ES2340421T3 - Metodo para el registro de radiacion termica en procesos de produccion termicos. - Google Patents

Abstract

Método para el registro de imágenes térmicas mediante cámaras térmicas en un monitor (14), especialmente para medir la temperatura en procesos de producción térmicos, con una cámara térmica (3) situada en una carcasa con movimiento giratorio (2) y un dispositivo de ventilación, y con una carcasa de base fija (5), a la que llegan cables y líneas de abastecimiento y de señal (7), así como al menos una cámara de suministro de aire (B), la carcasa de base (5) y la carcasa (2) que sostiene la cámara (3) están comunicadas mediante un tubo de unión (8), que sirve como eje de giro, que recibe la corriente de aire y en el que están los cables o líneas de abastecimiento y de señal (7), caracterizado por que se lleva a cabo una sincronización a tiempo real de la posición de la cámara y de la imagen térmica a tiempo real mediante una sincronización absoluta del dispositivo de accionamiento de la cámara con la señal de la cámara, mientras que la cámara (3) se mueve geométricamente a tiempo real de acuerdo con la velocidad de escaneo sobre la superficie que debe supervisarse y las imágenes (15) escaneadas se encajan unas con otras para formar una imagen térmica completa (16) en el monitor (14), de forma que la imagen térmica completa (16) se actualiza continuamente.

Description

Método para el registro de radiación térmica en procesos de producción térmicos.

El invento hace referencia a un método para el registro de imágenes térmicas amplias con cámaras térmicas en un monitor, especialmente para medir la temperatura en procesos de producción con una cámara térmica situada en una carcasa con movimiento giratorio y un dispositivo de ventilación.

Los dispositivos para la captación de radiación térmica, como pirómetros, cámaras lineales infrarrojas y cámaras infrarrojas que, debido a un movimiento de traslación o rotación, pueden registrar una superficie de un tamaño superior a la superficie de su sensor sensible a la radiación, se utilizan como sensores térmicos en numerosos sectores industriales para supervisar continuamente procesos térmicos. Con la tecnología de infrarrojos se puede registrar de manera sencilla información térmica sobre la calidad de los productos o la eficiencia de la producción que, con métodos tradicionales, como elementos térmicos o cámaras, no se pueden registrar o sólo de manera insufi-
ciente.

Para la supervisión térmica en el ámbito de la prevención contra incendios, por ejemplo, de un depósito de desechos con dimisiones geométricas de hasta 80 m de largo, 30 m de ancho y 30 m de profundidad, una cámara térmica fija, cuya óptica está diseñada de manera que se pueda registrar simultáneamente todo el depósito de desechos, proporciona una resolución geométrica tan pequeña que por ejemplo incendios en el borde del depósito deberían tener un tamaño mínimo de 3 m x 3 m para poder ser detectados como incendios. Sin embargo, las normas de la prevención contra incendios requieren una resolución de 0,4 m x 0,4 m. Por este motivo, no se podría utilizar una cámara de infrarrojos fija en el depósito de desechos.

Normalmente se utilizan dispositivos de desplazamiento para videocámaras normales equipados con una cámara térmica. Debido a la técnica de propulsión, con esta solución sólo es posible registrar una única imagen térmica. Debido a la técnica de propulsión, que sólo alcanza posiciones independientemente de la cámara térmica, únicamente existe la posibilidad de descomponer en pequeñas imágenes térmicas la superficie geométrica del depósito de desechos. Esto se realiza mediante los dispositivos de desplazamiento tradicionales, con los que se capta segmento a segmento la imagen, para así construir gradualmente la imagen térmica completa a partir de imágenes individuales yuxtapuestas. La desventaja es la yuxtaposición discontinua de la imagen infrarroja a una imagen completa. Con este método no es posible una representación de la imagen térmica rápida a tiempo real, aproximadamente 50 imágenes/segundo. Por lo tanto, no es posible observar directamente determinados puntos ni reconocer directamente el lugar de un incendio incipiente. Éste se manifiesta mediante un cambio local rápido debido a un aumento de calor, sobre todo cuando se trata de un fuego sin llamas que no se encuentra en la superficie, sino en un nivel inferior de la montaña de basura y, por lo tanto, sólo se puede identificar mediante su movimiento.

