Streszczenie
W artykule przedstawiono metodĊ diagnostyki pieca szklarskiego z zastosowa-niem hybrydowego systemu wizyjnego umoĪliwiającego jednoczesną obserwacjĊ w paĞmie widzialnym i podczerwieni. Termowizja pozwala na bezkontaktowy pomiar rozkładu temperatury na zewnĊtrznych powierzchniach pieca. Na tej podstawie moĪna zlokalizowaü miejsca kumulacji ciepła, w których istnieje najwiĊksze prawdopodo-bieĔstwo awarii. Kamera pasma widzialnego zapewnia przyspieszenie lokalizacji i identyfikacji kontrolowanych obiektów oraz ułatwienie interpretacji wyników z ka-mery termowizyjnej. W artykule zaproponowano metodĊ wspomagania pomiarów duĪych powierzchni pieca za pomocą markerów laserowych pozwalających na prze-prowadzenie dokładnej inspekcji bez ryzyka pominiĊcia istotnych obszarów.
Słowa kluczowe: diagnostyka eksploatacyjna, przemysł szklarski, hybrydowy system wizyjny 1. Wprowadzenie
Diagnostyka eksploatacyjne wykorzystuje wyniki pomiarów realizowanych w sposób okre-sowy lub ciągły w celu wyznaczenia aktualnego stanu obiektu oraz wykrycia uszkodzenia. Do diagnozowania stanu urządzenia w diagnostyce eksploatacyjnej wykorzystuje siĊ symptomy stanu związane ze zmiennymi procesowymi (np. ciĞnienie, temperatura, moc), jak teĪ procesy resztkowe, które nieodłącznie towarzyszą eksploatacji kaĪdej maszyny: procesy termiczne, elektryczne lub wi-broakustyczne. UmoĪliwiają one prowadzenie procesu diagnozowania bez wyłączania urządzenia z ruchu (diagnostyka nieinwazyjna) [2]. W realizacji procesu diagnostyki istotny jest dobór odpo-wiedniej metody diagnostycznej (ekonomicznie uzasadnionej i dostarczającej informacji niezbĊdnych do poprawnej diagnozy) oraz dobór odpowiednich algorytmów diagnozowania uszko-dzenia (wykrywania, lokalizacji i prognozowania stanu). W pracy [9] jako jedną z najczĊĞciej wykorzystywanych metod diagnostycznych wymieniono inspekcjĊ wizyjną. SpoĞród obecnie istnie-jących rozwiązaĔ wykorzystywane są w tym celu kamery pasma widzialnego oraz coraz czĊĞciej kamery termowizyjne. WszĊdzie tam gdzie jakakolwiek przyczyna powoduje powstawanie bądĨ generowanie ciepła, pomiary termowizyjne stają siĊ niezastąpionym narzĊdziem diagnostyki [5]. W przemyĞle szklarskim istnieje zapotrzebowanie na okreĞlenie pewnych, istotnych parametrów cieplnych pracujących pieców i urządzeĔ oraz przebiegających procesów technologicznych. Bardzo pomocnym narzĊdziem jest w tym przypadku termowizja, która pozwala uzyskaü informacje o roz-kładach temperatury na zewnĊtrznych powierzchniach badanych obiektów [4].
W coraz wiĊkszej liczbie aplikacji znajdują zastosowanie metody hybrydowe łączące zalety obra-zowania w kilku zakresach spektralnych.
