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A diferença entre teleobjetivas, objetivas macro e objetivas grande angular de infravermelhos

04 de Outubro de 2021 | Termografia

As câmaras termográficas permitem-lhe realizar inspeções a uma distância segura. Isso significa que poderá não ter de interromper o funcionamento ou de envergar equipamento de proteção pessoal completo. Desta forma, as câmaras economizam tempo de produção e ajudam a evitar a exposição a ambientes perigosos. No entanto, para algumas aplicações, é necessário captar imagens de objetos dos quais seria muito difícil aproximar-se o suficiente para o fazer sem entrar numa zona de perigo, subir uma escada e até, talvez, recorrer a um elevador ou a um helicóptero. Neste caso, necessita de uma objetiva adicional para a sua câmara. As teleobjetivas e macros de alta qualidade são frequentemente denominadas "objetivas inteligentes", uma vez que não necessitam de calibração para utilização com uma câmara específica. Podem igualmente ser utilizadas de forma intercambiável com outras câmaras termográficas compatíveis.

As teleobjetivas 4x e 2x termográficas ampliam a sua visão, para que consiga ver de forma muito mais pormenorizada a partir do solo ou de uma distância segura. Em alternativa, as objetivas macro de 25 mícrones proporcionam um nível de pormenor térmico que o ajuda a identificar problemas impossíveis de captar com uma objetiva padrão. Este nível de detalhe é fundamental para garantir a integridade do design e a qualidade de produção de PCB e componentes microeletrónicos cujo tamanho é cada vez mais reduzido.

As teleobjetivas de elevada qualidade fazem muito mais do que apenas aproximar a imagem. Elas ajudam a captar pormenores na perfeição aumentando, simultaneamente, a resolução espacial, permitindo assim ver, e possivelmente até medir, alguma anomalia que talvez não tivesse conseguido ver com a objetiva padrão. Isto ajuda a avaliar o possível problema enquanto ainda está no local. Estas teleobjetivas adaptam-se a uma vasta variedade de aplicações, incluindo geração de energia, transmissão de energia e distribuição de energia; produção química, petrolífera e de gás; refinação de metais; inspeção de edifícios ou qualquer operação industrial ou comercial de grandes dimensões.

Em que situações utilizar uma objetiva grande angular

As objetivas grande angular são ideais para visualizar alvos de grandes dimensões a uma distância relativamente próxima. Para quando necessitar de visualizar uma grande área ou estiver a trabalhar num espaço apertado, o que é particularmente útil para técnicos de eletricidade, manutenção e processamento. Além disso, os inspetores de edifícios podem utilizar estas objetivas para inspecionar telhados e edifícios industriais, uma vez que podem observar uma área maior de uma só vez.

Imagem termográfica do Obelisco Espacial de Seattle tirada com a teleobjetiva Fluke 2x
Esta imagem foi captada com uma câmara termográfica TiX560 e uma teleobjetiva termográfica Fluke 2x.
Imagem termográfica do Obelisco Espacial de Seattle tirada com a teleobjetiva Fluke 4x
Esta imagem foi captada a partir do mesmo local com uma câmara termográfica TiX560 e uma teleobjetiva termográfica Fluke 4x.

Em que situações utilizar uma teleobjetiva 2x

As teleobjetivas 2x são uma boa escolha para alvos pequenos a médios dos quais não possa aproximar-se o suficiente para ver ao pormenor com uma objetiva padrão. Por exemplo, se a câmara termográfica com uma objetiva padrão tiver uma razão D:S 764:1, poderá permanecer a 764 cm (7,6 metros; 25,1 pés) de um objeto e ver um ponto com 1 cm (0,4 polegadas) de tamanho. Com a mesma câmara e uma teleobjetiva 2x, a razão D:S será, aproximadamente, o dobro, ou seja, ±1530:1 (15,3 m; 43,6 pés) relativamente a um ponto de 1 cm (0,4 polegadas). Isto proporcionaria a capacidade de ver o ponto com o mesmo tamanho a quase o dobro da distância, ou uma área de aproximadamente 0,5 cm2 (0,2 pol2), da mesma distância.