Condicionadas por la situación, al supervisar procesos térmicos las cámaras infrarrojas están expuestas en la mayoría de los casos a una gran carga de temperatura. En particular, cuando se debe registrar una superficie de sensor mayor que la de la cámara, deben moverse los sensores. Es frecuente conectar un sensor, p.ej. una cámara térmica con un dispositivo de escaneo y así controlar la posición de la cámara térmica. Dado que debido a sus características la cámara térmica normalmente no puede superar una temperatura ambiental de 60ºC, ésta se refrigera por lo menos mediante aire, ya que a menudo la temperatura ambiental es muy elevada.

Por ejemplo, en la producción de papel, por motivos de calidad se debe supervisar que el perfil de temperatura de un rodillo alisador se mantenga uniforme. Para ello se escanea el rodillo y durante el escaneo se registra un perfil de temperatura. Aquí están presentes calor extremo, humedad y suciedad. Llega un punto en el que se ensucian los conductos y los cables y todas las partes móviles que componen el sistema de la cámara, de manera que ésta no puede moverse o resulta dañada o totalmente destrozada debido al sobrecalentamiento.

Además, se debe asegurar con un purgador de aire que se evitan agentes externos como el polvo o la contaminación relacionada con la producción. Por ejemplo, en plantas de incineración de basura o en instalaciones para apagar coque se presentan condiciones ambientales de suciedad, de manera que la suciedad llega al objetivo de la cámara. Por este motivo, en los sistemas disponibles actualmente en el mercado se conduce el aire a la cámara mediante una cámara de aire móvil. Asimismo, el suministro de corriente y la señal del sensor deben conducirse a los sensores mediante un cable o empalme de cables móvil. De esta manera, la cámara de aire y los cables se exponen a una temperatura ambiental elevada. Además, estos conductos, cables y conexiones se llevan a cabo de manera mecánica y muy laboriosa, para que así funcionen sin ningún problema durante años.

La desventaja a este respecto es que se han tenido malas experiencias relacionadas con la transmisión del movimiento de la cámara, ya que la carga mecánica y térmica del sistema de medición es demasiado elevada para un funcionamiento continuo durante años. Esto se debe también a que los cables exteriores o los tubos deben moverse. Los cables exteriores y los cables de abastecimiento de aire están expuestos hasta cierto límite a altas temperaturas, debido al funcionamiento climático en verano/invierno y condiciones de producción húmedas o de calor, p.ej. en la supervisión de procedimientos de extinción de carbón ardiente, rodillos calientes en la producción de papel, etc. Las cámaras de abastecimiento de aire y los cables resisten durante un tiempo determinado pero más adelante aparecen grietas en los cables y se ensucia la cámara y sus grupos propulsores y la electrónica. Las variantes en las que, en lugar de con aire, la óptica se mantiene limpia por medio de un limpia lentes colocado en la superficie visible de la cámara, por lo general engrasan, lo que conlleva problemas de visibilidad y de adulteraciones en los valores de medición. Por ello, el sistema de control es muy propenso a sufrir averías.

Además se conoce del DE 36 14 277 A1 un sistema de vigilancia de fuego con un dispositivo de determinación de fuentes de fuego, que está caracterizado por un cabezal detector, que muestra un campo visual y está adaptado para detectar energía de radiación térmica de una superficie supervisada; un dispositivo propulsor de exploración vertical, para permitir que la cabeza detectora explore un área de detección de poca anchura en la superficie de supervisión y un dispositivo propulsor de exploración horizontal para sujetar encima el cabezal detector y los dispositivos propulsores de exploración verticales nombrados, virable en posición horizontal; y un contador para la ejecución de un procesamiento de señales necesario y de una decisión basada en la señal de detección del cabezal detector, que está accionado en dirección vertical y horizontal para explorar toda la superficie de vigilancia. Por consiguiente, esta solución constituye básicamente el procedimiento general en forma de un sistema de vigilancia de fuegos por exploración, para que por medio de un sensor de punto único (pirómetro) se pueda grabar una imagen térmica.

