Termowizja - Niezwykłe możliwości podczerwieni

-- niedziela, 20 październik 2013

Obszar zastosowań kamer termowizyjnych nieustannie się rozszerza. Termowizja jest obecnie niezastąpiona w każdej sytuacji, w której istotny jest rozkład temperatury. Dzięki temu, że badania termowizyjne są bezinwazyjne i bezdotykowe, mogą być stosowane praktycznie w każdej dziedzinie życia, skutecznie zapobiegając poważnym awariom i stratom finansowym.

Sektor kamer termowizyjnych rozwija się bardzo dynamicznie. Koniunkturę napędza popularyzacja badań termowizyjnych zapewniających szybkie wykrycie anomalii temperaturowych oraz trafną ocenę stanu diagnozowanych obiektów. Coraz niższe ceny kamer skutkują sukcesywnym powiększaniem się grona użytkowników.

Specyfika rynku

Największą konkurencją na rynku kamer termowizyjnych odznacza się segment małych matryc, które ze względu na przystępną cenę są najczęściej wybierane przez klientów. Z obserwacji Macieja Ochockiego, inżyniera sprzedaży z firmy VIGO System, wynika, że w sektorze kamer termowizyjnych o większych rozmiarach matryc konkurencja nie jest tak bardzo odczuwalna. W grupie firm mających w ofercie matryce pomiarowe o wielkości 640×480 pikseli znajdują się obecnie tylko nieliczni.

Ze względu na różnorodność zastosowań oferowane przez wielu dostawców kamery termowizyjne, oprócz wspomnianej rozdzielczości matrycy, mogą różnić się takimi parametrami, jak czułość, rozdzielczość termiczna czy rodzaj zastosowanego detektora. W przypadku takich odbiorców jak przemysł czy nauka zastosowanie znajdują głównie zaawansowane kamery z niechłodzonymi detektorami mikrobolometrycznymi. Natomiast np. w różnego rodzaju laboratoriach najczęściej można spotkać kamery z detektorami chłodzonymi. Ponadto kamery mogą występować jako urządzenia stacjonarne lub przenośne. Te ostatnie są najczęściej wykorzystywane w najbardziej popularnych obszarach, takich jak energetyka, przemysł i budownictwo.

– Rozwój rynku jest ściśle związany ze świadomością użytkowników. Im więcej wiedzą o termowizji, tym chętniej inwestują w sprzęt. Hamulcem w warunkach polskich jest cena – wielu potencjalnych klientów po prostu nie stać na zakup sprzętu, choć oceniają jego przydatność wysoko – tłumaczy Maciej Ochocki. Natomiast czynnikami sprzyjającymi rozwojowi rynku jest świadomość zalet cechujących te urządzenia oraz korzyści płynących z ich stosowania. Do najważniejszych z nich należą: bezkontaktowe działanie kamery (operator pozostaje w bezpiecznej odległości) oraz działanie w czasie rzeczywistym (szybkie sprawdzanie stanu maszyny/instalacji).

Zdaniem eksperta z firmy VIGO System dodatkowymi czynnikami napędzającymi rynek jest zmiana prawa wymagająca certyfikacji energetycznej, która powoduje, że powstaje wiele firm posiadających kamerę oraz wykonujących audyty energetyczne. Ponadto nie bez znaczenia pozostaje fakt wspierania ze środków unijnych projektów edukacyjnych, co pozwala na zaopatrzenie się uczelni w wysokiej jakości sprzęt pomiarowy. Nie można również zapominać o coraz większej świadomości użytkowników w kwestii zagrożeń wynikających z braku diagnozy wzrostu temperatury, co może skutkować pożarem.