A objetiva 2x proporciona um grau de detalhe muito superior ao da objetiva padrão. Isso significa que pode reduzir a necessidade de entrar na zona de perigo da fábrica, ou de subir uma escada alta, para captar dados cruciais de manutenção ou resolução de problemas. É, portanto, muito útil para inspeção de equipamento elétrico, eletromecânico e de processamento. É também uma boa escolha para analisar condutas aéreas, redes de canalização e fios elétricos ou, possivelmente, analisar subterrâneos para ver os pormenores numa galeria ou numa pequena fossa.

Visualização de uma linha de transmissão na subestação com uma objetiva padrão
Uma análise exterior de equipamento exterior numa subestação, com uma câmara termográfica TiX560 e uma objetiva padrão, captou uma anomalia num dos interrutores de fase.
Linha de transmissão na subestação com uma teleobjetiva Fluke 2x
A análise da mesma área com uma teleobjetiva Fluke 2x mostra um claro ponto quente no interruptor.
Linha de transmissão na subestação com uma teleobjetiva Fluke 4x
Esta terceira imagem da linha de transmissão da subestação, captada com uma teleobjetiva Fluke 4x, mostra claramente um ponto quente ou uma alta resistência num interruptor chave de faca.

Em que situações utilizar uma teleobjetiva 4x

A teleobjetiva 4x é excelente para captar os perfis térmicos de alvos pequenos a uma distância muito superior. Por exemplo, se a razão D:P da câmara termográfica for de 764:1 com a objetiva padrão, será aproximadamente quatro vezes esse valor – ±3056:1 – com uma teleobjetiva 4x (30,6 m; 100,3 pés) relativamente a um ponto de 1 cm (0,4 pol.). Assim, permanecendo a 7,6 metros do objeto, iria detetar o ponto com um tamanho aproximado de 0,25 cm2 (0,1 pol2). Uma teleobjetiva 4x é uma excelente escolha para muitas aplicações, incluindo:

  • Linhas aéreas de transporte
  • Subestações elétricas
  • Pilhas altas em fábricas petroquímicas
  • Refinação de metais
  • Outras áreas de difícil alcance, eletrificadas ou perigosas

Com uma teleobjetiva 4x, pode ver os pormenores cruciais a uma distância à qual não seriam facilmente visíveis de qualquer outra forma, o que permite identificar possíveis problemas numa junção de linhas de transmissão, refratário defeituoso que possa gerar problemas de qualidade dos produtos, um ambiente de trabalho perigoso e/ou perda de receita.

Imagem termográfica de um poste de alta tensão
Poste de alta tensão, captado com uma câmara TiX560 e objetiva padrão.
Poste de alta tensão com teleobjetiva Fluke 2x
O mesmo poste de alta tensão, captado a partir da mesma distância utilizada para a imagem anterior, mas com uma teleobjetiva Fluke 2x.
Poste de alta tensão com teleobjetiva Fluke 4x
O ponto de ligação do lado direito, captado da mesma distância utilizada para a primeira imagem, mas com uma teleobjetiva Fluke 4x. A teleobjetiva 4x proporciona o nível de pormenor necessário para verificar se se trata de um possível problema ou, talvez, de apenas um reflexo, como no presente caso.

O funcionamento das objetivas macro

Quer esteja a conceber um novo dispositivo, a executar testes de controlo de qualidade em componentes ou placas totalmente montadas, ou a resolver problemas em dispositivos já concebidos, a capacidade de visualizar pequenas diferenças nos perfis térmicos dos componentes microeletrónicos pode ajudar a detetar pontos problemáticos ou aprovar placas e componentes mais rapidamente.

Chip de resistência através de uma objetiva padrão
Chip de resistência preciso através de uma objetiva padrão e da TiX560 Fluke.
Chip de resistência através de uma objetiva macro de 25 mícrones
Uma vista mais próxima dos pormenores do padrão no chip de resistência preciso, captado com uma TiX560 e uma objetiva macro de 25 mícrones.

