Využití termografie jako nástroje kontroly při výrobních procesech v železárnách

Využití termografie jako nástroje kontroly při výrobních procesech v železárnách Viktor Mácha / www.viktormacha.com

Článek popisuje obecné možnosti využití termografických systémů a termokamer pro oblast průmyslových automatizací s bližším popisem technického vybavení. Součástí je rovněž vysvětlení nutnosti vytvoření vlastních individuálních softwarových řešení pro danou problematiku, včetně zohlednění zákonitostí bezkontaktního měření a vyhodnocování.

Úvod

Termografické systémy a přenosné termokamery jsou v dnešní době nedílnou součástí různých odvětví údržby ve všech výrobních firmách, železárny, ocelárny, kovárny a hutě nevyjímaje. Velký rozmach zažívá v poslední době termografie rovněž v automatizovaných procesech a oblasti strojového vidění. V těžkých provozech jsou termografické kamery součástí stálého monitoringu technologií, čímž významně přispívají ke zdokonalování kvalitativních parametrů výrobků a optimalizaci výrobních procesů. Obecně lze říci, že termokamery rozšiřují možnosti nedestruktivního testování a on-line monitorování v různých oblastech průmyslu. 

  1. Kontrola povrchové kvality v procesu válcování bezešvých trub za tepla

Požadavkem několika norem na kvalitativní parametry bezešvých trubek je mimo jiné také povrchová kvalita – vady. Příčiny povrchových vad při procesu děrování nelze bez důkladného metalografického rozboru určit, navíc jsou při procesu tváření za tepla, kdy se povrchová teplota předvalku pohybuje okolo 1100 °C, pouhým okem téměř neodhalitelná. Relativně viditelné jsou šupiny nebo přeložky, avšak trhliny zahlédnout nelze. Donedávna bylo možné vyhodnocovat kvalitu vnějšího povrchu předvalku jen za studena ultrazvukem nebo metalograficky.

Řešením je technologie termografického záznamu termokamerou s následným hodnocením pomocí speciálního softwaru. Tím je možné zjistit kvalitní teplotní obraz po celé délce provalku, který může být narušen místní nehomogenní deformací během procesu děrování nebo nehomogenním ohřevem. Dále je možné zohlednit kvalitu děrování a procesů při výrobě vstupního materiálu včetně jeho ohřevu a nepřímo posoudit kvalitu toku materiálu v soustavě pracovních válců a děrovacího trnu.

Obr. 1 Termokamera umístěná v krytu (vlevo) a výstup z termokamery (vpravo)

 

Hardwarem systému je stacionární termokamera FLIR A615 disponující rozlišením detektoru 640 × 480 bodů a objektivem 25°, což poskytuje prostorové rozlišení 1,3 × 1 m (velikost pixelu 2 × 2 mm) na měřicí vzdálenost 3 m. Kamera je umístěna ve velmi odolném krytu se vzduchovým chlazením a třídou krytí IP65, tedy přizpůsobeno složitým okolním podmínkám. Komunikace je zajištěna pomocí ethernetového připojení 1 GB se 16bitovým streamováním obrazu v reálném čase do PC.

Software tvoří aplikace vytvořená na míru dle požadavků operátorů a samotné technologie IronWorks. Mezi hlavní funkce patří detekce povrchových vad válcovaných předvalků s místní změnou teplotního pole a následná archivace naměřených hodnot a sekvencí. Využívány jsou pokročilé metody pro analýzu termografického videa, např. lokalizace vady pomocí vzdálenosti od počátku předvalku, velikost plochy vady, včetně výšky a šířky, hraniční teploty oddělující teplotu vady a teplotu standardního povrchu atd.

Software IronWorks se skládá z několika aplikací pro přehrávání záznamů, editaci, archivaci a samotnou analýzu zaznamenaných sekvencí. Systém umožňuje nastavení a tvorbu různých konfiguračních algoritmů, díky nimž je možné přenastavovat celý systém na různé vstupní materiály (rozměry vstupů, typ trnu, otáčky, rychlost posuvu atd.).

Obr. 2 Uživatelské prostředí IronWorks

 

  1. Kontrola povrchové kvality v procesu zušlechťování (kalení) řetězů

Při výrobě řetězů více než kde jinde platí, že celková kvalita výrobku, tedy řetězu, je dána kvalitou jeho nejslabšího článku. Nároky na pevnost jsou i zde popisovány normami, a proto je pro docílení vysokých standardů a požadavků na vyrobené řetězy opět nejvhodnějším řešením termografie. Termokamery provádějí kontinuální měření teploty povrchu řetězů v korelaci s předepsanou třídou pevnosti při indukčním ohřevu, aby zachytily teplotní poměry řetězů při vstupu a výstupu z kalicí lázně. Na obou měřicích místech jsou porovnávány teploty ramen ok řetězu při přímém pohledu kamery a rovněž při zachycení maximální teploty a monitorování teplotní stálosti v průběhu vedení řetězu do kalicí lázně v korelaci s vlastním nastavením induktoru. Také v této aplikaci jsou využívány stacionární termokamery FLIR typových řad A3xx nebo A6xx, a to především díky kvalitnímu optickému rozlišení (detektor s objektivem) a vynikající teplotní citlivosti, které zachycují i nepatrné teplotní změny. Hardware je pak podpořen adekvátní softwarovou aplikací, převážně vytvořenou na míru dle aktuálních potřeb provozu a operátorů.

Obr. 3 Termokamery FLIR A3xx (vlevo) a FLIR A6xx (vpravo)

 

Obr. 4 Termogram řetězu při výstupu z induktoru ohřevu na popouštění

 

Obr. 5 Grafický výstup měřicích funkcí z termogramu na předchozím obrázku

 

  1. Závěr

Kontrola procesů výroby se neobejde bez měření teploty nebo určování tvaru a stavu určitého výrobku. Získávaná data jsou využívána nejen pro kontrolu stávajícího procesu, ale rovněž pro zdokonalování výroby a dosahování vyšší kvality produkce. Veškeré tyto požadavky splňují správně navržené termografické systémy, které je nutné sestavit z vhodného hardwaru přímo na danou aplikaci s konkrétním místem měření a také ze softwarového řešení, které se vždy musí vytvořit na míru dané aplikaci a požadavkům na vyhodnocování. Teprve poté je možné uvažovat o automatizovaném systému, který splní požadavky na zdokonalování procesů výroby v těsné korelaci s tlakem na snižující se náklady.

V hutích, železárnách a dalších těžkých provozech jsou automatizované systémy termokamer nutností, zejména pro ucelenost získaných informací a schopnost přesně detekovat a následně vyhodnotit potenciální závadu. Přestože se jedná o citlivé systémy, je možné je velice snadno přizpůsobit složitým podmínkám a využívat vysoký potenciál termokamer. Výsledkem jsou další důležité doplňující informace o aktuálním stavu výroby a procesu zpracovávání materiálu. 

Autorem článku je Ing. David Kuboš ze společnosti “TMV SS“, spol. s r. o. Studánková 395, 149 00 Praha 4 – Újezd, tel.: +420 272 942 720, fax: +420 272 942 722, e-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Recenzent: Jiří Figura, Třinecké železárny, a. s., Třinec, certifikovaná osoba na funkci Technik diagnostik termografie – kategorie I

Řízení a údržba průmyslového podniku

Časopis Řízení a údržba průmyslového podniku již přes 10 let patří mezi neodmyslitelný zdroj informací v oblasti průmyslové údržby a diagnostiky. Část obsahu je z pera licenčních autorů Plant Engineering z USA.

www.udrzbapodniku.cz