JU UNIVERZITET U TUZLIMASINSKI FAKULTET ODSIJEK:PROIZVODNO MASINSTVO Seminarski rad iz Masinske vizije Tema: Termovizija Cerkezovic Armin ProIesor: Dr.sc. Salko Cosic.doc Broj indeksa: II-244/07 2 &vod Tek 1960. godine pojavio se prvi komercijalni termograIski sistem koji je davao sliku u realnom vremenu i predstavljao je osnovu za razvoj novih metoda kontrole pri odrzavanju i metoda mjerenja temperaturnih polja neophodnih u pojedinimistrazivanjima. Mogucnost beskontaktnog i daljinskog snimanja ukupnog temperaturnog polja povrsine posmatranog objekta daje ogromne prednosti u odnosu na klasicne nacine odredivanja temperature.Razvijaju se metode za primjenu termovizije u masinskim disciplinama koje se zbog svoje primjenljivosti cesto koriste i interdisciplinarno.Danas naucnjaci koriste moderne IC sisteme kojima sumogucnosti istrazivackograda bitno poboljsane.Rjesavanja problema vodenja ili prijelaza topline u nekim je slucajevima olaksano primjenom termovizije u kombinaciji s numerickim metodama. Preko snimljenih termograma i postavljenih matematickih modela moguce je dobiti temperaturnu raspodjelu unutar tijela ili koeIicijente prijelaza topline na povrsini posmatranog tijela.Potrebno je puno eksperimentalnog rada da bi se dobili kvalitetni izrazi za odredivanje koeIicijenta prijelaza topline. 2 Termovizija Termovizija (od grcke rijeci termo - toplo i latinskog glagola video, videre - vidjeti, gledati, u bukvalnom prevodu: gledanje toplote, je sistem snimanja toplote objekata. 2Termovizijsko snimanje Termovizijsko snimanje predstavlja nekontaktni metod kojim se u djelicu sekunde registruje emitovanje toplote, odnosno inIracrveno zracenje. Sva tijela emituju inIracrveno zracenje, pa cak i led.Pracenje emitovanja tih zracenja naslo je siroku primjenu za pracenje razlicitih pojava u razlicitim oblastima ljudskog djelovanja, kao sto su elektronika, masinstvo, gradevinarstvo i arhitektura, ali i u medicini. U gradevinarstvu se ovaj metod koristi da bi se identiIikovala ,losa mjesta, kao i da bi se dala gruba procjena gubitka toplote. Kamere za termovizijsko snimanje su po spoljasnjem izgledu slicne Iilmskim kamerama, ali su posebno prilagodene da ,vide onaj dio inIracrvenog spektra koji je za ljudsko oko nevidljiv, te se zato nazivaju jos i inIracrvenim kamerama. 22itanje termograma (termo slika) Termovizijske IotograIije privlace paznju zbog svojih zivopisnih boja i cinjenice da prikazuju svijet koji je ljudskom oku nedostupan. Ipak, njihova svrha je da realno prikazu postojece stanje emitovanja toplote, a tek nakon njihove obrade mogu se izvoditi zakljucci. Svaki termogram predstavlja sliku za sebe, jer poseduje sopstvenu paletu boja, i dva termograma se ne mogu porediti po bojama, cak i u slucaju kada se radi o istim objektima. Stoga, uz svaki termogram mora postojati skala boja, koja boje dovodi u vezu sa temperaturom. Da bi se precizno mogle odrediti temperature, termovizijska kamera sacinjava i temperaturni dijagram koji prikazuje promjenu temperature na objektu i to samo duz linije koja je povucena na termogramu. Sto su boje ujednacenije na termogramu, to je ujednacenije predavanje toplote, i obrnuto. Da bi se ustanovila okvirna mjera kolicine toplote potrebno je uzeti u obzir razliku izmedu spoljasnje i unutrasnje temperature zida i vazduha (spoljasnji i unutrasnji snimak). Svjetlije i toplije boje (zuta, crvena) ukazuju na toplija mesta, a tamnije i hladne boje (plava, ljubicasta) na hladna mesta. 