Mesure de la température de surface in situ dans un four à convoyeur via la thermographie infrarouge inline
Summary
Ce protocole décrit comment installer une caméra infrarouge dans un four à convoyeur, effectuer une correction client d’une caméra IR calibrée d’usine et évaluer la répartition de la température spatiale à la surface d’un objet d’intérêt. Les objets par exemple sont des cellules solaires industrielles en silicium.
Abstract
La mesure de la température de surface des objets traités dans des fours à convoyeurs est un outil important pour le contrôle des processus et l’assurance de la qualité. À l’heure actuelle, la température de surface des objets traités dans les fours à convoyeurs est généralement mesurée par thermocouples. Cependant, la thermographie infrarouge (IR) présente de multiples avantages par rapport aux mesures thermocouple, car il s’agit d’une méthode sans contact, en temps réel et résolu spatialement. Ici, comme exemple de preuve de concept représentatif, un système de thermographie en ligne est installé avec succès dans un four de tir solaire alimenté par lampe IR, qui est utilisé pour le processus de tir de contact des cellules solaires industrielles Si. Ce protocole décrit comment installer une caméra IR dans un four à convoyeur, effectuer une correction client d’une caméra IR calibrée en usine et effectuer l’évaluation de la distribution de la température spatiale à la surface sur un objet cible.
Introduction
Le contrôle des procédés et l’assurance de la qualité des objets traités dans les fours à convoyeur1 sont importants et réalisés en mesurant la température de surface de l’objet. Actuellement, la température est généralement mesurée par un thermocouple1. Comme les mesures thermocouple nécessitent un contact avec l’objet, les thermocouples endommagent inévitablement l’objet. Par conséquent, il est courant de choisir des échantillons représentatifs d’un lot pour les mesures de température, qui ne sont pas traitées davantage puisqu’ils sont endommagés. Les températures mesurées de ces objets endommagés sont ensuite généralisées aux échantillons restants du lot, qui sont traités plus en détail. En conséquence, la production doit être interrompue pour les mesures thermocouple. En outre, le contact est local, doit être réajusté après chaque mesure, et influence la température locale.
La thermographie infrarouge (IR)2 présente un certain nombre d’avantages par rapport aux mesures thermocouple classiques et représente une méthode de mesure de la température sans contact, in situ, en temps réel, en gain de temps et résolue spatialement. À l’aide de cette méthode, chaque échantillon du lot, y compris ceux qui sont traités plus avant, peut être mesuré sans interrompre la production. En outre, la répartition de la température de surface peut être mesurée, ce qui donne un aperçu de l’homogénéité de la température au cours du processus. La fonction en temps réel permet de corriger les paramètres de température à la volée. Jusqu’à présent, les raisons possibles pour ne pas utiliser la thermographie IR dans les fours à bande transporteuse sont 1) des paramètres optiques inconnus des objets chauds (en particulier pour les non métaux3) et 2) rayonnement environnemental parasite dans le four (c.-à-d. rayonnement réfléchi détecté par la caméra IR en plus du rayonnement émis de l’objet), ce qui conduit à la sortie de température fausse2.
Ici, en tant qu’exemple représentatif de preuve de concept de la thermographie IR dans un four à convoyeur, nous avons réussi à installer un système de thermographie en ligne dans un four à tir solaire alimenté par lampe IR (Figure 1), qui est utilisé pendant le processus de tir de contact des cellules solaires industrielles Si (Figure 2A,B)4,5. Le processus de mise à feu est une étape cruciale à la fin de la production industrielle de cellules solaires6. Au cours de cette étape, les contacts de la cellule sont formés7,8, et la passivation de surface est activée9. Pour réussir ce dernier, le profil temps-température pendant le processus de cuisson (Figure 2C) doit être réalisé avec précision. Par conséquent, un contrôle de la température suffisant et efficace est nécessaire. Ce protocole décrit comment installer une caméra IR dans un four à bande transporteuse, effectuer une correction client d’une caméra IR calibrée en usine et évaluer la répartition de la température spatiale à la surface d’un objet cible.
Protocol
Representative Results
Discussion
Généralement, la température de la thermographie est corrigée par la mesure et l’adaptation des paramètres optiques de l’objet, de la fenêtre et du chemin de transmission, et de la température environnementale de l’objet et de la fenêtre transmissive2. Comme méthode alternative, une technique de correction de température basée sur des mesures thermocouple est décrite dans ce protocole. Pour cette dernière méthode, la connaissance des paramètres mentionnés ci-dessus n’est pa…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ces travaux sont soutenus par le ministère fédéral allemand de l’Économie dans le cadre du projet « Feuerdrache » (0324205B). Les auteurs remercient les collègues qui ont contribué à ce travail et les partenaires du projet (InfraTec, Rehm Thermal Systems, Heraeus Noblelight, Trumpf Photonic Components) pour le cofinancement et le soutien exceptionnel.
Materials
| Datalogger incl. Thermal barrier | Datapaq Ltd. | ||
| IR thermography camera "Image IR 8300" | InfraTec GmbH | ||
| IR thermography software "IRBIS Professional 3.1" | InfraTec GmbH | ||
| Solar cells | Fraunhofer ISE | ||
| Solar firing furnace "RFS 250 Plus" | Rehm Thermal Systems GmbH | ||
| Sheath thermocouples type K | TMH GmbH | ||
| Thermocouple quartzframe | Heraeus Noblelight GmbH |
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