2. Budowa pieca szklarskiego
Wannowe piece szklarskie pracują w sposób ciągły zmianowy tzn. wszystkie stadia i procesy wytapiania szkła zachodzą jednoczeĞnie w róĪnych czĊĞciach wanny. Z jednej strony wanny do tzw. kieszeni zasypowej podawana jest mieszanina surowców tzw. zestaw do topienia szkła, który w zetkniĊciu z gorącym płomieniem topi siĊ i tworzy masĊ szklaną. Roztopione szkło wypełniając wannĊ przepływa do przeciwległego koĔca, w którym mieĞci siĊ czĊĞü wyrobowa. Tam masa szklana pobierana jest do maszynowego formowania wyrobów, a jej ubytki w wannie uzupełniane są zasypywaniem nowych porcji zestawu [7]. Piece szklarskie mogą byü opalane gazem ziemnym, gazem generatorowym lub olejem opałowym. Spalanie tych paliw odbywa siĊ przy pomocy palni-ków dających długi płomieĔ stykający siĊ z lustrem kąpieli na duĪej powierzchni. Piece wyposaĪone są równieĪ w układy regeneratorów ciepła, które pozwalają na podniesienie sprawnoĞci termicznej procesu wytapiania szkła. W komorze regeneratora nastĊpuje podgrzewanie dostarczanego powie-trza przy pomocy gorących spalin opuszczających piec. Regeneratory są urządzeniami pracującymi okresowo. W pierwszym okresie przez regenerator przepuszcza siĊ gorące spaliny, a w nastĊpnym okresie przepływające w kierunku przeciwnym powietrze pobiera ciepło w nim zakumulowane. Wanna szklarska osadzona jest na słupach podtrzymujących całą konstrukcjĊ, dziĊki czemu rozto-piona masa szklana kierowana jest grawitacyjnie do zasilaczy kanałowych, skąd dozowana jest do umieszczonych poniĪej automatów formujących. Przykładowy przekrój pieca szklarskiego wanno-wego przedstawiono na rysunku 1.
Rys. 1. Poglądowy przekrój pieca szklarskiego wannowego ħródło: [10]
WaĪnym elementem instalacji wanien szklarskich jest ich wyłoĪenie ogniotrwałe. MoĪna w nim wyróĪniü dwie czĊĞci róĪniące siĊ sposobem wykonania i rodzajem stosowanych materiałów ognio-trwałych. Jest to basen (topliwny i wyrobowy), który jest wypełniony przez stopioną masĊ szklaną
oraz tzw. czĊĞü ogniowa, którą tworzą Ğciany ponad lustrem szkła oraz sklepienie [7]. W budowa-nych obecnie piecach szklarskich stosuje siĊ wielowarstwowe wyłoĪenie Ğcian i dna basenu. WyłoĪenia wielowarstwowe są korzystniejsze ze wzglĊdu na mniejsze straty ciepła do otoczenia. Trzon (dno) basenu składa siĊ z cienkiej warstwy roboczej z bloków topionych, warstwy poĞredniej z wyrobów wysokoglinowych lub cyrkonowych oraz szamotowej warstwy izolacyjnej. Warstwa robocza układana jest na styk, bez zaprawy, natomiast warstwy poĞrednia i izolacyjna są murowane. ĝciany basenu budowane są w podobny sposób, przy czym w tym przypadku warstwa robocza ma wiĊkszą gruboĞü ze wzglĊdu na wyĪsze temperatury pracy i silniejsze oddziaływania erozyjne ką-pieli. Bloki Ğcian basenu są równieĪ, poza pasem szerokoĞci 20÷30 cm na poziomie lustra szkła, izolowane warstwą wyrobów szamotowych i izolacyjnych. Nieizolowany pas jest najczĊĞciej chło-dzony nadmuchem powietrza, co ma na celu osłabienie korozyjnego i erozyjnego oddziaływania szkła, które jest najsilniejsze na poziomie lustra szkła [4, 7]. Sklepienia oraz Ğciany przestrzeni og-niowej pieców wykonywane są od wewnątrz z wyrobów krzemionkowych, które zuĪywając siĊ nie zanieczyszczają kąpieli szklanej. Sklepienia i Ğciany przestrzeni ogniowej są od zewnątrz izolowane cieplnie najczĊĞciej za pomocą porowatych wyrobów krzemionkowych. Podczas eksploatacji pie-ców istnieje moĪliwoĞü wystąpienia awarii w postaci uszkodzenia wyłoĪenia ogniotrwałego, czego efektem moĪe byü wyciek rozgrzanej masy szklanej. Przykładowe zdjĊcia prezentujące uszkodzenia pieca szklarskiego przedstawiono na rysunku 2.
