresie badania za pomocą obiektywu makro może pomóc inżynierom ds. badań i rozwoju w określeniu oczekiwanej żywotności komponentu i wskazaniu obszarów potencjalnych problemów, które mogą prowadzić do przedwczesnych awarii.