Aktuální vydání

celé číslo

08

2020

Mozaika novinek a informací

Restart ekonomiky

celé číslo

Termokamery FLIR pro automatizaci výroby, protipožární kontrolu a detekci zvýšené teploty osob

V posledních několika měsících se téměř celý svět potkal s množstvím změn a omezení v oblasti výroby, obchodu, ale i osobních práv a zvyklostí. Hlavní příčinou bylo propuknuvší virové onemocnění covid-19. Následně byla přijata opatření, z nichž některá dávala smysl, kolem některých je dodnes mnoho otazníků. Vyvstala rovněž poptávka po dálkovém snímání osob termokamerami, aby bylo možné odhalit osoby se zvýšenou teplotou, a tedy možným virovým onemocněním. V tomto článku je nastíněno, jak a za jakých podmínek k tomu termokameru použít, a popsán její přínos pro tzv. teplotní screening osob (Screening EBTElevated Body Temperature). Zmíněny jsou také hlavní výhody termokamer FLIR pro toto využití i pro další užití v průmyslových provozech.

Obr. 1. Příklady využití termokamer FLIR

Termokamery FLIR – skutečně spolehlivé měření teplot

Termokamery FLIR (Forward-Looking Infra-Red) od největšího a nejstaršího světového výrobce termokamer na světě, společnosti FLIR Systems (Švédsko, USA), jehož historie sahá až do roku 1958, se používají jako spolehlivý a rychlý nástroj k měření povrchových teplot v mnoha průmyslových odvětvích. Hlavní využití nacházejí v diagnostice zařízení, strojů a výrobních procesů, kde se měření (termodiagnostika) provádí za plného provozu. Termodiagnostika má prokazatelné výsledky ve snižování výrobních a provozních ztrát způsobených neplánovanými odstávkami a zmetkovitostí a zvyšuje spolehlivost strojů a zařízení (obr. 1).

Nejvíce se ruční termokamery FLIR uplatňují v oblasti kontroly rozvodu elektrické energie, elektrických strojů a zařízení a mechanických strojů, zatímco stacionární termokamery FLIR se používají pro nepřetržitou kontrolu teplot výrobních procesů, ve výzkumu nebo jako protipožární snímače. Závady jako přehřáté elektrické spoje, přetížené stroje nebo vyšší provozní teploty mohou vést k poruchám, což se projeví neplánovanou odstávkou, k výrobním ztrátám a v nejhorším případě k požáru. Pravidelná nebo nepřetržitá kontrola termokamerou FLIR umožňuje potenciální kritická místa včas odhalit a ztrátám zabránit.

Obr. 2. Termokamery FLIR: nahoře zleva Axx (Axxx), Ex, Exx, dole zleva T5xx (T8xx), T6xx (T1020), GF3xx

Nabídka ručních i stacionárních termokamer FLIR (obr. 2) uspokojí všechny požadavky na kvalitní bezkontaktní měření teplot. Termokamery FLIR využívají nejmodernější techniku, vynikají odolností a snadným ovládáním či unikátními funkcemi dovolujícími měřit až do +2 000 °C. Využívají se v mnoha odvětvích, jako jsou elektrotechnika (kontrola rozvodů, elektrických zařízení a strojů, fotovoltaické elektrárny), strojírenství a mechanika (tepelné namáhání strojů a zařízení), výrobní procesy (kontrola teplot a zpracování materiálu), hutnictví (kontrola teploty taveniny) i stavebnictví (detekce tepelných mostů, vlhkosti atd.) a také k detekování a zobrazení úniků plynů a těkavých látek. 

Funkce FLIR MSX – zvýšení kontrastu

Pro rychlou prostorovou orientaci při termografickém měření a snímání prostor mají termokamery FLIR patentovanou funkci multispektrálního zobrazení MSX, která je založena na propojení termogramu a kontur snímku ve viditelném světle. Výsledkem je detailnější termogram s vyšším kontrastem snímaného objektu, usnadňujícím měření a vyhodnocení (obr. 3). 

Obr. 3. Standardní termogram, fotografie ve viditelném světle a výsledný termogram MSX

Funkce FLIR UltraMax – čtyřnásobné rozlišení

Pro situace, kdy je třeba ojediněle dosáhnout vyššího rozlišení, přičemž ale v převážné většině případů dostačuje nominální rozlišení termokamery, nabízejí ruční a přenosné termokamery FLIR speciální funkci UltraMax (obr. 4).

Obr. 4. Standardní termogram a termogram UltraMax s čtyřnásobným rozlišením

Funkce FLIR UltraMax umožňuje pořídit termogramy s čtyřikrát vyšším rozlišením a větší přesností měřených hodnot. Funkce UltraMax je založena jen na vlastním mikropohybu termokamery či měřeného objektu, lze ji využít bez omezení při měření (bez stativu, ale i se stativem) a nepředstavuje žádné potenciální riziko nákladných oprav jako jiné optickomechanické systémy, které jsou navíc v terénu bez stativu zcela nepoužitelné. 