El invento debe conseguir un método para el registro de radiación térmica del tipo nombrado al principio, con el que se pueda conseguir una representación continua de una imagen infrarroja móvil a tiempo real, de forma que se puedan reconocer e interpretar mejor los cambios térmicos, como focos de incendios, en el área supervisada. Además, con el dispositivo se deben proteger todos los elementos sensibles al medio ambiente, como la electrónica, los sensores, cables, etc. de cargas de temperaturas extremas y de medios agresivos y disminuir las cargas mecánicas.

El invento se basa en el conocimiento de que una sincronización a tiempo real de la posición de la cámara y la imagen térmica a tiempo real permiten una representación continuada sincronizada con la cámara y precisa respecto al lugar, de manera que el usuario puede reconocer a tiempo real un cambio térmico, por ejemplo, un incendio y situarlo en el espacio y de que una carga de temperatura o de suciedad excesiva puede dañar o destruir de manera permanente la función de una cámara térmica, pero una corriente continua de aire de la unidad de equipo térmica elimina esta desventaja.

El invento parte de un método y de un dispositivo para el registro de imágenes térmicas amplias con cámaras térmicas en un monitor, especialmente para medir la temperatura en procesos de producción térmica según los conceptos generales de las reivindicaciones 1 y 10.

La actividad se resuelve de manera que por medio de una sincronización absoluta del dispositivo de accionamiento de la cámara con la señal de la cámara se consigue una sincronización a tiempo real de la posición de la cámara y la imagen térmica a tiempo real. La cámara se mueve a tiempo real geométricamente por el área que debe registrarse de acuerdo con la velocidad de escaneo predeterminada y las imágenes individuales escaneadas se encajan unas con otras de manera que forman una imagen térmica completa. Así, la imagen térmica completa se actualiza continuamente.

Según otra configuración del procedimiento según este invento, se prevé que la posición actual de la cámara en cada caso en la representación en el monitor esté delimitada por medio de las barras que separan las imágenes individuales en la imagen térmica completa.

En el registro de imágenes térmicas amplias con cámaras térmicas, el tamaño de la imagen registrable está restringido por la resolución de imagen de la cámara en combinación con la óptica empleada. Mediante este método, una sincronización a tiempo real de la posición de la cámara y la imagen térmica a tiempo real permiten una representación continuada sincronizada con la cámara y precisa respecto al lugar, de manera que el usuario puede reconocer a tiempo real un cambio térmico, por ejemplo, un incendio y situarlo en el espacio. Aquí es decisiva una sincronización absoluta del dispositivo de accionamiento de la cámara con la señal de la cámara. Este método asegura una imagen fiel a la posición independientemente de la potencia del ordenador de procesamiento de imágenes y de la velocidad de escaneo del dispositivo de desplazamiento de la cámara.

Este método proporciona muchas ventajas en comparación con el estado actual de la técnica. Debido a la alta precisión en la formación de la imagen sincronizada, la imagen térmica completa no parece una imagen formada por numerosas fotos individuales, sino que parece que se haya tomado como una única imagen. Precisamente en la tecnología para la detección de incendios, las representaciones a tiempo real suponen una gran ventaja para prevenir incendios.

Si se han de realizar tomas de grandes superficies, este método sustituye a varias cámaras individuales. Además, junto con el dispositivo diseñado según la invención, simplifica considerablemente el uso del sistema de registro térmico en áreas con riesgo de explosión, ya que mediante una sobrepresión ejercida de forma continua por medio de la conducción de aire central del sistema no entran en contacto gases combustibles con la electrónica.

