本文中，我们将探讨短波红外（SWIR）热成像技术对零部件制造质量控制的变革性影响。您将了解SWIR技术的定义、其独特特性以及在各行业中的应用。从高温过程监控到确保金属增材制造的精度，我们将深入探讨其优势、挑战以及针对现代工业需求的解决方案。通过阅读，您将理解为什么SWIR成像技术是提升效率和保持产品卓越性的不可或缺的工具。
- 理解短波红外（SWIR）热成像
短波红外（SWIR）热成像代表了捕捉高温金属热辐射的最佳方法。在深入探讨其具体应用和优势之前，有必要了解这项技术的独特之处以及它为何成为工业质量控制的基石。
1.1 什么是SWIR？
短波红外（SWIR）成像的工作波长范围为0.9至2.5微米，这一光谱范围特别适合观察肉眼不可见的热辐射。与可见光成像（波长范围约为400-750纳米）不同，SWIR成像能够捕捉细微的温度差异，为工业监控提供更高的清晰度。
SWIR光谱在金属热成像方面尤其出色，因为它相比其他类型的热成像相机具有多项优势：
- 长波红外（LWIR）成像通常用于接近环境温度的场景，温度范围有限，因此不适合测量高温金属的温度。此外，与SWIR不同，LWIR对发射率的微小变化非常敏感。
- 中波红外（MWIR）成像是一种更复杂的成像过程，因为大多数MWIR相机需要大量冷却才能提供稳定的温度读数。因此，这类相机通常较为精密且昂贵。MWIR光谱不易透过普通玻璃，需要使用锗等特殊镜头。此外，MWIR对发射率的微小变化也非常敏感，这会极大地影响温度读数。
- 近红外（NIR）成像仅适用于较高温度的场景。然而，由于它非常接近可见光谱，容易受到可见光的干扰，从而影响其温度测量能力。
1.2 SWIR技术的独特特性
SWIR热成像是测量高温金属温度的最佳选择。与MWIR或LWIR相比，SWIR使用更短的波长，因发射率变化引起的测量误差更小。它还能够穿透烟雾，使用标准玻璃光学元件，且无需特殊冷却，从而提供更坚固、紧凑和轻便的相机，非常适合焊接和自动化应用。
SWIR热成像相机在高温、低可见度或复杂光照条件下表现出色。结合高动态范围（HDR）成像，它们能够提供高温金属的精确温度测量，使其成为需要详细热分析的制造过程中不可或缺的工具。
2. SWIR热成像的应用
SWIR热成像的多功能性使其在广泛的工业应用中得以采用，用于高温金属的监控。从焊接或金属增材制造过程的监控到炉内其他高温金属工艺，SWIR热成像技术被广泛认为是多种制造应用中实施质量控制的最佳方式。
2.1 高温过程监控
SWIR相机非常适合测量温度超过350°C的高温金属应用。它们能够生成感兴趣区域的二维温度分布图，使操作员能够可视化并跟踪热点和温度梯度。其结果是能够深入了解高温金属在加热或冷却过程中的热流模式。通过正确应用，SWIR相机可以帮助确保对多种工业过程（如初级金属熔炼、锻造、焊接、金属增材制造和玻璃生产等）的高效监控，从而减少错误并提高安全性。
2.2 焊接过程的检测与分析
在焊接应用中，SWIR热成像相机能够通过对熔池进行精确分割，使其与焊接环境中的其他部分区分开来，从而实现熔池的详细检测与分析。更好的熔池分割可以提高焊接过程运行状态的准确性，并为工艺控制提供更可靠的依据。
通过监测焊道的冷却速率（例如，钢材中的t8/5时间），SWIR热成像相机可以为冷却焊道的金属相变提供实时反馈。这有助于实现更一致的焊接质量，降低脆性或热裂纹等缺陷的风险。
通过热成像的精确分割，可以更好地检测其他特征，例如TIG焊接中的钨电极，或在使用焊丝的应用中对焊丝熔滴进行分析。
2.3 金属增材制造中的检测与质量控制