a) b)
c) d)
Rys. 2. ZdjĊcia przedstawiające uszkodzenia pieca szklarskiego: a, b) uszkodzenie dna wanny (widok odpowiednio od dołu oraz od góry), c, d) uszkodzenia Ğciany bocznej ħródło: [3]
3. Hybrydowy system wizyjny
Koncepcja hybrydowej metody wizyjnej polega na zastosowaniu dwóch kamer umoĪliwiają-cych jednoczesną inspekcjĊ badanego obiektu w paĞmie widzialnym – VIS (ang. visible) i podczerwieni – IR (ang. infrared) (rysunek 3). Obserwacja w paĞmie widzialnym umoĪliwia przede wszystkim wykrywanie i identyfikacjĊ wad struktur powierzchniowych obiektów. Obrazy VIS sto-sowane są równieĪ pomocniczo w celu ułatwienia i przyspieszenia lokalizacji i identyfikacji kontrolowanych obiektów lub ułatwienia interpretacji wyników z kamery IR. Termowizja jest ob-razowaniem w paĞmie podczerwieni polegającym na pomiarze promieniowania cieplnego wysyłanego przez obiekt i wyznaczaniu na tej podstawie rozkładu temperatur na jego powierzchni. UmoĪliwia to monitorowanie temperatury obiektów, wykrywanie obszarów lokalnych róĪnic tem-peratury, np. stref kumulacji ciepła. Do diagnostyki eksploatacyjnej pieca szklarskiego zastosowano metodĊ termografii pasywnej, w której energia cieplna pochodzi wyłącznie z badanego obiektu, znajdującego siĊ w normalnych warunkach pracy, bez dodatkowej stymulacji cieplnej.
Rys. 3. Koncepcja hybrydowej metody wizyjnej ħródło: opracowanie własne.
W celu przystosowania kamer do warunków przemysłowych, zostały one umieszczone w hy-brydowej głowicy wizyjnej (rysunek 4). Obudowa zabezpiecza moduł kamer przed niekorzystnym działaniem czynników zewnĊtrznych, w tym przede wszystkim podwyĪszoną temperaturą kontro-lowanego procesu oraz mogącymi siĊ pojawiü zanieczyszczeniami, zapyleniem, wilgocią lub udarami mechanicznymi. Głowica wyposaĪona jest w kamerĊ termowizyjną z niechłodzonym sen-sorem mikrobolometrycznym o rozdzielczoĞci 640x480 pikseli firmy InfraTec. Do rejestracji obrazów w paĞmie widzialnym zastosowano kamerĊ z monochromatycznym sensorem CCD o roz-dzielczoĞci 1600x1200 pikseli firmy Basler [1]. Kamery mocowane są do stolików obrotowych umoĪliwiających manualną zmianĊ połoĪenia kątowego w zaleĪnoĞci od odległoĞci widzenia.
a) b)
Rys. 4. Głowica wizyjna z kamerą pasma widzialnego i kamerą termowizyjną: a) widok ogólny, b) widok elementów wewnĊtrznych po zdjĊciu osłony czołowej ħródło: opracowanie własne.
Kamera pasma widzialnego, ze wzglĊdu na mniejsze wymiary, umieszczona jest na adapterze zapewniającym jednakową wysokoĞü osi optycznych obu torów wizyjnych. Podstawowe parametry zastosowanych kamer zostały przedstawione w tablicy 1.
