在工業(yè)測溫領(lǐng)域，金屬加工、激光制造和高溫過程的精確溫度監(jiān)控對產(chǎn)品質(zhì)量控制至關(guān)重要。德國OPTRIS公司推出的PI系列短波紅外熱像儀（以PI 1M和PI 08M為代表）通過的光學(xué)設(shè)計(jì)和技術(shù)創(chuàng)新，解決了高溫材料非接觸測溫中的核心挑戰(zhàn)。該系列產(chǎn)品基于短波紅外成像原理（0.8-1.1μm波段），在探測器靈敏度、溫度量程、響應(yīng)速度和系統(tǒng)集成方面實(shí)現(xiàn)了突破性進(jìn)展，為工業(yè)4.0環(huán)境下的智能制造提供了可靠的溫度視覺解決方案。本文將深入解析其五大核心技術(shù)特性。

1 光學(xué)性能優(yōu)勢：短波成像與多模式探測

短波紅外技術(shù)的核心價(jià)值在于其的物理成像優(yōu)勢。與傳統(tǒng)8-14μm長波熱像儀不同，OPTRIS PI系列工作在0.8-1.1μm短波光譜范圍（PI 08M更精準(zhǔn)至780-820nm），這一設(shè)計(jì)直擊金屬測溫痛點(diǎn)：金屬材料在1μm波長下的發(fā)射率（ε=0.4-0.6）顯著高于傳統(tǒng)長波段的發(fā)射率（ε=0.1-0.3）。這一特性源于普朗克輻射定律的物理規(guī)律——物體在短波波段輻射能量隨溫度呈指數(shù)增長，使熱像儀能夠穿透金屬表面反射干擾，捕捉真實(shí)的表面熱輻射。

• 探測器參數(shù)：PI系列采用高動態(tài)CMOS探測器，分辨率高達(dá)764×480像素，像素尺寸15μm×15μm。其熱靈敏度（NETD）在700°C時(shí)優(yōu)于1K，即使在1000°C高溫下仍保持<2K的噪聲抑制能力。這種精細(xì)的像素結(jié)構(gòu)結(jié)合先進(jìn)的信號處理算法，使設(shè)備能夠辨識微小的溫度差異，為高精度熱成像奠定硬件基礎(chǔ)。

• 多模式成像能力：為適應(yīng)不同工業(yè)場景的速度要求，產(chǎn)品提供四檔可切換分辨率/幀頻組合：

• 精細(xì)成像模式：764×480像素@32Hz，適用于需要高空間分辨率的靜態(tài)場景

• 平衡模式：382×288像素@80Hz（可切換27Hz），滿足多數(shù)動態(tài)過程的監(jiān)測需求

• 高速模式：72×56像素@1kHz，專為捕捉毫秒級快速熱事件（如激光瞬間加熱）而設(shè)計(jì)

• 線掃描模式：764×8像素@1kHz，針對連續(xù)運(yùn)動目標(biāo)的線性溫度剖面采集

表：OPTRIS PI 1M熱像儀不同鏡頭配置性能參數(shù)對比

鏡頭系統(tǒng)的靈活性進(jìn)一步擴(kuò)展了應(yīng)用邊界。用戶可根據(jù)測量距離和目標(biāo)尺寸選擇四種可互換鏡頭（焦距16/25/50/75mm），其中75mm長焦鏡頭的光學(xué)分辨率高達(dá)1280:1，可在10米外對直徑0.8mm的微小目標(biāo)進(jìn)行精確測溫。這種模塊化光學(xué)設(shè)計(jì)使單臺設(shè)備能夠適應(yīng)從寬幅爐膛監(jiān)測到聚焦微小焊點(diǎn)的多樣化場景。

2 精準(zhǔn)測溫能力：寬溫域連續(xù)覆蓋

OPTRIS PI系列的核心突破在于其無分段連續(xù)測溫能力，解決了傳統(tǒng)紅外設(shè)備在量程切換時(shí)的數(shù)據(jù)中斷問題。PI 1M支持450°C至1800°C 的連續(xù)測量（PI 08M為575-1900°C），全程無需切換量程。這一特性在動態(tài)熱處理過程中尤為重要——當(dāng)金屬工件從預(yù)熱段（約600°C）進(jìn)入熔融段（>1500°C）時(shí)，系統(tǒng)可持續(xù)輸出穩(wěn)定溫度數(shù)據(jù)，避免因量程切換導(dǎo)致的溫度跳變或信號丟失。

• 精度指標(biāo)：在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度（23°C）下，設(shè)備提供讀數(shù)的±1%精度（目標(biāo)溫度<1400°C）。即使在1kHz高速模式下，仍保持±1.5%的高精度水平。以測量1200°C鋼坯為例，其絕對誤差控制在±12°C以內(nèi)，遠(yuǎn)超工業(yè)級測溫設(shè)備±1%～±2%的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