Ruční a přenosné termokamery FLIR pro pochůzkovou kontrolu

Uvedenými obrazovými funkcemi disponují ruční termokamery FLIR Exx (E53, E75, E85 a E95; obr. 5), které jsou vhodné pro rychlou a spolehlivou diagnostiku při pochůzkové kontrole. Mají rozlišení až 464 × 348 bodů, citlivost až 0,03 K, výměnné objektivy pro široké spektrum použití s přesným automatickým laserovým ostřením, dálkoměr pro přesné měření vzdálenosti, GPS pro uložení souřadnic místa měření a velký a přehledný 4" dotykový displej v kompaktním a odolném provedení s českým menu. Předností je maximálně jednoduché ovládání a záznam teplot do +1 500 °C.

Obr. 5. Ruční termokamery FLIR Exx

Pro profesionální měření v terénu (např. pro energetické společnosti) jsou ideální přenosné termokamery FLIR T8xx (T840 a T860; obr. 6) s rozlišením až 640 × 480 bodů (UltraMax 1 280 × 960 bodů) a citlivostí až 0,03 K, které jsou vybaveny jak přehledným 4" dotykovým LCD, tak také vysoce kontrastním hledáčkem, umožňujícím venkovní měření při jakýchkoliv světelných podmínkách. Doplňují oblíbené termokamery FLIR řady T (T5xx a T840). Nejvyšší řadu uzavírá špičková termokamera FLIR T1020 se snímačem s rozlišením 1 024 × 768 bodů (UltraMax 2 048 × 1 536 bodů), která je vhodná zejména pro energetické distribuční a přenosové společnosti k měření na velkou vzdálenost. Termokamery FLIR řady T mají otočnou snímací část v úhlu až 180° (možnost otáčení usnadňuje měření ze všech pozic i těžko přístupných objektů) a jsou nejlepší volbou pro profesionální termodiagnostiku v elektroenergetice, průmyslu i stavebnictví. 

Obr. 6. Přenosná termokamera FLIR T8xx

Stacionární termokamery FLIR pro nepřetržitý spolehlivý provoz

Pro trvalé měření (24/7) při kontrole strojů, zařízení nebo výrobních procesů, ale také pro sledování teploty osob jsou ideální stacionární termokamery FLIR řady A (obr. 7), které umožňují online zaznamenávat obraz a povrchovéh teploty. Výhodou termokamer FLIR řady A je jich kompaktní tvar a univerzálnost použití.

Při požadavcích na online měření teplot a současně na minimální rozměry jsou vhodné stacionární termokamery FLIR AX8 (obr. 8).

Poslední novinkou jsou speciální stacio­nární termokamery FLIR A400 (rozlišení 320 × 240 bodů) a FLIR A700 (rozlišení 640 × 480 bodů). Tyto nové termokamery umožňují kompletní dálkový přístup ke snímaným obrazům prostřednictvím vestavěného webového prohlížeče, a tedy pro jejich využití není třeba žádný speciální software. Výhodou je možnost začlenit je do stávajícího kamerového systému díky běžným rozhraním a protokolům, jako např. RTSP (Real Time Strea­ming Protocol), GigE, Modbus TCP, Multicast nebo ONVIF. Termokamery FLIR A400 a A700 (obr. 9) mohou být vybaveny vizuální kamerou s funkcí MSX a současně přenášet obrazy v infračerveném i viditelném spektru. Je také možné využít vestavěný WiFi vysílač a obraz přenášet bezdrátově. Krytí IP66 dovoluje použít termokameru ve venkovních či náročných průmyslových podmínkách. V současnosti jde o nejvíce vybavené stacionární termokamery FLIR s velmi příznivou cenou. 

Obr. 7. Stacionární termokamery FLIR

Termokamery FLIR pro kontrolu zvýšené teploty osob ve vstupech do objektů

Vybrané ruční i stacionární termokamery FLIR lze využít nejen jako kontrolní nástroj v průmyslu, ale rovněž ve vstupech do podniků pro registraci osob se zvýšenou teplotou. Tedy jedno zařízení nabízí dvojí uplatnění a využití, čímž se zhodnocuje investice do takovéto termokamery.

Termokamery FLIR jsou uzpůsobeny a úspěšně využívány pro detekci zvýšené tělesné teploty osob neboli teplotní screening (Screening EBTElevated Body Temperature). Využití nacházejí právě při větším výskytu virových onemocnění, jako jsou chřipka, SARS nebo aktuálně covid-19, jako prostředek ke snížení rizika přenosu mezi zaměstnanci nebo jinými osobami (obr. 10).