Por medio de la sincronización de la posición de la cámara y de la imagen térmica se puede realizar una observación a tiempo real casi independientemente de la velocidad de escaneo.

Otras configuraciones del método del invento actual se desprenden de las reivindicaciones 2 a 9, cuyas características se comentan a continuación con respecto al dispositivo que funciona mediante el método del actual invento.

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A la carcasa con movimiento giratorio que sostiene de la cámara se le asigna una carcasa de base fija en la que desembocan el cable de suministro de corriente y el de señal, así como al menos una cámara de suministro de aire. La carcasa de base y la que sostiene la cámara están comunicadas mediante un tubo de unión, que sirve como eje de giro y que recibe la corriente de aire y en el que están los cables de abastecimiento de corriente y de señal.

El principio de funcionamiento de la unidad de equipo se basa en que el aire es dirigido centralmente por el sistema completo en el interior de la unidad del equipo y es traspasado centralmente al eje de giro desde la parte del equipo fija, la carcasa de base, a la parte móvil del equipo, la carcasa que sostiene la cámara. En el tubo de unión, que sirve como eje de giro, también se conducen el cable de suministro de corriente y de señal.

Una ventaja especialmente importante es que los empalmes de cables sólo se tuercen ligeramente por la suspensión simétrica del eje de giro en el tubo de unión entre la carcasa móvil y la carcasa de base y, por lo tanto, apenas están expuestos a cargas mecánicas.

El sistema completo, incluido el cable, se refrigeran continuamente mediante el aire refrigerado centralmente y, además, mediante la limpieza de la óptica de la cámara, el aire actúa contra la suciedad y, por lo tanto, contra un mal funcionamiento de los sensores.

El montaje de la unidad de equipo en un sistema completo da como resultado que ni la electrónica ni los cables estén al descubierto. La unidad de equipo está completamente protegida y funciona en un ambiente extremadamente hostil y difícil, sin que la fabricación de la unidad de equipo resulte muy cara o costosa. La carcasa del aparato se puede calentar sin problemas a aproximadamente 150ºC gracias a la refrigeración por medio de aire.

Con ello, este dispositivo tiene una larga duración. La estructura de la unidad de equipo es robusta y no necesita mantenimiento y es ideal, por ejemplo, para el control de incendios en depósitos de desechos. La unidad de equipo, gracias a su sistema de refrigeración y de soplado de despeje, trabaja en ambientes extremadamente hostiles en los que aparecen vapores con partículas de suciedad.

También se pueden tener en cuenta como cámaras un pirómetro, cámaras lineales, cámaras infrarrojas, cámaras de imágenes o semejantes.

Además, entre la carcasa de base y la carcasa con movimiento giratorio que sostiene la cámara hay dispuesto un cojinete giratorio. Así, la carcasa que sostiene la cámara puede rotar 360° a nivel horizontal, de manera que, gracias a esta posibilidad de movimiento, se puede registrar una superficie de un tamaño superior a la superficie de su sensor sensible a la radiación.

Por otra parte, el aparato puede construirse de manera que el cojinete giratorio esté provisto con un mecanismo volcador para inclinar la carcasa que sostiene la cámara a un nivel vertical.

Para permitir el movimiento de rotación y de vuelco de la carcasa que sostiene la cámara, ésta se puede dirigir preferentemente mediante un elemento propulsor integrado en la carcasa de base, preferentemente mediante un motor de avance gradual controlado por un microprocesador.

Para que la unidad de mando para el elemento propulsor también esté protegida frente a temperaturas extremas, suciedad y humedad, se aloja en la carcasa de base tras haber perfeccionado la unidad de equipo.

Por último, en la carcasa de base se construye al menos una abertura para el cable de suministro de corriente y de señal, así como para la cámara de suministro de aire.