SWIR热成像技术有助于精确控制焊接或金属增材制造过程中的关键参数。通过捕捉感兴趣区域的完整温度细节，焊接中的许多特征也可以应用于金属增材制造过程。然而，在金属增材制造过程中，一个额外的重要测量是层间温度，这有助于确定前一层是否过热以至于不适合沉积更多材料。这一点非常重要，因为它可以帮助操作员及早发现工艺问题。其结果是更好的结构完整性、减少缺陷以及提高成品部件的机械强度。
3. SWIR热成像在质量控制中的优势
随着制造行业对精度和效率的追求不断提升，SWIR热成像技术提供了多项独特优势，使其成为实现更高质量控制标准不可或缺的工具：
3.1 更高的准确性和精度
SWIR相机能够提供精确的二维温度分布图，克服了基于单点测量的传感器（如高温计或热蜡笔）的局限性。这种更高的精度对于高速焊接和炉内监控等应用至关重要，因为即使微小的温度变化也可能影响产品质量。
传统的基于单点测量的传感器通常无法准确捕捉温度分布。而SWIR相机则能够提供感兴趣区域的二维热成像图，确保一次性获取整个表面的温度数据，从而实现一致且可靠的测量。
3.2 实时监控能力
凭借即时反馈能力，SWIR相机使操作员能够动态调整工艺参数。无论是控制熔池、调整焊接功率参数还是优化激光工艺，这项技术都增强了操作员的响应能力，并确保最佳结果。
SWIR成像提供即时反馈，使操作员能够动态调整工艺。无论是监控熔池还是评估高速激光工艺，这项技术都能实现无与伦比的工艺控制。
3.3 检测微观结构转变
SWIR成像能够提供热循环的详细洞察，帮助识别金属中的关键相变。这确保了焊接接头和增材制造部件的机械性能符合严格的质量标准，从而增强其耐久性和性能。
SWIR相机能够监控热循环，帮助识别金属中的相变，这对于确保焊接接头和增材制造层的机械强度至关重要。
3.4 提升工艺效率和产品质量
SWIR热成像还可以通过实时识别和解决低效问题来提高工艺效率。操作员可以优化热输入并检测不规则现象，确保均匀的热分布。在产品质量方面，SWIR成像能够实现对微观结构的精确控制，满足严格的行业标准并减少浪费。
4. XIR-1800热成像相机简介
Xiris的XIR-1800热成像相机是一款多功能、高性能的工具，为工业环境带来了无与伦比的能力。凭借其短波红外（SWIR）和高动态范围（HDR）成像能力，该相机专为测量350°C至1800°C的温度范围而设计，生成精确的实时热数据，这对于工艺优化至关重要。其坚固的设计使其成为焊接、金属增材制造和其他金属加工应用等行业的可靠选择。HDR成像能力使相机能够以更高的精度捕捉更广的温度范围。SWIR和HDR成像的结合以及坚固的外壳设计，使其在捕捉关键数据以进行过程控制和质量保证方面表现出色。
4.1 工业应用与特性
XIR-1800配备了多种先进功能，适用于动态和高速工业过程：
- 高速帧率：最高可达每秒200帧，能够捕捉脉冲激光操作和高速焊接等过程中的详细热事件。在缩小感兴趣区域的情况下，图像捕捉速度可超过每秒500帧。
- 宽温度范围：精确监控高温金属的最实用温度范围，确保在各种金属加工应用以及其他行业（如玻璃制造和半导体制造）中的关键过程控制。
- 先进成像能力：提供高分辨率热成像图，适用于检测焊接杂质、针孔、温度梯度和微观结构变化等微小细节。
- 用户友好集成：结合Xiris的先进软件WeldStudio，这款SWIR相机专为快速无缝集成到工业系统而设计，支持实时数据分析和工艺调整。
凭借其精度、温度范围、速度和准确性的结合，XIR-1800正在为工业SWIR热成像设定新的基准。
5. SWIR成像在质量控制中的未来
随着各行业认识到SWIR热成像的无可比拟的能力，其在制造应用中的采用有望进一步扩展。技术的不断进步和新应用的出现将推动其融入更多领域，重塑工艺监控和优化的方式。
随着各行业继续采用SWIR热成像技术，未来充满巨大潜力。技术进步和应用扩展将推动质量控制实践的进一步创新。