Após analisar uma placa de circuitos, encontrámos um ponto quente utilizando uma câmara termográfica e uma objetiva padrão. Utilizando a objetiva macro de 25 mícrones da Fluke, foi possível observar que o ponto quente é, na verdade, dois circuitos separados num único circuito integrado, ambos com um funcionamento normal. Se um dos circuitos tivesse falhado, isto seria detetado claramente na imagem macro. Neste caso, apenas um retângulo seria quente; o outro seria escuro. A imagem captada com a objetiva padrão não apresenta detalhes suficientes para indicar dois circuitos. Portanto, se um estivesse mais quente ou frio (indicando uma avaria) do que o outro, não sendo possível ver esta diferença, iria continuar a investigar as restantes áreas da placa.

O diagnóstico e a resolução de problemas de fabrico são fundamentais para maximizar o elevado rendimento de produtos, tal como ficamos a saber numa das operações de fabrico da Fluke. Subitamente, observamos um número muito superior à média de falhas ao testar os nossos detetores piroelétricos à base de cerâmica. Uma queda de 50% no rendimento indicou um problema de fabrico. A partir de um simples teste de energia, verificamos que o detetor consumia demasiada corrente, o que indicava um curto-circuito. A questão colocada era sobre como localizar este curto-circuito.

Optamos por realizar uma análise de infravermelhos no detetor ligado utilizando uma câmara termográfica de elevado desempenho. Ao captar uma imagem com uma objetiva padrão instalada, não foi detetada qualquer anomalia. No entanto, ao adicionar a objetiva macro de 25 mícrones, a imagem resultante apresentou um ponto quente evidente na superfície aparentemente uniforme.

Após localizarmos o problema, retiramos o material de cerâmica do detetor e analisamos novamente o chip de silício de leitura de dados com a objetiva macro. Esta análise apresentou um ponto quente claramente definido com cerca de 100 mícrones de diâmetro.

Após localizar a região de interesse, examinamos a área problemática no chip de silício com um microscópio eletrónico de varredura (MEV). Este exame revelou reentrâncias no material de silício que criaram uma fissura, provocando um curto-circuito entre as vias positiva e negativa de fonte de alimentação. Seguindo os passos no processo de fabrico, verificamos que, a dada altura, a placa de controlo estava a entrar em contacto com o chip de silício, o que causou a reentrância.

Ajustamos a placa de controlo para evitar este contacto e o problema foi resolvido. O rendimento de produção foi recuperado para os níveis anteriores. Se não tivesse sido possível restringir a área problemática com a objetiva macro de infravermelhos, a identificação do problema iria ser significativamente mais morosa. Seria necessário utilizar o MEV em todo o chip para encontrar o problema, o que poderia demorar horas em vez dos minutos dispensados com uma objetiva macro de 25 mícrones.

O valor de uma perspetiva macro ao longo do ciclo do produto

Uma vez que uma objetiva macro de infravermelhos de 25 mícrones consegue focar com tanta precisão estes pequenos alvos, é também extremamente relevante para analisar:

  1. Integridade/qualidade do material
    Uma objetiva macro de infravermelhos de 25 mícrones apresenta padrões térmicos que podem indicar disjuntores, falhas de correspondência de redes diagonais ou outras condições não uniformes. Anomalias térmicas consistentes em várias amostras podem indicar defeitos de fabrico.
  2. Parâmetros de desempenho do material
    Todos os materiais e componentes têm especificações operacionais, como um intervalo de temperatura e humidade. Os padrões térmicos indicam se o desempenho de um componente ou material é o previsto de acordo com as condições especificadas. A possibilidade de encontrar diferenças de calor entre os detalhes de 25 mícrones pode ajudar a detetar potenciais avarias em componentes de dimensões quase microscópicas.
  3. Ciclo de vida e fiabilidade do material
    Captar padrões térmicos de materiais durante um longo período de teste com uma objetiva macro pode ajudar os engenheiros de I&D a determinar a vida útil prevista de um componente e a identificar áreas de preocupação que possam provocar uma avaria prematura.