In Situ Oberflächentemperaturmessung in einem Förderbandofen über Inline-Infrarot-Thermographie
Summary
Dieses Protokoll beschreibt, wie man eine Infrarotkamera in einen Förderbandofen einbaut, eine Kundenkorrektur einer werkskalibrierten IR-Kamera durchführt und die räumliche Oberflächentemperaturverteilung eines Objekts von Interesse auswertet. Die Beispielobjekte sind industrielle Silizium-Solarzellen.
Abstract
Die Messung der Oberflächentemperatur von Objekten, die in Förderbandöfen verarbeitet werden, ist ein wichtiges Werkzeug in der Prozesskontrolle und Qualitätssicherung. Derzeit wird die Oberflächentemperatur von Objekten, die in Förderbandöfen verarbeitet werden, in der Regel über Thermoelemente gemessen. Die Infrarot-Thermographie (IR) bietet jedoch mehrere Vorteile im Vergleich zu Thermoelementmessungen, da es sich um eine berührungslose, Echtzeit- und räumlich aufgelöste Methode handelt. Hier wird als repräsentatives Proof-of-Concept-Beispiel erfolgreich ein Inline-Thermographiesystem in einen IR-Lampen-Solarbrennofen eingebaut, der für den Kontaktbrennprozess von industriellen Si-Solarzellen eingesetzt wird. Dieses Protokoll beschreibt, wie sie eine IR-Kamera in einen Förderbandofen einbauen, eine Kundenkorrektur einer werkskalibrierten IR-Kamera durchführen und die Auswertung der räumlichen Oberflächentemperaturverteilung an einem Zielobjekt durchführen.
Introduction
Die Prozesskontrolle und Qualitätssicherung von Gegenständen, die in Förderbandöfen1 verarbeitet werden, ist wichtig und wird durch Messung der Oberflächentemperatur des Objekts durchgeführt. Derzeit wird die Temperatur in der Regel mit einem Thermoelement1gemessen. Da Thermoelementmessungen den Kontakt mit dem Objekt erfordern, beschädigen Thermoelemente unweigerlich das Objekt. Daher ist es üblich, repräsentative Proben einer Charge für Temperaturmessungen zu wählen, die nicht weiterverarbeitet werden, da sie beschädigt werden. Die gemessenen Temperaturen dieser beschädigten Objekte werden dann zu den übrigen Proben aus der Charge verallgemeinert, die weiterverarbeitet werden. Dementsprechend muss die Produktion für Thermoelementmessungen unterbrochen werden. Darüber hinaus ist der Kontakt lokal, muss nach jeder Messung nachjustiert werden und beeinflusst die lokale Temperatur.
Die Infrarot-Thermographie2 hat gegenüber klassischen Thermoelementmessungen eine Reihe von Vorteilen und stellt eine berührungslose, in-situ, Echtzeit-, Zeitsparende und räumlich aufgelöste Temperaturmessmethode dar. Mit dieser Methode kann jede Probe der Charge, einschließlich der weiterverarbeiteten, ohne Unterbrechung der Produktion gemessen werden. Darüber hinaus kann die Oberflächentemperaturverteilung gemessen werden, die Einen einblickin die Temperaturhomogenität während des Prozesses liefert. Die Echtzeit-Funktion ermöglicht die Korrektur von Temperatureinstellungen on-the-fly. Bisher sind die möglichen Gründe für die Nichtanwendung der IR-Thermographie in Förderbandöfen 1) unbekannte optische Parameter von heißen Objekten (insbesondere für Nichtmetalle3) und 2) parasitäre Umweltstrahlung im Ofen (d.h. reflektierte Strahlung, die von der IR-Kamera zusätzlich zur emittierten Strahlung des Objekts erkannt wird), was zu einer falschen Temperaturausgabe2führt.
Hier haben wir als repräsentatives Proof-of-Concept-Beispiel der IR-Thermographie in einem Förderbandofen erfolgreich ein Inline-Thermographiesystem in einen IR-Lampen-Solarbrennofen eingebaut (Abbildung 1), der beim Kontaktbrennprozess von industriellen Si-Solarzellen eingesetzt wird (Abbildung 2A,B)4,5. Der Brennprozess ist ein entscheidender Schritt am Ende der industriellen Solarzellenproduktion6. In diesem Schritt werden die Kontakte der Zelle7,,8, gebildet und die Oberflächenpassivierung wirdaktiviert 9. Um Letzteres erfolgreich zu erreichen, muss das Zeit-Temperatur-Profil während des Brennvorgangs (Abbildung 2C) genau realisiert werden. Daher ist eine ausreichende und effiziente Temperaturregelung erforderlich. Dieses Protokoll beschreibt, wie man eine IR-Kamera in einen Förderbandofen einbaut, eine Kundenkorrektur einer werkskalibrierten IR-Kamera durchführt und die räumliche Oberflächentemperaturverteilung eines Zielobjekts auswertet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Üblicherweise wird die Thermographietemperatur durch Messung und Anpassung der optischen Parameter des Objekts, des transmissiven Fensters und Deswegs sowie der Umgebungstemperatur des Objekts und des transmissivenFensters 2korrigiert. Als alternative Methode wird in diesem Protokoll eine Temperaturkorrekturtechnik auf Basis von Thermoelementmessungen beschrieben. Für die letztgenannte Methode ist keine Kenntnis der oben genannten Parameter erforderlich. Für die hier gezeigte Anwendung ist dies…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wird vom Bundeswirtschaftsministerium im Rahmen des Projekts “Feuerdrache” (0324205B) unterstützt. Die Autoren danken den Mitarbeitern, die zu dieser Arbeit beigetragen haben, und den Projektpartnern (InfraTec, Rehm Thermal Systems, Heraeus Noblelight, Trumpf Photonic Components) für die Kofinanzierung und hervorragende Unterstützung.
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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