Tablica 1. Podstawowe parametry kamer obu torów wizyjnych [1] Kamera termowizyjna Kamera pasma widzialnego Podsta-wowe parametry rozdzielczoĞü: 640x480 px, czułoĞü: 40mK @ 30°C, zakres spektralny: 7,5÷14µm, zakres pomiarowy: -40÷1200°C rozdzielczoĞü: 1600x1200 px, sensor monochromatyczny CCD, obiektyw C-mount
Do pozycjonowania głowicy wizyjnej wzglĊdem badanych obiektów zastosowano głowicĊ fo-tograficzną firmy Manfrotto, która mocowana jest do statywu typu tripod. Do oĞwietlenia obszaru obserwacji w paĞmie widzialnym zastosowano zarówno dostĊpne w zakładzie oĞwietlenie jak rów-nieĪ, podczas diagnostyki dna pieca, wykorzystano dodatkowo układ dwóch reflektorów halogenowych umieszczonych na statywach.
4. Badania cieplne pieca szklarskiego
Diagnostyka pieców szklarskich za pomocą termowizji polega na przeprowadzeniu pomiarów rozkładu temperatury na ich zewnĊtrznych powierzchniach. Na tej podstawie moĪna zlokalizowaü miejsca kumulacji ciepła, w których istnieje najwiĊksze prawdopodobieĔstwo awarii. Uzyskane roz-kłady temperatury pozwalają wnioskowaü o stanie technicznym wyłoĪenia ogniotrwałego. Prowadzone w tym zakresie prace, moĪna podzieliü na dwie grupy [4]:
x słuĪące wykryciu i lokalizacji miejsc zagroĪonych w celu podjĊcia doraĨnych prac zabezpiecza-jących (np. chłodzenie punktowe powietrzem lub wodą),
x słuĪące ocenie stopnia zuĪycia materiałów ogniotrwałych celem przedłuĪenia kampanii pieca. W artykule przeprowadzono analizĊ termogramów pod kątem lokalizacji obszarów szczególnie zagroĪonych w wyniku zwiĊkszonego korozyjnego i erozyjnego działania masy szklanej na mate-riały. Diagnostyka pieców za pomocą termowizji dotyczy najczĊĞciej basenu tzn. obszaru pieca, który jest przykryty masą szklaną i jest niewidoczny podczas normalnej eksploatacji. Metoda moĪe
byü równieĪ zastosowana do oceny stanu materiałów ogniotrwałych powyĪej lustra szkła w obszarze przestrzeni ogniowej oraz sklepienia. PoniĪej zaprezentowano przykładowe wyniki badaĔ po-wierzchni zewnĊtrznej dla róĪnych obszarów pieca: od sklepienia, poprzez Ğciany boczne, do dna wanny szklarskiej. Dla prezentowanych termogramów ustawiono wartoĞü współczynnika emisyjno-Ğci powierzchni bloków ceramicznych równą 0,95 [1]. Wykonano równieĪ korekcjĊ współczynnika transmisji okna germanowego zamontowanego w osłonie czołowej. Na podstawie wykonanych ba-daĔ wartoĞü współczynnika transmisji okna ochronnego wynosi 0,94.
4.1. Badania sklepienia pieca szklarskiego
W celu wykonania badaĔ sklepienia pieca szklarskiego hybrydowa głowica wizyjna wraz mo-dułem pozycjonującym została umieszczona na podeĞcie zainstalowanym ponad piecem (rysunek 5.b). W czasie badaĔ temperatura powietrza w pobliĪu głowicy wizyjnej wynosiła około 48°C.
a) b)
Rys. 5. Przykładowe zdjĊcia wykonane podczas badaĔ sklepienia pieca szklarskiego a) widok ogólny górnej czĊĞci pieca, b) widok głowicy wizyjnej z modułem pozycjonującym
umieszczonym na podeĞcie ponad sklepieniem ħródło: opracowanie własne.