Obr. 8. Kompaktní stacionární termokamera FLIR AX8

Největší výrobce termokamer FLIR implementoval unikátní funkci Screening s proměnnou nastavitelnou referenční teplotou do svých vybraných termokamer už v roce 2002 (tehdy se vyskytoval SARS v Asii). Vybrané přenosné i stacionární termokamery FLIR lze snadno nastavit stisknutím tlačítka na kompenzaci změny povrchové teploty osob v průběhu dne (typicky ranní, odpolední a noční směny v podnicích atd.). Kompenzace se nastavuje párkrát za den a představuje v porovnání s konkurenčními termokamerami jediný a uživatelsky velmi jednoduchý a spolehlivý nástroj.

Speciální funkce detekce zvýšené teploty doprovází pozitivní výsledek vizuálním i zvukovým alarmem: při záchytu osoby se zvýšenou teplotou jsou automaticky na termografickém obrazu zvýrazněna místa (obvykle červenou barvou) s překročenou teplotou pro snadnou identifikaci, zda jde opravdu o zvýšenou teplotu osoby, či např. o vliv slunečního záření, a rovněž je obsluha upozorněna zvukovým signálem.

Tato funkce u vybraných termokamer umožňuje zobrazit i pomocnou siluetu, aby bylo měření provedeno korektně s ohledem na rozlišení, objektiv a vzdálenost. Funkce je uzpůsobena pro měření na blízko i na větší vzdálenost nebo ji lze vypnout. Novinkou je autonomní systém FLIR Screen-EST (obr. 11), kombinace termokamery FLIR, PC a speciálního softwaru se dvěma obrazovkami (jedna pro operátora, druhá pro kontrolovanou osobu). Tím je zajištěna maximální univerzálnost využití právě ve vstupech do podniků s minimálními požadavky na obsluhu osobami v recepci či ve vrátnici. 

Obr. 9. Stacionární termokamery FLIR A400 a A700 pro online kontrolu teploty

Čemu se vyhnout

Bezkontaktní měření teplot s sebou nese určitá fyzikální omezení. Vzhledem k tomu, že se na trhu během posledních několik měsíců vyskytlo množství naoko atraktivních až téměř zázračných „termokamer“ a nových „odborníků“ na měření teplot, je třeba se před pořízením takového zařízení nad nabízenou koncepcí řádně zamyslet, prověřit zkušenosti prodejce v oboru bezkontaktního měření teplot a původ a historii producenta ve výrobě termokamer. To proto, že v převážné většině nové „zázračné“ kamery pro účel detekce zvýšené teploty osob nefungují.

Většina těchto termokamer kombinuje vizuální kameru s vysokým rozlišením a termokameru s nedostatečným rozlišením nebo širokým úhlem záběru. Vzhledem k nízkému optickému rozlišení termokamery snímají povrchovou teplotu převážně z čela osoby, a to pouze pár pixely, což není dostatečné a spolehlivé. Některé termokamery se chlubí měřením i několika osob najednou, měřením přes brýle, pokrývku hlavy atd. To ale z fyzikálního principu není možné. Pro zamaskování nekvalitního termoobrazu zobrazují zpravidla jen zelený, resp. červený rámeček kolem hlavy snímaných osob prolnutý do vizuálního obrazu s obvykle vygenerovanou hodnotou teploty, kterou dopočítávají podle vlastního algoritmu a která se skutečnou teplotou snímané osoby nemá mnoho společného. Naštěstí díky testům provedeným nezávislými organizacemi (např. IPVM, dostupné na internetu www.ipvm.com) už bylo prokázáno, že tyto „termokamery“ (zejména čínské, původně určené ke sledování a identifikaci osob) obyčejně generují vlastní smyšlené hodnoty teploty neodpovídající skutečnému měření, a jsou proto k monitorování teploty osob zcela nepoužitelné, a tedy i nebezpečné. Jejich použití je opravdu alarmující. Software navíc často není v souladu s GDPR a proti takovým kamerám oprávněně protestují např. zaměstnanecké odbory. 

Obr. 10. Využití stacionární termokamery FLIR A400 při vstupu do objektu

Nezbytné parametry pro správné měření

Důležitá je skutečnost, že povrchová teplota hlavy nejvíce se blížící skutečné tělesné teplotě se nachází ve vnitřních koutcích očí. Nikoliv tedy na čele. Povrch čela je totiž výrazně více tepelně ovlivněn okolím nebo pokrývkou hlavy, a tedy měření teploty povrchu čela nevypovídá o skutečné teplotě měřené osoby (obr. 12).

