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Bild: icarmen13, iStock; Optris
Thermometer und Kameras

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Berührungslos Temperatur prüfen mit Infrarot

Text: Norman Rönz, Optris
Beim Arbeiten mit Metall hängen nicht nur Prozesse, sondern die Ergebnisqualität davon ab, dass die richtige Temperatur eingehalten wird. Dafür haben sich berührungslos messende Infrarot-Thermometer und -Kameras als Messtechnik durchgesetzt.

Ursprünglich wurde ein tragbares Handthermometer genutzt – später etablierte sich das stationäre Pyrometer, das auch heute noch im Einsatz ist. Mittlerweile erobern spezifische Infrarotkameras mit entsprechendem Hochtemperaturzubehör den Markt. Die Optris PI 1M wurde speziell für Temperaturmessungen an Metallen konzipiert, da diese bei der kurzen Messwellenlänge von 1 μm einen höheren Emissionsgrad aufweisen als beim bisher üblichen Wellenlängenbereich von 8 bis 14 μm. „Speziell die Fertigung hochfester Hightech-Stähle erfordert eine exakte Temperaturmessung“, erklärt Dr. Ulrich Kienitz, Geschäftsführer bei Optris. Da Stahl unter hohen Temperaturen hergestellt wird, kommt deren Überwachung bei der Verarbeitung eine große Bedeutung zu. Sie dient nicht nur zum Erzeugen hochwertiger Produkte, sondern auch dazu, Mensch und Maschine zu schützen, indem mögliche Schwachstellen rechtzeitig erkannt werden.

Unterbrechungsfrei messen

Die kompakte Kamera bietet einen durchgehend nutzbaren Temperaturbereich von 450 bis 1800 °C. Sie kann damit in fast allen Prozessen der Stahlherstellung und -weiterverarbeitung eingesetzt werden. Ihr CMOS-Detektor hat eine maximale Auflösung von 764 x 480 Pixel bei einer Bildfrequenz von 32 Hz. Diese Auflösung erlaubt die Montage der Kamera in sicherer Distanz zum heißen Messobjekt und liefert trotzdem exakte Temperaturwerte. Sollen sehr schnelle Prozesse überwacht werden, lässt sich die Auflösung der Kamera umschalten. Sie erreicht bei 72 x 56 Pixel eine Abtastfrequenz von 1000 Hz. „Damit und mit der möglichen direkten analogen Ausgabe der Temperatur des Mittelpixels mit einer Einstellzeit von 1 ms in Echtzeit, kann die Kamera auch als schnelles Pyrometer betrieben werden“ erläutert
Torsten Czech, Produktmarketing Manager bei Optris.

Mehrfeldmessungen

Der Strangguss ist ein Verfahren, um symmetrische Voll- oder Hohlgussstücke sowohl diskontinuierlich als auch kontiniuerlich herzustellen. Dabei wird das flüssige Metall durch wassergekühlte Kokillen gegossen und der Strang mit einer Geschwindigkeit abgezogen, die der Erstarrungsgeschwindigkeit entspricht. Der wichtigste Parameter beim Stranggießen ist die Einhaltung der Prozesstemperaturen an der Auslaufstrecke, damit der Stahl in einer homogenen Legierung erstarrt. Je nach Entfernung und Bildwinkel des verwendeten Kameraobjektivs können mehrere Stränge in der Auslaufzone gleichzeitig überwacht werden. Die Kamera erfasst in Verbindung mit der Software PI Connect die Hot Spots auf allen vier Strängen und ermöglicht damit eine automatische Prozess- und Qualitätskontrolle. Über die Analogausgänge der Kamera können Abweichungen im Temperatursollprofil direkt an eine Prozesssteuerung übergeben werden, um entsprechende Reaktionen einzuleiten.

Wandernder Hot Spot

Beim alles entscheidenden Abgießen des flüssigen Stahls sammelt sich an den Rändern des Ausgusses Schlacke, die langsam erstarrt. Misst man in diesem Bereich mit einem Pyrometer die Temperatur, bekommt man nach einiger Zeit falsche Temperaturwerte, da das Pyrometer immer auf den selben Messpunkt ausgerichtet ist und die Schlacke die Hot Spots mit der Zeit verdeckt. Die Wärmebildkamera ermöglicht auch dann eine exakte Messung der Stahltemperatur, wenn der Hot Spot wandert.

Prüfung beim Strangguss

Um im Anschluss an den Strangguss die notwendige Festigkeit zu erreichen, wird der Strang in bis zu zehn Durchgängen gewalzt. Der Guss muss makellos sein, um der späteren Belastung zu widerstehen. Hier kann die Wärmebildkamera mit ihrem 2D-Messfeld einen weiten Bereich des Strangs erfassen. Bei einer von drei durchzuführenden Messungen steht die Kamera senkrecht über dem Profil. In den Thermografiebildern sieht man die Lage der Messbereiche und Fehler im Material. Werden diese während der Produktion nicht erkannt, kann das durch spätere Beanspruchung schnell zu einem Bruch führen.

Cool bleiben

Um die Pyrometer und Wärmebildkameras vor der extremen Hitze zu schützen, entwickelte Optris mit dem CoolingJacket Advanced ein neues Kühlgehäuse für Umgebungstemperaturen von bis zu 315 °C. Damit lässt sich das Gehäuse wahlweise mit Luft oder Wasser kühlen. Für den Schutz der Optik stehen ferner verschiedene Schutzfenster und -gitter zur Verfügung.

Mit ihrer spektralen Empfindlichkeit von 1 µm kann die Wärmebildkamera selbst durch die Fenster des Leitstandes hindurch messen. Mit vielen Schnittstellen integriert sie sich leicht in Netzwerke und Steuerungssysteme moderner Fabriken und erfüllt somit die Anforderungen von Industrie 4.0 an intelligente Geräte.

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