Wymagana rozdzielczoĞü przestrzenna narzuca koniecznoĞü wykonania sekwencji pomiarów poszczególnych fragmentów powierzchni sklepienia. Po synchronicznej rejestracji pary obrazów IR-VIS, głowica była przemieszczana tak, aby objąü badaniem całą analizowaną powierzchniĊ. Przykładowe wyniki badaĔ zewnĊtrznej powierzchni sklepienia pieca szklarskiego zostały przed-stawione na rysunku 6. Na czas badaĔ z fragmentu sklepienia została usuniĊta zewnĊtrzna warstwa izolacji cieplnej (rysunek 6.a) w celu wyznaczenia rozkładu temperatury bezpoĞrednio na zewnĊtrz-nej powierzchni warstwy ogniotrwałej (rysunek 6.b).
a) b)
c)
Rys. 6. Przykładowa para obrazów zarejestrowanych za pomocą hybrydowego systemu wizyjnego podczas diagnostyki sklepienia pieca szklarskiego
a) obraz w paĞmie widzialnym, b) obraz w podczerwieni, c) wykres profilowy wzdłuĪ linii L1 na termogramie
ħródło: opracowanie własne.
Wykonano wykres profilowy wzdłuĪ linii L1 na termogramie w obszarze, w którym została usuniĊta warstwa izolacyjna (rysunek 6.c). NiejednorodnoĞü rozkładu temperatury w tym obszarze moĪe Ğwiadczyü o niejednakowym stopniu zuĪycia materiałów ogniotrwałych lub wystĊpującej asy-metrii opalania. Za pomocą badaĔ termowizyjnych moĪna równieĪ zidentyfikowaü obszary o podwyĪszonej temperaturze na powierzchni zewnĊtrznej warstwy izolacyjnej, lokalizując w ten sposób miejsca najwiĊkszych strat cieplnych. Wykrycie miejsc zwiĊkszonej emisji ciepła z po-wierzchni pieców moĪe przyczyniü siĊ do poprawienia bilansu cieplnego urządzenia. Na Ğwiecie dominują tendencje do zmniejszania iloĞci energii odprowadzanej do otoczenia kosztem lepszych jakoĞciowo materiałów i ich mocniejszego zaizolowania. Wysokie ceny noĞników energii powo-dują, Īe ma to równieĪ ekonomiczne uzasadnienie [4].
4.2. Badania powierzchni bocznej basenu topliwnego
Badania wykonano na zewnĊtrznej powierzchni bocznej basenu topliwnego pieca. W tym celu głowica wizyjna została ustawiona poziomo na podeĞcie tak, aby obserwowała powierzchniĊ basenu w pobliĪu poziomu lustra szkła, która widoczna jest na zdjĊciu w postaci nieizolowanej wnĊki (ry-sunek 7). Obszar ten jest dodatkowo chłodzony nadmuchem powietrza z dysz umieszczonych poniĪej. W czasie badaĔ temperatura powietrza w pobliĪu głowicy wizyjnej wynosiła około 53°C.
Rys. 7. Poglądowe zdjĊcie wykonane podczas badaĔ powierzchni bocznej pieca ħródło: opracowanie własne.
Badania wykonane w tym obszarze mają istotne znaczenie, poniewaĪ na podstawie dostĊpnej literatury stwierdzono, Īe kaĪdorazowo najwiĊksze zuĪywanie siĊ materiałów ogniotrwałych wystĊ-puje na poziomie lustra szkła [4, 7]. Przykładowe wyniki badaĔ powierzchni bocznej basenu topliwnego zaprezentowano na rysunku 8.
a) b)
c)
Rys. 8. Przykładowa para obrazów IR-VIS zarejestrowanych podczas badaĔ powierzchni bocznej basenu topliwnego pieca w pobliĪu poziomu lustra szkła
a) obraz w paĞmie widzialnym, b) obraz w podczerwieni, c) wykres profilowy wzdłuĪ linii L1 na termogramie
ħródło: opracowanie własne.
WyĪsza temperatura na powierzchni pojedynczego bloku z materiału ogniotrwałego (rysu-nek 8.b, 8.c) Ğwiadczy najprawdopodobniej o jego nadmiernym zuĪyciu wzglĊdem pozostałych bloków.
