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기획특집 <특집: 최근의 적외선 서모그래피와 그 응용> 냉각형 적외선 서모그래피의 응용 사례

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작성자 댓글 0건 조회 686회 작성일 21-08-04 13:28

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그림 1. 1,280×720화소의 적외선 이미지 


서론

저렴한 가격과 낮은 기능을 가진 서모파일이나 소형 적외선 카메라 및 서모그래피를 사용한 간단한 온도 관리와 감시 목적의 보급에 따라 적외선 서모그래피의 시장 규모는 매년 확대되고 있다. 적외선 서모그래피 시장은 크게 적외선 감지 소자를 냉각하지 않는 비냉각 적외선 서모그래피와 적외선 감지 소자를 냉각하는 냉각형 적외선 서모그래피로 나뉜다.


여기에서는 적외선 서모그래피의 고속화, 고화소화, 고감도화, 특수한 용도의 하이엔드 냉각형 서모그래피를 소개한다. 적외선 서모그래피의 감도를 나타내는 NETD를 향상시킨 고감도 적외선 서모그래피와 배터리로 구동하며 드론에 탑재할 수 있는 특정 가스를 감지하는 가스 감지 적외선 서모그래피도 있다.

 

하이엔드 냉각형 적외선 서모그래피

하이엔드 냉각형 적외선 서모그래피의 적외선 관측 파장역은 SWIR(0.8~2.5), MWIR(3~5), LWIR(8~12) 대역이 있으며, 적외선 감지 소자는 펠티에 소자 또는 스티어링 쿨러 냉각기로 냉각된다. 화소 수는 320×256화소, 640×512화소, 1,280×720화소, 1,280×l,024 화소를 비롯하여 더 고화소인 2K×2K화소의 4M화소가 있다. <그림 1>1,280×720화소의 적외선 이미지이다. 적외선 감지 소자 화소가 높아짐에 따라 각 화소 피치가 좁아지면 각 화소 별로 입사하는 적외선 에너지양이 적어지기 때문에 들어오는 시간을 길게 할 필요가 있지만, 화소 피치가 좁아도 들어오는 시간이 길어지지 않도록 적외선 감지 소자의 감도 향상이 도모되었다.


고속 적외선 서모그래피

고속 적외선 서모그래피로 640×512화소에서 1,000fps, 320×240화소에서 3,300fps의 고속 촬영이 가능해졌다. 화소를 윈도윙하여 한층 더 고속 촬영이 가능해지며, 실용적인 이미지로는 64×48화소에서 47,000fps(온도 대역에 따라 다름) 정도가 된다. 1초 동안 촬영할 수 있는 프레임 레이트와 온도 분해능이 향상됨에 따라 아주 짧은 시간에 발생하는 작은 온도 변화를 파악할 수 있게 되었다.


(1) 밀링 커터 절삭 가공점의 온도 측정

128×64화소에서 12,000fps의 촬영 속도로 밀링 커터를 이용하여 기계를 가공할 때(그림 2)의 적외선 이미지는 <그림 3>과 같다. 밀링 커터는 720rpm의 속도로 회전하고 있으며 12,000fps의 촬영 속도로 커터의 절삭 깊이에 따라 변하는 커터 끝의 온도 변화, 절삭 가루의 형상이나 절삭 가루의 비산 상태를 모니터링 할 수 있으며 고속으로 이동하는 측정 대상물에서도 이미지 번짐이 적은 촬영이 가능하다. 밀링 커터 끝의 온도 변화는 12,000분의 1초만에도 크게 바뀌며 고속 서모그래피로만 평가할 수 있다. 밀링 커터의 온도 표시를 올바르게 표시시키기 위해서는 밀링 커터의 온도를 실제 가공 온도까지 상승시켜서 방사율의 보정 계수를 측정할 필요가 있다. 여기에서는 광택을 가진 재료인 텅스텐 카바이드를 사용하여 방사율을 0.05로 하였다.



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그림 2. 밀링 커터에 의한 절삭 가공
 



..(후략) 


矢尾板 達也 / 켄오토메이션

  본 기사는 2021년 8월호에 게재되었습니다. 

  

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본 기사는 월간지[計側技術] (일본일본공업출판주식회사 발행)로부터 번역·전재한 것입니다.

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