Przyjrzyjmy się teraz głównym graczom obecnym na naszym rynku. Firmami, które zdominowały rynek kamer termowizyjnych są niewątpliwie FLIR Systems oraz Fluke. FLIR Systems to światowy lider w produkcji i sprzedaży kamer, który od ponad 50 lat dostarcza rozwiązania termowizyjne do ok. 60 krajów na całym świecie (w tym również do Polski). Natomiast firma Fluke, powstała w 1948 r., jest obecnie światowym liderem w produkcji i dystrybucji elektronicznych przyrządów diagnostycznych i oprogramowania. Warto dodać, że wielu dystrybutorów działających na polskim rynku ma w ofercie kamery termowizyjne wymienionych firm.

W ścisłej czołówce firm specjalizujących się w urządzeniach kontrolno-pomiarowych znajduje się również niemiecka firma Testo, która od wielu lat odnosi sukcesy w sprzedaży.

Nie można także pominąć firmy VIGO System, która od kilkunastu lat zajmuje czołową pozycję na światowym rynku niechłodzonych detektorów fotonowych średniej i dalekiej podczerwieni, znajdujących zastosowanie w przemyśle, medycynie, w pracach badawczych oraz technice wojskowej. Oprócz detektorów podczerwieni firma ma w ofercie również kamery termowizyjne oraz systemy pomiarowe.

Z kolei firma Sonel jest polskim producentem wysokiej jakości przyrządów pomiarowych dla elektroenergetyki i telekomunikacji. W szerokim asortymencie firmy znajdują się również kamery termowizyjne.

Specyfiką polskiego rynku jest obecność wielu dostawców, w ofercie których kamery termowizyjne stanowią jedynie część asortymentu, rozszerzonego na inne urządzenia pomiarowe. Natomiast dostawcy specjalizujący się w sprzedaży kamer termowizyjnych nadal należą do rzadkości. Przykładem jest chociażby Paweł Rutkowski (KameryIR), reprezentujący firmę FLIR.

Czynniki wpływające na wybór

Jakie są główne kryteria brane pod uwagę przy zakupie kamery termowizyjnej? Jak pokazuje wykres 1, czynnikami mającymi wpływ na wybór kamery są w głównej mierze: parametry techniczne, jakość urządzenia i łatwość użycia. W dalszej kolejności znalazły się cena i szybkość działania. W analogicznym badaniu ankietowym z 2012 r. wymienione czynniki również zostały wskazane jako jedne z najważniejszych, mających wpływ na decyzję zakupową, z tą różnicą, że kolejność wówczas przedstawiała się nieco inaczej. Za najistotniejszą została uznana łatwość użycia, w dalszej kolejności pojawiły się: jakość urządzenia, parametry techniczne, szybkość działania, a na końcu cena.

Z obserwacji Macieja Ochockiego wynika, że oczekiwania użytkowników kamer sprowadzają się głównie do niskiej ceny, wygodnej ergonomicznej obudowy, możliwości obsługi jedną ręką, niskiej masy oraz dobrego oprogramowania. Znaczenia nabierają takie ułatwienia, jak autofocus, zoom, współpraca z innymi urządzeniami pomiarowymi oraz odporność mechaniczna.

Bardzo ważnym parametrem technicznym jest wielkość matrycy detektora wyrażona za pomocą liczby pikseli. W kamerach termowizyjnych z wyższej półki używane są detektory o rozmiarze matrycy 640×480 lub 640×512 pikseli. Kamery średniej klasy mają detektory o wymiarze 320×240, natomiast kamery służące do powszechnego użytku dysponują detektorami o przykładowych wymiarach 240×180, 180×180 czy 180×120 pikseli.

Z tegorocznego sondażu wynika, że większość klientów (56%) najchętniej decyduje się na kamery o rozdzielczości 320×240 (wykres 2). Natomiast wybór co trzeciej osoby pada na kamerę mającą rozdzielczość 160×120. Mniej popularne (6% wskazań) są się kamery o rozdzielczości mniejszej niż 160×120. Warto dodać, że wśród odpowiedzi „inne” (5%), znalazły się kamery 640×480 i 140×140. Dla porównania w zeszłorocznej ankiecie największą popularnością cieszyły się kamery o rozdzielczości 160×120 (wskazane przez 45% respondentów) oraz o rozdzielczości 320×240 (42%).