4.3. Badania dna wanny szklarskiej
W celu wykonania badaĔ, hybrydowa głowica wizyjna została ustawiona pod piecem i skiero-wana pionowo do góry, prostopadle do powierzchni dna pieca (rysunek 9.b) [1]. W czasie badaĔ temperatura powietrza w pobliĪu głowicy wizyjnej wynosiła około 32°C. Do oĞwietlenia obszaru obserwacji w paĞmie widzialnym zastosowano oĞwietlenie sztuczne w postaci dwóch reflektorów halogenowych, kaĪdy o mocy 400W, umieszczonych na indywidualnych statywach.
a) b)
Rys. 9. Przykładowe zdjĊcia wykonane podczas badaĔ dna pieca szklarskiego a) widok fragmentu dolnej czĊĞci pieca,
b) widok głowicy wizyjnej z układem oĞwietleniowym ħródło: opracowanie własne.
Na rysunku 10 zaprezentowano przykładowe wyniki badaĔ powierzchni zewnĊtrznej dna wanny szklarskiej. Na termogramie zaznaczono obszary wykazujące nadmierną temperaturĊ wystĊ-pujące w miejscu łączenia bloków warstwy izolacyjnej. Zastosowanie w odpowiednim czasie chłodzenia, dla obszarów najbardziej zagroĪonych, pozwala na skuteczne wyhamowanie procesów niszczenia materiałów.
a) b)
Rys. 10. Przykładowa para obrazów zarejestrowanych za pomocą hybrydowego systemu wizyjnego podczas diagnostyki powierzchni dna pieca szklarskiego
a) obraz w paĞmie widzialnym, b) termogram z wykrytymi przegrzanymi obszarami ħródło: opracowanie własne.
Badania termowizyjne mogą byü wykorzystane do okreĞlenia momentu uruchomienia chłodze-nia oraz do optymalizacji układu chłodzącego w trakcie kampanii, jak równieĪ do praktycznej lokalizacji miejsc zwiĊkszonego korozyjnego i erozyjnego działania masy szklanej na materiały [4, 6].
5. Metoda wspomagania pomiarów za pomocą markerów laserowych
Znaczne rozmiary badanych obiektów oraz wymagana rozdzielczoĞü przestrzenna rozkładu temperatury zewnĊtrznej powierzchni pieca narzuca koniecznoĞü wykonywania sekwencji termo-gramów. KaĪdorazowo po wykonaniu rejestracji pojedynczego obrazu, kamera jest przemieszczana tak, aby objąü badaniem cały obszar obserwacji. Analizowana powierzchnia charakteryzuje siĊ po-wtarzalną fakturą, co znacznie utrudnia lub całkowicie uniemoĪliwia automatyczne utworzenie mozaiki termogramów. Dodatkowo podczas prowadzenia pomiarów jedynie z wykorzystaniem ka-mery termowizyjnej istnieje duĪe ryzyko pominiĊcia istotnych obszarów w wyniku błĊdnego okreĞlenia lokalizacji na termogramie [1]. W pracy [8] przedstawiona została metoda identyfikacji połoĪenia obiektów, w przypadku braku cech szczególnych lub w sytuacji wystĊpowania cech po-wodujących dezorientacjĊ na rejestrowanych obrazach. W takim wypadku do lokalizacji połoĪenia wykorzystuje siĊ dodatkowo wskaĨnik laserowy. Plamka Ğwiatła emitowana przez laser jest wi-doczna na obrazie w paĞmie widzialnym, ale nie wiwi-doczna na obrazie termowizyjnym. Zastosowanie hybrydowej metody wizyjnej z torem obserwacji w paĞmie widzialnym i podczerwieni, w połącze-niu z aktywnym systemem markerów laserowych pozwala na przeprowadzenie dokładnej inspekcji powierzchni pieca szklarskiego (rysunek 11).
Rys. 11. Koncepcja hybrydowego systemu wizyjnego z układem aktywnego wspomagania pomiarów termowizyjnych za pomocą markerów laserowych ħródło: opracowanie własne.