Je proto třeba použít termokameru s dostatečným rozlišením, aby mohly být detekovány právě takové detaily, jako jsou vnitřní koutky očí. Z toho tedy rovnou plyne i požadavek, aby osoby při měření neměly nasazené brýle, protože ty jsou v infračerveném spektru nepropustné a brání měření.

Důležité je, na jakou vzdálenost bude termokamera zvýšenou teplotu osob spolehlivě detekovat. Například při měření na vzdálenost 1 až 2,5 m je nezbytné rozlišení snímače minimálně 320 × 240 bodů při úhlu objektivu maximálně 25° horizontálně. Kameru s vyšším rozlišením nebo užším zorným úhlem je možné využít i na větší vzdálenost tak, aby byl potřebný optický detail (potřebný počet bodů) zaměřen právě na oblast očí.

Jestliže tedy někdo nabízí termokameru na snímání teploty osob ze vzdálenosti např. 5 až 7 m a navíc v širším úhlu záběru, je to nesmysl. Musela by být vybavena snímačem s rozlišením minimálně 1 280 × 1 024 bodů a vyšším, a takové termokamery pro tuto měřicí úlohu neexistují. 

Obr. 11. Funkce FLIR Screen-EST se zvýrazněním míst s překročenou teplotou a funkcí siluety

Vliv okolního prostředí na spolehlivost detekce

Termokamera pro měření teploty osob je typicky umístěna na vstupu do objektů, jako jsou vrátnice či recepce. Zde je právě žádoucí záchyt osoby s příznaky virového onemocnění ještě před jejím vstupem do dalších částí objektu či závodu, aby nedošlo k přenosu nákazy na další osoby a tím k ohrožení kolektivu, výroby atd. Vstupem tady procházejí osoby z venkovního prostředí, které jsou ale ovlivněné venkovní teplotou.

Skutečná povrchová teplota osob tudíž není okolo 36,5 °C, ale mnohem nižší. Zejména v ranních hodinách nebo v zimním období, kdy je venkovní teplota vzduchu nízká, může být povrchová teplota osob až o 5 °C nižší, tedy jen okolo 30 °C. Má-li tedy termokamera nastaven fixní alarm překročení teploty např. na hodnotu 37,5 °C (jak to nabízejí různí výrobci), osoby se zvýšenou teplotou i o 2 °C (tedy osoby se skutečnou tělesnou teplotou 38,5 °C) nebudou detekovány, protože vlivem ochlazení venkovním prostředím mají povrchovou teplotu pod touto hranicí. A tyto osoby bez problému projdou kontrolou, aniž by je systém detekoval. Zejména v obdobích, která jsou na virová onemocnění nejbohatší (jaro, podzim) a kdy je velký rozdíl mezi venkovní teplotou ráno, v poledne a večer, jsou tyto systémy ve vstupech do objektů zcela nepoužitelné.

Někteří dodavatelé se snaží zatraktivnit systém měření doplňkovým referenčním černým tělesem (black body) s tím, že tak dosahují vyšší přesnosti. Ovšem je to hlavně pro zvýšení většinou špatné stability snímače či omezené vlastní přesnosti. Navíc uvedené řešení představuje další výdaje na pořízení a hlavně následné výdaje za kalibrace. Termokamery FLIR naproti tomu vzhledem ke kvalitě a stabilitě vlastních snímačů toto řešení nevyžadují, a představují proto maximálně přesný, ekonomický a hlavně spolehlivý (záruka deset let na snímač) nástroj ve všech oborech a pro každé využití. 

Obr. 12. Rozložení teplot na povrchu hlavy

Nejen kvalitní produkty, ale i špičkové služby

Vysoká technická úroveň termokamer FLIR není ale to jediné, co je třeba k dosažení kvalitních výsledků v technické diagnostice. Je to i kvalitní zaškolení a následná podpora uživatelů. To si výrobce FLIR uvědomuje a pro zachování dlouhodobé spokojenosti uživatelů nejen zlepšuje technické vlastnosti termokamer, ale věnuje velkou pozornost výběru svých partnerů v prodejní síti.

Společnost SpektraVision jako tzv. Pre­mium Partner FLIR a Platinový partner pro rok 2020 nabízí široké spektrum pokročilých termokamer FLIR s bezkonkurenční desetiletou zárukou na snímač a dále množství diagnostických přístrojů, jako jsou systémy pro nedestruktivní testování na bázi termografie (IrNDT), průmyslové i laboratorní vysokorychlostní kamery a další diagnostické přístroje. 

Dále pořádá největší odbornou konferenci Termografie v praxi 2020, zaměřenou na využití termokamer a termografie v mnoha oborech. Letošní konference se uskuteční od 23. do 24. září a autor článku zájemcům rád zašle pozvánku (kontakt: info@spektravision.cz). 

Ing. Štěpán Svoboda, SpektraVision s. r. o.