– Najwięcej kamer wykorzystuje sektor energetyczny i tu kryterium jest jakość obrazu i dokładność pomiaru. W związku z tym najczęściej stosuje się tu kamery o średniej wielkości matrycy (np. 320×240 pikseli), które mają odpowiednią rozdzielczość termiczną. W budownictwie niestety królują kamery o małych matrycach, możliwie najtańsze. W utrzymaniu ruchu świadomość możliwości termowizji powoli rośnie i odbiorcy kierują się w stronę lepszych modeli – zauważa ekspert z VIGO System.

Praktyka pokazuje, że badania termowizyjne przeprowadzane w celu oceny stanu maszyn i instalacji, diagnostyki urządzeń oraz ogólnie utrzymania ruchu w zakładach przemysłowych są nadal najczęściej przeprowadzane przy użyciu najtańszych i najprostszych kamer, o małej rozdzielczości i pistoletowej budowie. Na radykalną zmianę tego stanu rzeczy trzeba niestety jeszcze trochę poczekać.

W kręgu badań termowizyjnych

Odpowiedzi udzielone przez ankietowanych wskazują, że w większości przypadków badania termowizyjne są wykonywane we własnym zakresie. Rzadko kiedy są one zlecane firmom zewnętrznym (wykres 3).

Oczywiście korzystanie z firm zewnętrznych ma swoje plusy i minusy. Przede wszystkim nie trzeba inwestować w urządzenie. Płaci się jedynie za wykonaną pracę. Istotne jest, żeby wybrać taką firmę, która ma odpowiednie doświadczenie. W przeciwnym razie są to wyrzucone pieniądze. – Trzeba pamiętać o tym, że jeśli ktoś wykonuje te same pomiary, to po kilku latach staje się ekspertem w swojej dziedzinie. Z drugiej strony trudno być ekspertem we wszystkich dziedzinach – zaznacza Ochocki.

Jak wynika z sondażu, podczas badania termowizyjnego przeprowadzanego we własnym zakresie najczęściej wykorzystywane są własne kamery. Jedynie co czwarty ankietowany deklarował, że używa do tego celu kamery niebędącej jego własnością.

Takie podejście jest ekonomicznie uzasadnione. Jeśli pomiary wykonywane są regularnie, lepiej mieć własny sprzęt. W przypadku pomiarów sporadycznych można kamerę wypożyczyć, ale trzeba pamiętać o dostosowaniu możliwości urządzenia do oczekiwanych wyników. Sam zakup czy wypożyczenie kamery nie rozwiązuje jednak wszystkich problemów. Kamera jest tylko narzędziem, które w rękach fachowca może ułatwić pracę. Natomiast w rękach amatora źle zinterpretowane wyniki pomiarów mogą wprowadzić wiele zamieszania.

– Jeśli chcemy sporadycznie korzystać z kamery termowizyjnej, to znacznie lepszym wyborem będzie skorzystanie z usług firmy posiadającej sprzęt dobrej klasy i wykwalifikowanego operatora – radzi Jarosław Knapek z firmy EC Test Systems.

Badania termowizyjne wykonuje się z różną częstotliwością, często – podczas przeglądów eksperckich. W zakładach grupy biorącej udział w sondażu badania mają miejsce najczęściej co miesiąc lub kwartał, ewentualnie co pół roku. Wszystko zależy od tego, co jest obiektem badania.

Zdaniem przedstawiciela firmy VIGO System w przypadku obiektów budowlanych badanie powinno się przeprowadzić przed każdą termomodernizacją oraz tuż po niej, w energetyce – co najmniej raz na kwartał, a w utrzymaniu ruchu – w zależności od stopnia zużycia maszyn i urządzeń.