Los métodos del presente invento y los dispositivos correspondientes son especialmente adecuados para la detección temprana de incendios en áreas extensas, por ejemplo en depósitos de desechos en la industria de tratamiento de residuos, p.ej. en el sector de eliminación de residuos y de centrales eléctricas. Así se puede conseguir una supervisión de varios trenes de fabricación con un sólo sistema de este tipo.

El invento se especifica en la siguiente descripción mediante un ejemplo de diseño, que se representa en las imágenes. Se muestra:

Fig. 1 un dispositivo para el registro de radiación térmica, que funciona según el método del presente invento, y

Fig. 2 una representación de una imagen térmica completa compuesta por varias imágenes individuales de un área supervisada, que se muestra en un monitor.

En un principio, el dispositivo 1 comprende una carcasa 2 con movimiento giratorio de 360º, en la que se coloca una cámara térmica 3, p.ej. una cámara infrarroja, una cámara lineal o un pirómetro. La carcasa móvil 2 posee una abertura de visualización 4, mediante la que una señal de un objeto de medición no representado en detalle se ve en la cámara 3, como está representado mediante la flecha en negrita.

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Debajo de la carcasa 2 con movimiento giratorio que sostiene la cámara 3, se encuentra una carcasa de base fija 5, que rota por medio de un cojinete giratorio 6 y está en unión activa con la carcasa 2 de movimiento giratorio que sostiene la cámara 3.

Las líneas o cables de señal y de suministro eléctrico 7 parcialmente dibujadas, representadas esquemáticamente como flecha A, están tendidos en el interior de la carcasa 2 de tal manera que llegan al interior de la carcasa de base 5 lo más cerca posible a lo largo del eje de giro en el centro del cojinete giratorio 6 por medio de un tubo de unión 8. La distancia entre el tubo de unión 8 y la placa base de la carcasa de base 5 está llevada a cabo de tal manera, que los cables o líneas de transmisión de datos o abastecimiento y de señal 7 no se doblan. El cojinete giratorio 6 permite un giro de la carcasa 2 de movimiento giratorio con la cámara 3 térmica integrada de hasta 360º.

Dado el caso se puede cambiar la carcasa 2 mediante un mecanismo volcador vertical, que se puede integrar en el eje de giro 6, a una inclinación horizontal. Esta inclinación vertical también se puede llevar a cabo como la rotación de la carcasa 2 mediante un elemento propulsor 9. Otra posibilidad de ejecutar el movimiento de rotación y de vuelco de la carcasa 2 es la utilización de un motor de avance gradual controlado por un microprocesador, que puede dirigirse a una posición exacta. Como elemento propulsor 9 se pueden utilizar otros propulsores conocidos. En la carcasa 5 de base se monta una unidad de mando 10 para el elemento propulsor 9 para disminuir la masa de rotación de la unidad de equipo.

El aire de refrigeración para todo el dispositivo 1 se conduce mediante una apertura 11 para una cámara de suministro de aire B, representada esquemáticamente con una flecha, a la carcasa de base 5. A continuación, éste llega a la carcasa 2 que sostiene la cámara 3 por medio del tubo de unión 8 y la abandona por la abertura de visualización 4.

Las líneas o cables de transmisión de datos o abastecimiento y de señal 7 llegan a los sensores desde una apertura 12 situada en la carcasa de base 5 también por medio del tubo de unión 8. Todas las líneas o cables móviles 7 se encuentran por consiguiente en el interior de la unidad de equipo 1.

Con ello, el aire asume la refrigeración de la unidad de equipo 1, incluidos los cables o líneas de abastecimiento 7. Al mismo tiempo se utiliza para la limpieza de la óptica del sensor y, de esta manera, evita un ensuciamiento de la óptica del sensor causada por el polvo y contaminación relacionada con la producción. De esta menear se asegura un servicio permanente que no necesita mantenimiento.