2Termovizijski uredaj Termovizijski uredaji su nastali zbog potrebe povecanja eIikasnosti pri posmatranja nocu i u uslovima smanjene dnevne vidljivosti ili losih vremenskih prilika. Prva ispitivanja senzora koji mjere sopstvena zracenja pozadine i objekta vezana su za eksperimente u IR (InIra Red) dijelu spektra jos 1900.godine. Prve upotrebe IR senzora u vojne svrhe zabiljezene su u Prvom svjetskom ratu, detektovanjem aviona na rastojanju od 1,5 km, a covjeka na 0,km. Brz razvoj IR sistema izmedu dva rata doveo je do njihove velike upotrebe u Drugom svjetskom ratu. Razvoj tehnologije je omogucio dobijanje IR slike na osnovu zracenja daleke 1919. god. a tek oko 190. godine razvijeni su prvi uredaji za posmatranje zracenja u IR obimu. Tokom ranih sezdesetih godina proslog vijeka poceo je razvoj uredaja koji su sposobni da detektuju vidljivu svjetlost niskog intenziteta (mjesecev sjaj, zvijezde) uz primjenu pojacivaca svijetlosti, do korisnog upotrebljivog nivoa za ljudsko oko. Ovi sistemi rade na detekciji reIlektovane radijacije izvora niskog intenziteta. Spektralna osjetljivost je bila ogranicena na vidljivi dio spektra a povecanje granicne talasne duzine osjetljivosti omogucilo je rad u podrucju (0,9 m). Tako su nastali multispektralni skeneri koji daju IR sliku terena iz vazduha. Razvijene su diode koje detektuju nizak nivo termalne radijacije. 4 Tako je nastao uredaj za termovizijsku sliku, koja se Iormira na osnovu sopstvenog zracenja objekta. Zracenje terena u IR dijelu spektra zavisi od temperature objekta i pozadine, vrste i Iizickog sastava objekta i okoline, kao i zracenja sunca. IR senzori na principu linijskog skeniranja, imaju uglavnom dva obima rada: - od -5 m (nizi obim), i obim - od 8-14 m (visi obim). Pri prostiranju kroz atmosIeru slabljenje elektromagnetnih talasa je selektivno u odnosu na talasne duzine i sastav atmosIere. Prijemna optika ima zadatak da sakuplja elektromagnetnu energiju i usmjerava je na detektor. Svaki objekat na temperaturi iznad apsolutne nule (-27 0C) emituje termalnu energiju u inIracrvenom regionu elektromagnetnog spektra, ali njen veliki dio biva rasijan i apsorbovan u atmosIeri. U okvirima ovih prozora apsorpcija je minimalna i u njima se vrsi detektovanje i pracenje. Detekcija i pracenje objekata u ovim dugo talasnim regionima se zasniva na mjerenjima temperature i emituje se izmedu objekata i pozadine. Kljucna kola u ovim mjerenjima su kvantni detektori. Kvant je odredena kolicina energije na datoj talasnoj duzini i kvantni detektor je sklop koji prima kolicinu toplote kvanta. Najzastupljeniji materijal je kadmijum merkuri telurid (CMT-Cadmium Mercury Telurid), koji mjenja elektricnu otpornost kada primi kvant toplote. 2snovne tehnike formiranja termalnih slika Slika nastala termovizijskim sistemom predstavlja objekte i scenu u kojima je kontrast slike rezultat zracenja i emisivnosti tijela na razlicitim temperaturama objekta i pozadine. Sam proces stvaranja termalne slike se razlikuje od nacina Iormiranja slike u vidljivom dijelu spektra. Termalno zracenje zavisi samo od temperature i emisivnosti tijela i ako je temperatura tijela veca od apsolutne nule (-27.160C) po teorijskom modelu zracenja crnog tijela, elektromagnetni spektar teorijski obuhvata sve talasne duzine. Medutim, u praksi objekti se nalaze na pozadini koja mijenja njihovu temperaturnu signaturu, i objekti ne zrace kao idealna crna tijela. Ove cinjenice ukazuju da termalna slika nosi vise inIormacija nego standardna slika u vidljivom dijelu spektra, dobijena procesom reIleksije zracenja izvan samih objekata. Svi postojeci termovizijski senzori mogu se razvrstati po principu rada na dvije osnovne vrste. To su: termovizijski sistemi sa linijskim skeniranjem (IRLS- InIra Red Line Scaning) i termovizijski sistemi sa detektorima u Iokusnoj ravni (FPA-Focal Plane Array). Formiranje termalne slike, posmatrano sa tehnoloskog aspekta, prolazilo je kroz cetiri osnovne Iaze. U samom pocetku inIracrveni lik objekta se Iormirao koristenjem inIracrvenog detektora sa hladenjem. 