Thermera製品詳細
このページでは、Thermeraの技術的な解説や、詳しいハードウェアスペックを掲載しています。
製造元:株式会社サーメラフォトニクス（日本）
カメララインナップ
Seen-U
900～2500℃
高温対応モデル。USBで接続するのでセッティングが非常に簡単。
- 炉内温度監視
- 金属
- ガラス
- セラミック
- バーナー火炎
NIR-3
500～1200℃
Seen-Uよりも低温域に最適。
- 金属
- ガラス
- セラミック
- バーナー火炎
InGas
300～1000℃
Thermeraの中では最も低温を計測できる。
- 金属
- ガラス
- 半導体
- セラミック
ハードウェアの機能
| Thermera-EX | Thermera-seenU | Thermera-NIR3 | Thermera-InGas2 | Thermera-InGas3 | |
| 特徴 | 高速度撮影対応 | リアルタイム | 波長域選択可 | 高フレームレート | 波長域選択可 |
| 高温度計測 | 高温度計測 | 中高温度計測 | 低~中高温度計測 | 低~中高温度計測 | |
| カメラヘッド | ハイスピードカメラ 計測用カメラ |
DensitoCam U174S （カラーカメラ） |
DensitoCam Duo2 （Si 2センサーカメラ） |
DensitoCam InGas （InGaAs 2センサーカメラ) |
DensitoCam InGas640C/F |
| カメラマウント | カメラ仕様に依存 | Cマウント | Fマウント | Fマウント | FマウントもしくはCマウント（購入時に選択） |
| 波長選択 | カメラ仕様に依存 | × | ○ | ○ | ○ |
| 検出波長 | カラーのRおよびG | 400-1000nmのうちの2波長 | 900-1600nmのうちの2波長 | 900-1600nmのうちの2波長 | |
| リアルタイム計測 | × | ○ | ○ | ○ | ○ |
| 測定温度範囲 | 900-1800℃または1300℃-2500℃ ※1 | 500-1200℃ ※1 | 300-1000℃ ※1 | ||
| 最高フレームレート | カメラ仕様に依存 | 10フレーム/秒 （1,920×1,200） 100フレーム/秒（640ｘ480） |
30フレーム/秒（960×600） 50フレーム/秒（640ｘ400） |
100フレーム/秒 | 15フレーム/秒 |
| 画素数 | カメラ仕様に依存 | 1,920×1,200ピクセル | 960×600ピクセル | 128×128ピクセル | 640×480ピクセル |
| ガラス透過 | ○ | ○ | ○ | ○ ※2 | ○ ※2 |
| 用途例 | 燃焼、溶接、加熱紛体 | 炉内温度監視、金属、半導体、ガラス、セラミック、バーナー火炎 | 金属、半導体、ガラス、セラミック、ヒーター | 金属、半導体、ガラス、セラミック | 金属、半導体、ガラス、セラミック |
※1:さらに高い温度の計測も可能だが、精度保障対象外
※2:ガラスの種類による
Thermera【リアルタイム解析システム】
計測用カメラで取得した画像データを、リアルタイムに解析用PCへ画像を転送、解析します。
温度分布・指定点／範囲の温度履歴のグラフを表示・CSV出力が可能です。
カメラとPC、温度解析のためのThermeraソフトウェアが必要です。
Thermera-Phantom Edition【高速度撮影システム】
計測用カラーカメラ、またはカラーハイスピードカメラで撮影した画像から、温度計測が可能です。
ハイスピードカメラの使用により、燃焼や爆発のような高速現象を可視化することができ、 1つのデータから 高速現象解析と熱画像解析の両方が可能です。
ハイスピードカメラとPC、温度解析のためのThermeraソフトウェアが必要です。
Thermera 2分岐光学系
