In Situ Misurazione della Temperatura della Superficie in un Forno a nastro Trasportatore tramite Termografia a infrarossi in linea
Summary
Questo protocollo descrive come installare una telecamera a infrarossi in un forno a nastro trasportatore, eseguire una correzione da parte del cliente di una telecamera a infrarossi calibrata in fabbrica e valutare la distribuzione della temperatura superficiale spaziale di un oggetto di interesse. Gli oggetti di esempio sono celle solari in silicio industriale.
Abstract
Misurare la temperatura superficiale degli oggetti che vengono lavorati nei forni del nastro trasportatore è uno strumento importante nel controllo del processo e nella garanzia della qualità. Attualmente, la temperatura superficiale degli oggetti lavorati nei forni del nastro trasportatore viene in genere misurata tramite termocoppie. Tuttavia, la termografia a infrarossi (IR) presenta molteplici vantaggi rispetto alle misurazioni termocoppia, in quanto è un metodo senza contatto, in tempo reale e risolto spazialmente. Qui, come esempio rappresentativo di proof-of-concept, un sistema di termografia in linea viene installato con successo in un forno a fuoco solare alimentato a lampada IR, che viene utilizzato per il processo di cottura a contatto delle celle solari Si industriali. Questo protocollo descrive come installare una telecamera a infrarossi in un forno a nastro trasportatore, eseguire una correzione da parte del cliente di una telecamera a infrarossi calibrata in fabbrica ed eseguire la valutazione della distribuzione della temperatura della superficie spaziale su un oggetto di destinazione.
Introduction
Il controllo del processo e la garanzia della qualità degli oggetti trattati nei fornidel nastro trasportatore 1 è importante e realizzato misurando la temperatura superficiale dell’oggetto. Attualmente, la temperatura è in genere misurata da un termocoppia1. Poiché le misurazioni termocoppia richiedono il contatto con l’oggetto, termocopples inevitabilmente danneggiare l’oggetto. Pertanto, è comune scegliere campioni rappresentativi di un lotto per le misurazioni della temperatura, che non vengono ulteriormente elaborate in quanto vengono danneggiate. Le temperature misurate di questi oggetti danneggiati vengono quindi generalizzate ai campioni rimanenti del lotto, che vengono ulteriormente elaborati. Di conseguenza, la produzione deve essere interrotta per le misurazioni termocoppia. Inoltre, il contatto è locale, deve essere riadattato dopo ogni misurazione e influenza la temperatura locale.
La termografia a infrarossi (IR)ha una serie di vantaggi rispetto alle classiche misurazioni termocoppia e rappresenta un metodo di misurazione della temperatura senza contatto, in situ, in tempo reale, risparmio di tempo e risolto spazialmente. Utilizzando questo metodo, ogni campione del lotto, compresi quelli che vengono ulteriormente elaborati, può essere misurato senza interrompere la produzione. Inoltre, è possibile misurare la distribuzione della temperatura superficiale, che fornisce informazioni sull’omogeneità della temperatura durante il processo. La funzione in tempo reale consente di correggere le impostazioni della temperatura al volo. Finora, le possibili ragioni per non utilizzare la termografia irrisorie nel nastro trasportatore sono 1) parametri ottici sconosciuti di oggetti caldi (soprattutto per i nonmetalli3) e 2) di radiazione ambientale parassita nel forno (cioè, radiazione riflessa rilevata dalla telecamera a infrarossi oltre alla radiazione emessa dall’oggetto), che porta a false uscite di temperatura2.
Qui, come esempio rappresentativo di termografia iR in un forno a nastro trasportatore, abbiamo installato con successo un sistema di termografia in linea in un forno a fuoco solare alimentato a lampada IR (Figura 1), che viene utilizzato durante il processo di cottura a contatto delle celle solari Si industriali (Figura 2A,B)4,5. Il processo di cottura è un passo cruciale alla fine della produzione industriale di celle solari6. Durante questo passaggio, i contatti della cella vengono formati7,8e la passivazione della superficie viene attivata9. Per raggiungere con successo quest’ultimo, il profilo di temperatura del tempo durante il processo di cottura (Figura 2C) deve essere realizzato con precisione. Pertanto, è necessario un controllo della temperatura sufficiente ed efficiente. Questo protocollo descrive come installare una telecamera a infrarossi in un forno a nastro trasportatore, eseguire una correzione del cliente di una telecamera a infrarossi calibrata in fabbrica e valutare la distribuzione della temperatura superficiale spaziale di un oggetto bersaglio.
Protocol
Representative Results
Discussion
Comunemente, la temperatura termografia viene corretta misurando e adattando i parametri ottici dell’oggetto, la finestra e il percorso trasmissivi e la temperatura ambientale dell’oggetto e della finestra trasmissiva2. Come metodo alternativo, una tecnica di correzione della temperatura basata sulle misurazioni termocoppia è descritta in questo protocollo. Per quest’ultimo metodo, non è necessaria la conoscenza dei parametri di cui sopra. Per l’applicazione illustrata di seguito, questo metodo …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è sostenuto dal Ministero federale tedesco per gli affari economici nell’ambito del progetto “Feuerdrache” (0324205B). Gli autori ringraziano i collaboratori che hanno contribuito a questo lavoro e i partner del progetto (InfraTec, Rehm Thermal Systems, Heraeus Noblelight, Trumpf Photonic Components) per il cofinanziamento e il supporto eccezionale.
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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