Para la asistencia en la localización puede ser de utilidad que un dispositivo 1 modificado posea una cámara de imágenes 13 para la cámara 3. Las líneas o cables eléctricos 7 se conducen en este caso, igual que en los sensores, por medio del tubo de unión 8.

Además se prevé un ordenador con monitor 14 para la representación de las imágenes individuales 15 registradas por la cámara 3, que recibe las señales por medio de una línea de señal 7. Las imágenes individuales 15 forman una imagen térmica global 16, en la que las imágenes individuales 15 controladas por ordenador están separadas unas de las otras por barras verticales 17, apenas visibles para el observador.

Lista de números de referencia

1

Dispositivo

2

Carcasa con movimiento giratorio

3

Cámara térmica

4

Abertura de visualización

5

Carcasa de base

6

Cojinete giratorio

7

Cables o líneas de abastecimiento y de señal

8

Tubo de unión

9

Elemento propulsor

10

Unidad de mando

11

Abertura

12

Abertura

13

Cámara de imágenes

14

Monitor

15

Imagen individual

16

Imagen térmica completa

17

Barras.

Claims (9)

1. Método para el registro de imágenes térmicas mediante cámaras térmicas en un monitor (14), especialmente para medir la temperatura en procesos de producción térmicos, con una cámara térmica (3) situada en una carcasa con movimiento giratorio (2) y un dispositivo de ventilación, y con una carcasa de base fija (5), a la que llegan cables y líneas de abastecimiento y de señal (7), así como al menos una cámara de suministro de aire (B), la carcasa de base (5) y la carcasa (2) que sostiene la cámara (3) están comunicadas mediante un tubo de unión (8), que sirve como eje de giro, que recibe la corriente de aire y en el que están los cables o líneas de abastecimiento y de señal (7), caracterizado por que se lleva a cabo una sincronización a tiempo real de la posición de la cámara y de la imagen térmica a tiempo real mediante una sincronización absoluta del dispositivo de accionamiento de la cámara con la señal de la cámara, mientras que la cámara (3) se mueve geométricamente a tiempo real de acuerdo con la velocidad de escaneo sobre la superficie que debe supervisarse y las imágenes (15) escaneadas se encajan unas con otras para formar una imagen térmica completa (16) en el monitor (14), de forma que la imagen térmica completa (16) se actualiza continuamente.

2. El método según la reivindicación 1, caracterizado por que la posición respectiva actual de la cámara (3) representada en el monitor (14) está delimitada mediante las barras de separación (17) de imágenes individuales (15) en la imagen térmica completa (16).

3. El método según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que se utiliza preferentemente como cámara (3) una cámara infrarroja, una cámara lineal o de imágenes o un pirómetro.

4. El método según las reivindicaciones de la 1 a la 3, caracterizado por que la carcasa (2) que sostiene la cámara (3) se gira por medio de un cojinete giratorio (6) frente a la carcasa de base (5).

5. El método según las reivindicaciones de la 1 a la 4, caracterizado por que la carcasa (2) receptora de la cámara (3) se inclina a un nivel horizontal y rota 360º.

6. El método según las reivindicaciones de la 1 a la 5, caracterizado por que la carcasa (2) que sostiene la cámara (3) se inclina a un nivel vertical mediante un eje de giro (6) equipado con un mecanismo volcador.

7. El método según las reivindicaciones de la 1 a la 6, caracterizado por que el movimiento de vuelco y de rotación de la carcasa (2) que sostiene la cámara (3) se controla preferentemente mediante un elemento propulsor (9) integrado en la carcasa de base (5), preferentemente por un motor de avance gradual controlado por un microprocesador.

8. El método según las reivindicaciones de la 1 a la 7, caracterizado por que la unidad de mando (10) para el elemento propulsor (9) se conduce a la carcasa de base (5).

9. El método según las reivindicaciones de la 1 a la 8, caracterizado por que la carcasa de base (5) está provista de al menos una abertura (11,12), por la que pasan los cables y líneas de abastecimiento y de señal así como la cámara de suministro de aire.