Termografie v plazmových a laserových technologiích

Ing. Jiří TESAŘ

Doctoral thesis

Thermography in plasma and laser technologies

Abstract:

Disertační práce je zaměřena na aplikaci infračervené termografie ve výzkumu plazmových a laserových technologií. Jejím výsledkem je metodika měření, vyhodnocení, analýza probíhajících tepelných procesů a zobecnění použití infračervené termografie ve vybraných technologiích. Jedná se o technologie vytváření tenkých titanových vrstev fyzikální depozicí při vysokovýkonovém pulzním magnetronovém naprašování, svařování ocelového plechu a plechu z hliníkové slitiny modifikovanou metodou MIG CMT a laserového kalení nástrojové korozivzdorné oceli, jejíž povrch byl upraven laserovým gravírováním. Přehled současného stavu problematiky shrnuje základní poznatky o vyzařování absolutně černého tělesa a optických vlastnostech, především o emisivitě a metodách jejího měření. Uveden je také princip infračervených kamer, popsáno je zpracování signálu a radiační procesy ovlivňující měření. Zmíněna je i nejistota měření IR kamerou. V závěru kapitoly je uveden současný stav bezkontaktního měření teplot ve zkoumaných technologiích, včetně jejich popisu. Následující část shrnuje cíle disertační práce, kterými jsou návrh a realizace experimentů měření tepelných procesů ve zvolených technologiích za využití infračervené termografie, analýza vlivu procesů ovlivňujících měření a stanovení emisivity měřených povrchů, vyhodnocení zhotovených termogramů a analýza probíhajících tepelných procesů v měřených technologiích a zobecnění možností aplikace termografie ve výzkumu řešených technologií. Výsledková část je uvedena v kapitolách 4 až 6, přičemž každé kapitole připadá jedna z měřených technologií. Je popsán princip analyzované technologie, specifikován měřený objekt a měřicí systém. Dále jsou analyzovány radiační procesy ovlivňující měření, mezi něž patří vlivy prostředí (vyzařování a absorpce záření okolím a objekty mezi kamerou a měřeným objektem, odraz záření od měřeného povrchu) a především optické vlastnosti povrchu měřeného objektu emisivita. Následuje stanovení oblastí měřených infračervenou kamerou a rozbor probíhajících tepelných procesů, které jsou specifické pro jednotlivé technologie. V závěru každé kapitoly je uvedeno zobecnění pro případná další měření uvedených technologií.

Abstract:

PhD thesis is focused on application of infrared thermography in research of plasma and laser technologies. Its results are methodology of measurement, evaluation, analysis of ongoing thermal processes and generalization of infrared thermography use in selected technologies. It deals with technology of deposition of thin titanium films with physical deposition (PVD) by high power pulsed magnetron sputtering (HPPMS), welding of steel sheet with sheet of aluminum alloy with modified method MIG CMT and laser hardening of tool stainless steel, with surface modified by laser engraving. The review of present state of issues summarizes basics knowledge about absolute black body radiation and optical properties, primarily about emissivity and methods of its measurement. The principle of infrared cameras is introduced too, signal processing and radiation processes involving measurements are described. The uncertainty of IR camera measurement is mentioned. The state-of-the-art of noncontact temperature measurement in inspected technologies is introduced at the end of the chapter, including their description. Further part summarizes objectives of PhD thesis, that are proposal and realization of experiments of thermal processes measurement in selected technologies with use of infrared thermography, analysis of influence of processes that affects the measurement and measured surface emissivity determination, evaluation of taken thermograms and analysis of ongoing thermal processes in measured technologies and generalization of thermography application possibilities in research of solved technologies. The result part is stated in chapters 4 to 6, where to each chapter belongs one of measured technologies. The principle of analyzed technology is described, measured object and measuring system are specified. Further radiation processes involving measurement are analyzed, between them belongs influence of environment (emission and absorption of radiation by surroundings and objects between camera and measured object, reflection of radiation from measured surface) and primarily optical properties of measured object surface emissivity. It follows determination of areas measured with infrared camera and analysis of ongoing thermal processes that are specific for individual technologies. At the end of each chapter there is stated a generalization for possible another measurements of mentioned technologies.

Keywords

infračervená termografie, měření teploty, emisivita, plasmové a laserové technologie

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 2. 2014

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Doctoral programme / field:
Applied Sciences and Computer Engineering / Plasma Physics and Physics of Thin Films