1台のカメラで同時に2波長の画像を撮影するための光学系です。
モノクロカメラに取り付けることで、2色法の温度計測が可能になります。計測波長はユーザーで選択ができ、プラズマの観察や燃焼時のラジカル発光観察、蛍光発光の観察などに利用できます。
※内部構造と画像
| 画像分割数 | 2 |
| 対応波長 | 400-800nm |
| レンズマウント | Fマウント |
| フィルターサイズ | φ25、最大厚み6mm |
| 寸法 | W130xH85xL365mm |
| 重量 | 3.6kg |
| 画像合成ソフトウェア | 2波長の画像の位置を調整し、合成画像を作成 |
ソフトウエアの機能
| Thermera-EX（オフライン版） | Thermera-seenU/NIR/Ingas | |
| カメラ制御 | - | ・撮影速度の設定 ・露光時間の調整、自動露光設定 ・画像記録設定 |
| リアルタイム解析 | - | ・同時に12点の指定点・範囲の温度表示 ・指定点・範囲の温度のグラフ表示 ・指定点・範囲の温度履歴出力 |
| オフライン解析 | ・記録画像・温度分布画像の表示・再生（Cine、BMP、TIFF、PNG、AVI） ・同時に50点の指定点・範囲の温度表示/画像保存/CSV出力 ・2点間温度プロファイル表示（20ライン）/画像保存/CSV出力 ・温度分布割合表示/画像保存/CSV出力 ・メッシュ計測/CSV出力 ・等温線表示 |
・記録画像・温度分布画像の表示・再生（BMP、TIFF、PNG、AVI） ・同時に18点の指定点・範囲の温度表示/画像保存/CSV出力 ・2点間温度プロファイル表示（1ライン）/画像保存/CSV出力 ・等温線表示 |
システム構成
従来の計測手法との違い
接触式温度センサーとThermeraの違い
接触式温度センサー
- 点の温度データ
- 汚れや劣化による消耗品
- 温度変化の応答性に物理的な制限がある
Thermera
- 2次元画像+CSVで保存
- 離れた位置から撮影できて劣化しづらい
- 画像で取得するから応答速度が早い
2次元画像+CSVで保存
鉄鋼の2次元温度分布計測例
接触式温度センサを設置する場合、センサ1つで得られる温度情報は1点のため、温度分布情報を得るためには何点ものセンサを設置する必要があり、設置の時間と手間がかかります。
Thermeraは2次元の画像で各画素ごとに温度情報を得ているため、細かい分布を視覚的に確認し、数値データとして保存することが可能です。
また、カメラを設置して画像を撮影するだけなので、データの取得が簡単です。
離れた位置から撮影できて劣化しづらい
非接触なので高温の物体の計測でも消耗しません
接触式の運用は表面温度だけでなく内部温度を計測ができるというメリットがありますが、長期使用しているとセンサ自身の劣化、汚れや錆等による消耗から、買い替えが必要になります。また、接触することによりセンサーへの熱伝導によって対象物の温度が変化してしまうこともあります。
Thermeraは非接触なので対象物に触れることなく計測が可能なため、温度センサに発生するような外的ダメージを受けることがありません。また、対象物に触れずに計測ができるので、熱伝導による影響や接触による汚れも発生しません！
画像で取得するから応答速度が早い
温度分布、温度履歴のグラフをリアルタイムに表示します
接触式の計測速度は対象物の温度を計測するというよりは、対象物に接して同じ温度になったセンサ自体の温度を計測していることになります。
つまり、接触してから同じ温度まで上昇するのに時間がかかり、温度変化に対しても応答速度に遅れが生じてしまいます。
Thermeraは放射から熱画像データを得ているため、遅れが生じることなくリアルタイムにデータ取得が可能です。
赤外線サーモグラフィとThermeraの違い
赤外線サーモグラフィ
- 正しい放射率補正が難しい
- ほとんどのガラス越しに非対応
- 高価なレンズが必要
Thermera
- 放射率を必要としない2色式アルゴリズム