5 OdraznasliciseIormiraokretanjemskenirajucegogledalapohorizontalnojivertikalnoj ravninakojipada IRzracenje saterena,analizirajucijedanpojedanelementslike. ReIlektujuci se od ogledala, IR zracenje prolazi kroz optiku i pada na diskretni detektor. Ova vrstadetektoranazvanaje elektomehanickimskenerima.FotoprovodnikCMTjeveoma osjetljivmaterijalzadetektoreiradinaveomaniskimtemperaturama,gdejeodnos signal/sumvisok.Potrebnojedasedetektorhladinatemperaturioko80K.Njegova konstrukcijazavisiodmetodehladenja,kaostojetermoelektricna(Jull-Thompson)ili koristenjemmotorasazatvorenimciklusomhladenja,naprimjerkoristenjemprincipa Stirlingovogciklusa. Pojavomlinijskihdetektora, preslosena skeniranjemetodomlinijapo linija(linijskiskeneri).Ovdesevrsiskeniranjeterenalinijomodndetektorskihelemenata. Jednoelementni CMTdetektor sekoristizaIormiranjeslikemalombrzinom.Usistemima koji rade sa brzinom od 25 Ips (Irame Ier second), i tamo gde je potrebna velika rezolucija u realnomvremenu,koristi sedetektorskiniz. Elemenatdetektorskogniza seoptickiskenirai stvarasliku.Nedostatakovihmetodaskeniranjajeslozenostelektronskihuredajapotrebnih zaobradusignala.Uposlednjevremepojavomtzv. SPRITE (SignalProcessingInThe Element) detektora, kao jedne vrste linijskih rednih skenera, postize se bolji kvalitet slike, uz manjucijenuivecubrzinurada.OvakavnacinIormiranjatermalneslikenazvan je elektromehanicki.Uovojmetodi,josuvekpostoji skenirajuceogledalokojeseokrecepo horizontalnoj i vertikalnoj osi. SPRITE detektori predstavljaju specijalnu vrstu termovizijskih senzora koja je zasnovana na principu linijskih rednih skenera. U SPRITE detektoru svaki red "in-line"elementa slike se Iormira iz jedne trake CMT elementa. Drugim recima detektorski nizIotoosetljivihdiodazamjenjenjeekvivalentnomIotoosetljivomtrakom.Sistemiza IormiranjetermalnihslikasaSPRITEdetektorimasumanjekompleksniaviseeIikasniod "in-line"detektorskihsistema.Dimenzijekvantnogdetektorasuogranicenekompromisom izmedusmanjenjaIaktoratermalnogsumaicijenematerijala.Pojavomtakozvanog mozaicnogsistemazaIormiranjetermalneslike,nanajbrzinacinsedolazidoinIracrvene sliketerena,bezskenirajucihelemenata.Poslednjedvijemetodekoristesepored standardnih sociva i objektiva, kolimator i svetlosni disperzer. 6 !rimjena termovizije Termovizija je posebna primjena inIracrvene termograIije kada nije potrebno precizno izraziti temperaturne vrijednosti snimanog objekta vec samo prikazati njegovu ic sliku. Ovakve ic uredaje koristi vojska, policija vatrogasne jedinice.IC uredaji termovizije koriste se kao zemaljski stacionarni ili mobilni, koji mogu biti ugradeni u posebno opremljena vozila. Upotreba termovizijskih uredaja iz zraka posjeduje velike mogucnosti. Termovizijom se prate pozari i pozarista, osobe zarobljene u pozarom zahvacenom objektu, prati se promet iz zraka, nocna oku nevidljiva nezeljena kretanja, kontrolira se sigurnost drzavnih granica i objekata.!rimjena u masinstvu Osiguranje proizvodnog procesa u pogonu bez zastoja 24 sata na dan, 65 dana u godini, izbjegavanje skupih kvarova, poboljsanje pouzdanosti kompletnog sistemato su danasnji zahtjevi ili problemi moderne proizvodnje.Kako bi osigurale neprekidnu operativnost pogona, mnoge su se industrijske grane odlucile na izradu programa preventivnog odrzavanja predvidanjem.Jedan od najdragocjenih dijagnostickih alata u programima za predvidanje odrzavanja je inIracrvena termograIija.U mnogim industrijskim granama mehanicki sistemi su osnov svih operacija.TermograIski podaci mogu biti neprocjenjivi izvori komplementarnih inIormacija pri analizi vibracija kod proucavanja mehanicke opreme.Obicno kada se mehanicke komponente istrose i postanu manje ucinkovite, temperatura im raste iz minute u minutu. Kao posljedica toga temperatura na neispravnoj opremi ili sistemima narasti ce prije nego sto dode do samog kvara.Tipicni primjeri mehanickih kvarova koji se mogu otkriti pomocu inIracrvene termograIije su pregrijani motori, tockici, preopterecene pumpe, pregrijane osovine motora, vruca lezista.Pomocu automatske detekcije najosjetljivijih mjesta i preklapanju preko ispravnog prikaza mozemo lako usporediti temperature razlicitih motora, a onda zapoceti daljnja ispitivanja pregrijanog motora.Da bismo obavili potpunu inIracrvenu provjeru pokretne opreme prikaz se treba skenirati na Irekvenciji od 50 herca. Skeniranja na nizim Irekvencijama daju nejasnu inIracrvenu sliku.Mehanicki