Porozmawiajmy o usterkach

Kamery termowizyjne stosowane są do diagnozowania różnego rodzaju usterek. Zdaniem respondentów dzięki tym urządzeniom możliwe są m.in.: kontrola instalacji elektrycznych, diagnoza węzłów łożyskowych, diagnostyka baterii kondensatorów, wykrycie usterek kabli, przewodów i aparatów elektrycznych, ocena stanu izolacji, diagnoza szaf sterowniczych oraz maszyn (łożyska, silniki itp.), lokalizacja punktów o podwyższonej temperaturze w komorach transformatorowych oraz rozdzielniach SN i nn.

Oczywiście kamery termowizyjne doskonale sprawdzają się w wielu innych sytuacjach.

Według Macieja Ochockiego największą zaletą kamer jest to, że pokazują rozkład temperatury, czego nie potrafią pirometry. Ta informacja jest podstawowym źródłem wiedzy o stanie badanego obiektu. Ponadto dzięki nim możliwe jest przeprowadzenie badania zmian tego rozkładu w czasie, co często jest jedynym sposobem wykrycia usterki. Przykładem może być analiza uszkodzonych płyt z elektroniką. Po uruchomieniu takiej płyty widać najgorętsze punkty oraz zmiany rozkładu temperatury spowodowane nagrzewaniem się uszkodzonych elementów.

Za inny ważny atut kamer termowizyjnych można także uznać ich niską awaryjność. Według wskazań 81% respondentów kamery te są na tyle trwałe i bezproblemowe w eksploatacji, że do tej pory nie doszło ani razu do jakiejkolwiek ich awarii. Tego samego zdania była podobna liczba osób (71%) biorąca udział w sondażu w 2012 r. Co więcej zwiększenie liczby osób postrzegających kamerę termowizyjną jako urządzenie bezawaryjne świadczy o tym, że wraz z upływem czasu staje się ona coraz bardziej dopracowanym i doskonałym produktem.

Natomiast z doświadczenia 14% tegorocznych respondentów wynika, że rzadko występuje jakikolwiek problem z kamerą, a 5% jest zdania, że dzieje się to tylko czasami. W opinii ankietowanych usterki najczęściej dotyczą elektroniki urządzenia. Nierzadko za wystąpienie awarii jest odpowiedzialny sam operator kamery, który nie jest odpowiednio przeszkolony i w związku z tym popełnia wiele błędów.

Niestety nadal w niewielu zakładach przeprowadzane są szkolenia z zakresu prawidłowego użytkowania kamery termowizyjnej oraz właściwej interpretacji wyników badania termowizyjnego (wykres 4).

Jeżeli już takie szkolenie ma miejsce, to jest ono przeprowadzane przez przedstawiciela handlowego, który demonstruje możliwości sprzętu, robiąc próbne testy i pomiary oraz omawia uzyskane wyniki. Dzieje się to najczęściej tuż przed przekazaniem zakładowi kamery. Trzeba pamiętać, że szkolenie z zakresu prawidłowego interpretowania wyników badania jest szczególnie istotne. Bez odpowiedniej wiedzy i praktyki operator kamery może źle zinterpretować wyniki i postawić błędną diagnozę, która może mieć poważne konsekwencje.

Zdaniem Macieja Ochockiego interpretowanie wyników badania to najtrudniejsza część procesu pomiarowego. – Z doświadczenia wynika, że jedną trzecią czasu spędzamy na pomiarach, a pozostałą – na interpretacji zdjęć. Należy uwzględnić przede wszystkim czynniki zakłócające pomiar, takie jak odbicia od innych źródeł ciepła, warunki pogodowe oraz specyfika procesu.