Na powierzchni obserwowanej przez kamerĊ pasma widzialnego emitowane są znaczniki punk-towe za pomocą dwóch diod laserowych. W oprogramowaniu systemu wskazywane są punkty, w których powinny znaleĨü siĊ znaczniki. Operator systemu, korzystając z podglądu on-line, prze-mieszcza moduły laserowe tak, aby znaczniki znalazły siĊ dokładnie w miejscu wskazanym przez oprogramowanie. WspółrzĊdne X, Y wskaĨników są dobrane w taki sposób, aby zapewniü odpo-wiednią wielkoĞü wspólnych obszarów dla kolejnych obrazów. Po ustaleniu połoĪenia modułów
laserowych, wykonywana jest rejestracja pary obrazów IR-VIS. Po wykonaniu zdjĊcia, nie zmie-niając połoĪenia laserów, moduł wizyjny przemieszczany jest wzglĊdem osi OY do momentu aĪ znaczniki znajdą siĊ symetrycznie po drugiej stronie obrazu. NastĊpnie, korzystając z podpowiedzi programu, wskaĨniki przemieszczane są przez operatora na nowe pozycje. Procedura ta powtarzana jest aĪ do granicy obszaru, który ma zostaü poddany badaniu. W kolejnym etapie znaczniki prze-mieszczane są w kierunku wertykalnym. Procedura skanowania odbywa siĊ dalej w kierunku odwrotnym, aĪ do uzyskania pełnego pokrycia zewnĊtrznej powierzchni pieca. Na rysunku 12 przedstawiono przykładowe wyniki badaĔ powierzchni dna pieca z zastosowaniem aktywnego układu wspomagania pomiarów za pomocą markerów laserowych. Na obrazach w paĞmie widzial-nym zostały umieszczone okrĊgi, wewnątrz których znajdują siĊ znaczniki laserowe ustalające połoĪenie głowicy wizyjnej.
a) c)
b)
Rys. 12. Przykładowe wyniki badaĔ dna pieca z zastosowaniem układu wspomagania pomiarów za pomocą markerów laserowych
a, b) para obrazów w paĞmie widzialnym zawierająca obszar wspólny, c) termogram uzyskany w wyniku połączenia dwóch zarejestrowanych obrazów IR
ħródło: opracowanie własne.
Wykorzystanie dwóch modułów laserowych gwarantuje precyzyjne przemieszczanie modułu wizyjnego w dwóch ortogonalnych kierunkach. Zaletą przedstawionej metody jest moĪliwoĞü uzy-skania pełnej mozaiki termogramów analizowanej powierzchni, bez ryzyka pominiĊcia istotnych obszarów, a takĪe ułatwienie i przyspieszenie wykonywania pomiarów duĪych powierzchni [1].
6. Podsumowanie
Zaprezentowana metoda diagnostyki pieców szklarskich za pomocą kamery termowizyjnej moĪe byü zastosowana do oceny stanu materiałów ogniotrwałych w róĪnych obszarach pieca (poni-Īej i powy(poni-Īej lustra szkła). Identyfikacja miejsc o podwyĪszonych temperaturach na powierzchniach zewnĊtrznych pieca pozwala zlokalizowaü stany przedawaryjne i awaryjne oraz okreĞliü ich zakres. Zastosowanie w odpowiednim czasie chłodzenia (powietrzem lub wodą), dla obszarów najbardziej zagroĪonych, pozwala na skuteczne wyhamowanie procesów niszczenia materiałów. Wykrycie miejsc zwiĊkszonej emisji ciepła z powierzchni pieców moĪe przyczyniü siĊ równieĪ do poprawie-nia bilansu cieplnego urządzepoprawie-nia Dodatkowe korzyĞci uzyskuje siĊ w wyniku jednoczesnej rejestracji obrazów w paĞmie widzialnym. Za pomocą kamery pasma widzialnego moĪliwe jest zna-czące ułatwienie i przyspieszenie lokalizacji i identyfikacji kontrolowanych obiektów oraz ułatwienie interpretacji wyników z kamery termowizyjnej. Poprzez połączenie analizy skorelowa-nych obrazów z dwóch zakresów spektralskorelowa-nych uzyskuje siĊ dodatkowe informacje o badanym obiekcie. Prowadząc pomiary jedynie z wykorzystaniem kamery termowizyjnej istnieje duĪe ryzyko pominiĊcia istotnych obszarów w wyniku błĊdnego okreĞlenia lokalizacji na termogramie. Zastoso-wanie hybrydowej metody wizyjnej z torem obserwacji w paĞmie widzialnym i podczerwieni, w połączeniu z aktywnym systemem markerów laserowych pozwala na przeprowadzenie dokładnej inspekcji powierzchni pieca szklarskiego. Główną zaletą zastosowania metod wizyjnych do diagno-styki pieców szklarskich jest: bezkontaktowy pomiar, nieniszczący charakter badaĔ, duĪa szybkoĞü pomiaru.