sistemi ce se pregrijati ukoliko na nekom mjestu u sistemu dode do razdesenja. Zahvaljujuci karakteristici ic opreme, kao sto je linijski proIil , moze se odmah vidjeti postoji li kakav problem.Pokretne trake su jos jedan primjer mehanickog pogonskog stanja. Ukoliko je neki od lezajeva istrosen jasno ce se vidjeti na inIracrvenom zapisu, pa se jednostavno njegovom zamjenom ponovno postize uredno stanje prijenosa. Bilo da je podrucje vaseg interesa ispitivanje elektricnih instalacija, mehanicke opreme, vatrostalne opreme ili opreme za cjevovode, detekciju baklji i razine rezervoara, te puno, puno vise, inIracrvena termograIija savrseni je alat za nadzor predvidanja odrzavanja. Na slikama su prikazani primjeri iz prakse. 7 spitivanje temovizijom obuhvacaVN postrojenje Spojevi provodnih izolatora, spojevi sabirnica, spojevi sabirnica i uredaja, spojevi kablova i uredaja, unutarnji kontakti malouljnih prekidaca, zagrijavanje osiguraca, dosjedi rastavljaca, nepravilna zagrijavanja SMT i NMT-a, parcijalna izbijanja na izolatorima, kablovima i kablovskim glavama, slabo presane stopice kablova. TransIormatori Parcijalna izbijanja na VN strani, Spojevi na VN i NN dijelu, Spojevi stezaljki i provodnih izolatora, unutarnji spoj provodnog izolatora, spoj uzemljenja, zagrijavanje kucista, nepravilno hladenje, spojevi sabirnica. NN razvod Spojevi sabirnice ili kablova na sklopku, osigurace, SMT, stopice kablova, unutarnji kontakti sklopki, dosjedi osiguraca, kablovske glave. 8 Kompenzacija Spojevi kablova na sklopnike i postolja osiguraca, unutarnji kontakti sklopnika, dosjedi osiguraca, zagrijavanje osiguraca, pregoreni osiguraci, kontakti bimetala, stopice kablova, spojevi sa baterijama, baterije. Razvodni ormari Redne stezaljke, spojevi na uredaje, grebenaste sklopke, stopice kablova, bimetali, sklopnici, sklopke, razne izvedbe postolja osiguraca, releji, SMT, inverteri, zagrijavanje kablova, nedovoljna ventilacija. Sinski razvodni ormari (zagrijavanje kucista i kablova). MEHANIKA Elektro-motori (pumpe) - Zagrijavanje kucista motora, lezajevi elektromotora, razvodna kutija motora,- Spojke, reduktori, ventilatori, remenice,- Termo izolacija kotlova, cijevi- Puknuca cijevi- Zagrijavanja u procesu ( temperaturne raspodjele) Izvjestaj sacinjava: - Popis pregledane opreme- Sazet popis svih kvarova i preporuke- Pojedinacni izvjestaj za svaki kvar, sumnju ili reIerentni primjerak Pojedinacni izvjestaj sadrzi: - Termovizijsku i realnu sliku- Lokaciju kvara, opis kvara- Nominalna i trenutna struja uredaja- Temperaturna razlika u odnosu na reIerentnu temperaturu pri trenutnom opterecenju i pri nominalnom opterecenju i na temelju toga preporuku o hitnoci- Mjesto za biljeske o izvrsenoj sanaciji 9 10 akljucak Cilj ovog rada je bio upoznavanje sa disciplinom termovizije, upotrebom opreme za termoviziju. Iz rada je moguce zakljuciti svrhu, nacin primjene, mjesta primjene, razloge upotrebe i olakssanja koja nam se pruzaju pri primjeni opreme za termoviziju. Razmotrena je i primjena termovizjie u praksi. Jako bitna cinjenica je da treba imati sposobnosti i steceno iskustvo za citanje termograma. U odrzavanju sistema termovizija ima jako bitnu ulogu. 11 iteratura O http://www.huict.hr/index.php?pageinIrared O http://sr.wikipedia.org/sr/Termovizija#Termovizijskosnimanje O http://www.inmes.hr/main.aspx?contentservice 12 Sadrzaj 1.Uvod..................................2 2.Termovizija................................2 2.2.Termovizijsko snimanje........................ 2..Tumacenje termograma (termo slika).................... 2.4.Termovizijski uredaj........................... 2.5.Osnovne tehnike Iormiranja termalnih slika................4 .Primjena termovizije............................6 .1.Primjena u masinstvu.........................6 4.Ispitivanje temovizijom obuhvaca ......................7 5.Zakljucak.................................10 6.Literatura................................11 7.Sadrzaj.................................12