Przy okazji warto dodać, że jedna czwarta ankietowanych dobrze ocenia współpracę i poziom wsparcia technicznego ze strony dostawców kamer termowizyjnych. Pozytywna ocena jest wystawiona przez nich głównie ze względu na fachową pomoc oraz oferowane szkolenia, a także porady, które można znaleźć na stronie WWW. Tylko 3% użytkowników wystawia niepochlebną opinię swoim dostawcom, skarżąc się m.in. na takie niedopatrzenia z ich strony, jak brak polskiej instrukcji do zakupionej kamery.

Wsparcie techniczne producenta czy dostawcy oraz możliwość konsultacji merytorycznych odgrywa ogromną rolę. Kamery wymagają dużego doświadczenia i wiedzy praktycznej, jeśli chodzi o pomiar temperatury. – Silna zależność wyników od współczynnika emisyjności powoduje, że rzeczywisty błąd pomiaru temperatury może być bardzo duży (np. pomiar gładkich powierzchni przy ustawionym wysokim współczynniku emisyjności) – przestrzega Maciej Ochocki.

Cena ma znaczenie

Ceny kamer termowizyjnych z pewnością nie należą do najniższych. Oczywiście koszt zakupu kamery zależy w dużym stopniu od jej parametrów i wynosi przeciętnie od kilku do ponad stu tysięcy złotych.

W ocenie 36% sondowanej grupy ceny kamer nie są adekwatne do ich możliwości. Z kolei 31% osób twierdzi, że jak najbardziej są one adekwatne do całego wachlarza ich zalet, natomiast reszta respondentów nie ma na ten temat zdania.

Zakładając, że aktualne ceny zostałyby zredukowane o 1120%, co piąty ankietowany skłonny byłby rozpatrzyć zakup nowej kamery. W przypadku zmniejszenia ceny powyżej 21% aż 61% respondentów rozważałoby nabycie nowej kamery. Jedynie dla 19% osób cena zakupu nie ma większego znaczenia, ponieważ ważniejsze są dla nich inne kryteria (np. parametry techniczne).

Jeśli chodzi o plany zakupowe, to wyglądają one następująco: 58% odpowiadających nie planuje w ciągu najbliższych 6 miesięcy zakupu nowej kamery termowizyjnej, natomiast 42% osób poważnie rozważa decyzję o nabyciu nowego urządzenia.

Szeroki wachlarz zastosowań

Z perspektywy przedstawiciela VIGO System kamery wkraczają w każdą dziedzinę. Najpopularniejsze aplikacje to energetyka, budownictwo i utrzymanie ruchu. Rozwija się weterynaria, rynek security oraz aplikacje przemysłowe – monitoring procesów. Z ciekawszych zastosowań warto wymienić diagnostykę uszkodzeń elektroniki czy kontrolę rozkładu temperatury w procesach wysokotemperaturowych (spawanie, obróbka termiczna).

Zgodnie ze wskazaniami prawie wszystkich ankietowanych głównym obszarem zastosowań kamer termowizyjnych jest utrzymanie ruchu (wyszukiwanie usterek). Dzięki działaniom prewencyjnym pomagającym służbom utrzymania ruchu w diagnozowaniu stanu maszyn można uniknąć nieplanowanych przestojów w zakładach. W mniejszym stopniu wykorzystuje się kamery do szacowania strat energii budynków (wycieki ciepła), a w jeszcze mniejszym – w produkcji (wykres 5).

Z gałęzi przemysłu, które należą do najważniejszych odbiorców omawianych urządzeń, na pierwszym miejscu znalazła się branża energetyczna, która została uznana za najważniejszą przez 44% respondentów. Na kolejnych pozycjach pojawiły branże: motoryzacyjna (31%), elektroniczna (17%), hutnicza, spożywcza (14%).