Praca naukowa wykonana w ramach realizacji Programu Strategicznego pn. „Innowacyjne systemy wspomagania technicznego zrównowaĪonego rozwoju gospodarki” w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospodarka.
Bibliografia
1. Czajka P., Garbacz P., Use of hybrid vision methods for the diagnostics of technical processes, Problemy Eksploatacji 3/2013 (90), str. 73–85.
2. Czech J., Wybrane metody i narzĊdzia diagnostyki obiektów technicznych, Utrzymanie Ruchu 1/2011, str. 8–12.
3. Lenzner D., (2014, kwiecieĔ). Selected cases of damage: Glass industry [Online]. DostĊpne: http://www.lenzner-consulting.de/english/schadensfaelle.htm
4. Madura H. (red.), Pomiary termowizyjne w praktyce, Agenda Wydawnicza PAKu, Warszawa 2004, str. 46–51.
5. Minkina W., Pomiary termowizyjne – przyrządy i metody, Wydawnictwa Politechniki CzĊstochowskiej, CzĊstochowa 2004.
6. Osiadły J., Opracowanie optymalnego systemu izolacji oraz racjonalnego systemu chłodzenia pieców w trakcie kampanii, Praca ISiC, Kraków 1997.
7. Piech J., Piece ceramiczne i szklarskie, AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2001.
8. Schmidt R., (2014, kwiecieĔ). Benefits of IR/Visible Fusion [Online]. DostĊpne:
9. Sullivan G., Pugh R., Melendez A., Hunt W., Operations & Maintenance Best Practices. A Guide to Achieving Operational Efficiency, Prepared by Pacific Northwest National Laboratory for the Federal Energy Management Program, U.S. Department of Energy 8/2010.
10. Zakłady Magnezytowe "ROPCZYCE" S.A., (2014, kwiecieĔ). Piec szklarski [Online]. DostĊpne: http://www.ropczyce.com.pl/przemysl-szklarski-312,2.html
OPERATING DIAGNOSTICS OF A GLASS FURNACE USING A HYBRID VISION SYSTEM
Summary
The paper presents the hybrid vision method for diagnostics of glass furnaces. The developed system enables simultaneous inspection in the visible and infrared spectral band. Thermovision allows for non-contact measuring of the temperature dis-tribution on the outside surfaces of furnace. Detection of heat accumulations areas on the thermograms enables a localization of areas with increased risk for breakdown. The advantage of using visible light camera is to facilitate and speed up the location and identification of the controlled areas and the interpretation of the thermograms. The paper also presents a method for examination of large areas of furnace with use of laser markers. This solution enables to obtain the full mosaic of thermograms of the analysed surface without the risk of omission of relevant areas.
Keywords: operating diagnostics, glass industry, hybrid vision system Piotr Czajka
Piotr Garbacz
Instytut Technologii Eksploatacji – PaĔstwowy Instytut Badawczy Zakład Mechatroniki
ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom e-mail: piotr.czajka@itee.radom.pl