- 校正を行えばほとんどのガラス越しに対応
- Nikon Fマウントレンズ対応で割安
放射率を必要としない2色式アルゴリズム
Thermeraは、"2色法"を採用している熱画像カメラのため、放射率補正をキャンセルし、補正の必要がありません。
対象物の形状、距離、角度、温度に影響を受けることなくより真値に近い温度データを取得できます。
一般的なサーモグラフィに必要な補正では物体から出ている赤外線放射エネルギーを検出し、その強弱を被検体の放射率で補正、温度値に変換し分布として画像表示しています。
ただし、物体の放射率は下記のような条件により変化します。
- 素子の検出波長域
- 物体の温度
- 物体の材質
- 物体の表面状態（光沢、錆、加工等）
- カメラ～対象物の距離、角度
このため、正しい放射率を把握するのは非常に困難です。
2色法では、異なる2波長での放射エネルギーを検出し、その比より温度値換算されています。同じ温度で放射率によってエネルギーが異なる場合でも、2つの波長帯でのエネルギーは同じ様に増減するため、その比は変わりません。「放射エネルギー」が増減しても、比が変わらなければ限りなく真値に近い温度を算出できるという理論に基づいた温度計測法が「2色法」です。
2色法のアルゴリズムに関する詳しい説明は「Thermera の二色温度計測原理」をご覧ください。
ステンレスの金属板の半分に黒体スプレーを塗布し、金属地肌とスプレーを塗布した部分をバーナーで加熱し温度を同時に計測
2色法による計測結果
放射率が異なってもほぼ同じ温度として計測
撮影協力：株式会社INUI様
サーモグラフィによる温度計測例放射率の高い部分の温度が高く表示される
Thermeraによる温度計測例2色法では明るい部分の温度が一概に高いわけではない
→Thermeraなら、放射率がわからなくても温度を算出
2色式原理に関する詳細情報、技術資料はこちら
校正を行えばほとんどのガラス越しに対応
Thermeraでは、可視光～近赤外の波長の光から温度計測を行っているため、窓越し（ガラス・アクリル等）での対象物の温度計測が可能です。※樹脂の場合、一部のモデルでは使用できません。
- 一般的なサーモグラフィでは…遠赤外光（約8～14μm）を受光しているため、ガラス・アクリル等の窓材は透過せず、窓の向こう側の対象物の計測はできません。また、中赤外を使用してガラス越しに計測するには、中赤外線が透過する窓材（石英やフッ化カルシウム等）に変える必要があります。
- Thermeraシリーズの中で、可視域の波長を採用しているモデルでは、可視域の光を受光しているため、人間の目と同じように窓越しの物体を捉えます。
-ガラス越し撮影例-
Nikon Fマウントレンズ対応で割安、測定距離の変更による補正が不要
- 市販のレンズが使用できます。Thermeraは、熱画像を得るのに可視～近赤外光を使用しているため、民生用カメラに使用される光学レンズが使用できます。 極小の物体から広い視野までレンズにより様々な大きさの対象物に対応可能です。顕微鏡 / ボアスコープ、長焦点顕微鏡、接写、広角、望遠...etc
- サーモグラフィでの距離による影響は…放射により熱画像データを得ているため、遅れが生じることなくリアルタイムにデータ取得が可能です。一般的に、遠赤外光を使用する赤外線サーモグラフィでは、各レンズごとにワークディスタンス（測定距離）・視野が固定、または光学ズームが可能なタイプで も、各距離ごとに温度較正をする必要があるため 測定対象物までの距離を変えることは難しいのが現状です。 また、赤外線サーモグラフィには赤外光を透過するGe（ゲルマニウム）製レンズを使用するため、1つあたりのレンズ単価も高額です。