Natomiast z doświadczenia Jarosława Knapka z firmy EC Test Systems wynika, że najczęstsze zastosowania to: badanie elewacji budynków, wykrywanie nieszczelności instalacji i wycieków wody oraz badanie instalacji elektrycznych. Do bardziej zaawansowanych zastosowań należą: wykrywanie wycieków gazów (takich jak propan, butan, CO, SF6), inspekcje pieców opalanych gazem oraz badania nieniszczące wykorzystujące aktywną termografię do wykrywania wad materiałów kompozytowych czy połączeń spawanych. – Głównymi odbiorcami kamer termowizyjnych są zakłady przemysłowe. Drugą grupę użytkowników stanowią instytuty i uczelnie techniczne, które wykorzystują kamery do prac badawczo-rozwojowych – wyjaśnia Jarosław Knapek.

Trendy i prognozy

Obserwując rynek związany z termowizją, Maciej Ochocki wnioskuje, że nowości w kamerach przenośnych sprowadzają się przede wszystkim do wspomagania oprogramowaniem – wykorzystania łączenia obrazu widzialnego z termowizyjnym w celu poprawy kontrastu, współpracy z innymi urządzeniami przez interfejsy bezprzewodowe, a także poprawy rozdzielczości, czego przykładem jest dostępność na rynku kamer o rozdzielczości 1024×768 pikseli. Ciekawym rozwiązaniem są też nowe funkcje bezpośrednio w kamerze, dostępne do tej pory jedynie w oprogramowaniu na PC.

Pojawiły się także kamery modułowe przeznaczone do pracy w przemyśle i do zastosowań militarnych. Ze względu na przeznaczenie charakteryzują się przede wszystkim odpornością na trudne warunki środowiskowe oraz zwartą konstrukcją. Wyposażone są w wysokiej jakości matryce VGA zapewniające dokładny pomiar.

Ponadto – jak tłumaczy przedstawiciel VIGO System – małe kamery zyskują coraz więcej funkcji, dostępnych do tej pory w modelach z wyższej półki. Pojawił się nowy segment kamer z mikromatrycami rzędu 60×60 pikseli, które docelowo zastąpią pirometry. Jeśli nic się nie zmieni, to nadal największy udział w rynku będą miały urządzenia tanie, o małej matrycy i podstawowych możliwościach pomiarowych. Oczywiście ceny kamer będą malały w miarę wzrostu produkcji i sprzedaży oraz w wyniku stosowania standardowych rozwiązań technicznych. Już teraz obserwuje się spadek cen kamer o rozdzielczości 320×240, które obecnie coraz bardziej się upowszechniają.

Na pewno podniesie się standard wyposażenia. Nawet proste modele będą miały lepszą optykę, autofocus, regulację emisyjności, nakładanie obrazów widzialnego i podczerwieni. Poprawi się ergonomia, zmaleje masa urządzeń przy jednoczesnym wzroście odporności na uszkodzenia mechaniczne.

Przyszłość to inteligentny zautomatyzowany proces pomiarowy i obróbka zdjęć już w kamerze, bezprzewodowa komunikacja z otoczeniem (łącza bezprzewodowe) i dalsza poprawa czułości matryc.

Zauważalny wzrost świadomości potencjalnych użytkowników kamer termowizyjnych na temat korzyści płynących z ich użytkowania, a także spadek cen oraz coraz większy stopień zaawansowania tych urządzeń powodują wzrost zainteresowania termowizją. Z upływem czasu coraz bardziej wyraźne stają się dwa trendy obecne na rynku – dalszy rozwój urządzeń do zastosowań uniwersalnych i jednocześnie rozwój kamer termowizyjnych przeznaczonych do zadań specjalnych, do pracy w ściśle określonych warunkach.

Raport powstał w oparciu o dane uzyskane z ankiety przeprowadzonej w sierpniu 2013 r. wśród czytelników miesięcznika Inżynieria i Utrzymanie Ruchu Zakładów Przemysłowych. Oprócz tego przy tworzeniu raportu bazowano na informacjach pochodzących od producentów oraz dostawców kamer termowizyjnych. Raport nie stanowi pełnego obrazu rynku.

UR