- 2色法を採用しているThermeraでは、ワークディスタンス（測定距離）が変わっても補正なしで同じ温度が算出されますので、1つのレンズで幅 広い用途にお使い頂くことができます。また、汎用レンズを使用でき、測定環境・対象物に合わせて豊富なレンズ類から最適な仕様でお選び頂けます。右図はThermeraにて黒体炉の温度計測を行った例です。上から距離50cm、1m、1.5mで温度の計測を行ったところ、黒体炉内の熱電対温度994℃に対して、上から998℃、997℃、996℃とほぼ同じ値を示しています。Thermeraは、測定距離や角度が変わっても温度値はほぼ一定です！
温度とスス濃度（KL値）計測が両方可能
ディーゼルエンジン燃焼の温度分布画像（左）とススの分布画像（右）
Thermeraは、金属やガラスなどの固体／液体の温度計測に適したレシオ法と、燃焼の温度計測の手法として特に内燃機関の燃焼温度計測に使用される Hottel & Broughton法の2種類のアルゴリズムを用意しています。Hottel & Broughton法では、ディーゼルエンジンの燃焼等において、温度計測と同時に発生するスス濃度（KL値）の計測が可能です。
よくある質問
Q
1. どのようなものの計測に使用できますか？
A
金属・半導体・セラミック・ガラス・火炎などです。用途としては、高温加熱されたの材料の温度分布、溶接の溶融池・溶接棒の温度分布、燃焼火炎の温度分布、溶融・精製状態の半導体の温度分布等になります。
Q
2. どのようなものの計測には使用できませんか？
A
・温度が300℃以下の被検体
・被検体が熱放射以外の強い放射の影響を受けている場合（アークの発光時、近くにヒーターやバーナー等の熱源がある場合、火炎の向こう側の被検体など）
・熱放射以外の化学発光等がある場合（金属固有の炎色反応や蛍光剤の発光など）
・熱放射が計測波長域で感知できないもの（気体、ガソリン・都市ガスの燃焼などのブルーフレーム、水素燃焼など）
・お客様が所有の入出力特性、S/N、ガンマ補正、画像処理補正などが計測に適さないカメラで撮影した場合
Q
3. 計測できる温度範囲はどのくらいですか？
A
被検体にもよりますが、最低は300℃以上、最高は5000℃までです。ただし、温度較正用原器の較正範囲が最高2500℃までとなり、それ以上は外挿による推測値となります。最低温度は温度計測に使用している波長域が、可視から近赤外域までであるため比較的高温になります。
Q
4. なぜ放射率の補正が基本的に不要なのですか？
A
2色法では、計測に使用する2波長における放射率がほぼ等しいという前提で放射率補正をキャンセルしています。逆に言えば、そのような2波長を選択することで、放射率を考慮せずに非接触放射温度計、赤外線サーモグラフィなどに比べ正確な温度計測が可能となります。詳細に関しては、「2色法概説書(PDF)」をご覧ください。
Q
5. 環境温度は何℃まで使用可能ですか？
A
カメラの使用環境温度は0℃から40℃までです。高温環境下で使用の場合は、カメラを空冷もしくは水冷ジャケットに入れて、冷却する必要があります。
Q
6. どのくらいの大きさのものの計測ができますか？
A
Thermeraで使用する波長域は可視から近赤外域になります。この波長域では通常の光学系が使用できますので、拡大光学系から望遠、広角まで多くの一般的なレンズから選択できます。ただし、カメラによってはレンズマウントに制限などがありますので、詳細はお問い合わせください。
Q
7. 所有しているカメラの画像から温度計測ができますか？
A
お持ちのカメラによりますが、基本的に民生用のカメラ（デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなど）は画像処理等を行ってしまっているため使用できません。また、温度計測精度はカメラの濃度出力精度に依存しますので、精度の保証は致しかねます。弊社では市販品のカメラでは満足できる精度が得られないため、濃度計測用のカメラとして開発されたDensitoCamシリーズおよび濃度出力特性に優れた高速度カメラPhantomシリーズを使用しております。
事例紹介
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