• 熱靈敏度特性：設(shè)備采用雙參考溫度實(shí)時(shí)補(bǔ)償技術(shù)，熱靈敏度在700°C時(shí)<1K，1000°C時(shí)<2K。這一指標(biāo)對監(jiān)測熱處理過程中的細(xì)微溫度波動至關(guān)重要——例如感應(yīng)加熱時(shí)±5°C的偏差可能導(dǎo)致金屬相變異常，PI系列能夠精準(zhǔn)捕捉此類微小變化。

抗干擾設(shè)計(jì)進(jìn)一步保障了復(fù)雜環(huán)境下的測量可靠性：

• 1064nm陷波濾光片：PI 1M可選配該光學(xué)器件，有效濾除CO?/NIR激光加工中產(chǎn)生的干擾輻射（波長約1060nm）。

• 多參數(shù)補(bǔ)償算法：內(nèi)置環(huán)境溫度、大氣透過率及反射背景補(bǔ)償模塊，用戶可設(shè)定0.100～1.100范圍內(nèi)的發(fā)射率值，適應(yīng)不同金屬材質(zhì)（如鋁：0.1-0.2，不銹鋼：0.3-0.4，氧化鋼：0.8-0.9）。

• 實(shí)時(shí)模擬輸出：中心像素的0-10V模擬信號以1ms超快響應(yīng)時(shí)間輸出，為PLC控制系統(tǒng)提供即時(shí)溫度反饋。

3 堅(jiān)固硬件設(shè)計(jì)：工業(yè)級防護(hù)與集成

在機(jī)械設(shè)計(jì)層面，OPTRIS PI系列采用緊湊型全金屬外殼（46×56×90mm），重量僅245-311g（視鏡頭配置）。這種輕量化設(shè)計(jì)使其可直接集成于機(jī)械臂末端或狹窄的產(chǎn)線空間，突破傳統(tǒng)熱像儀安裝受限的瓶頸。

• 工業(yè)防護(hù)特性：

• IP67防護(hù)等級（NEMA 4標(biāo)準(zhǔn)）：防塵防水特性允許設(shè)備在鑄造、鍛造等高污染環(huán)境穩(wěn)定運(yùn)行。

• 寬溫域適應(yīng)性：工作溫度5-50°C，存儲溫度-40-70°C，耐受20-80%相對濕度（無凝露）。

• 抗振抗沖擊：通過IEC 60068-2-27抗沖擊（25G/50G）及IEC 60068-2-6振動測試，適應(yīng)冶金車間強(qiáng)振動環(huán)境。

• 工業(yè)接口配置：

• 標(biāo)準(zhǔn)過程接口（PIF）：集成0-10V輸入、數(shù)字輸入（Max 24V）、0-10V輸出。

• 工業(yè)級PIF擴(kuò)展：提供2路模擬輸入、3路0/4-20mA輸出、3路繼電器（30V/400mA）及故障安全繼電器，可直接驅(qū)動冷卻系統(tǒng)或報(bào)警裝置

• 電纜擴(kuò)展能力：USB電纜支持1-20米可選，其中5/10米版本采用耐高溫設(shè)計(jì)（180°C），適用于近爐安裝

表：OPTRIS PI系列工業(yè)過程接口功能詳解

供電設(shè)計(jì)采用USB總線取電（最大功耗2.5W），無需額外電源適配器。同時(shí)可選配冷卻保護(hù)套及高溫電纜，使其能在距目標(biāo)300mm的極限位置穩(wěn)定工作，直面熔融金屬的輻射熱沖擊。

4 智能系統(tǒng)集成：軟件生態(tài)與實(shí)時(shí)控制

OPTRIS構(gòu)建了多層次軟件生態(tài)系統(tǒng)，覆蓋從基礎(chǔ)操作到深度開發(fā)的全部需求：

• PIXConnect基礎(chǔ)軟件：提供實(shí)時(shí)熱成像顯示、區(qū)域溫度分析（點(diǎn)/線/面）、溫度-時(shí)間曲線繪制及數(shù)據(jù)記錄功能。

• ConnectSDK開發(fā)包：支持C++、C#、Python等語言調(diào)用，開放溫度數(shù)據(jù)流接口，便于集成至MES/SCADA系統(tǒng)。

• ExpertAPI高級控制：通過事件觸發(fā)捕獲（如超溫報(bào)警）、溫度分布統(tǒng)計(jì)及多相機(jī)同步功能，滿足復(fù)雜工業(yè)場景的定制化需求。

1ms響應(yīng)控制鏈是PI系列的核心競爭力。當(dāng)檢測到目標(biāo)溫度異常時(shí)，系統(tǒng)通過高速模擬輸出（1ms延遲）向PLC發(fā)送信號，PLC即刻調(diào)整加熱功率或觸發(fā)急停。以激光焊接為例，該技術(shù)可將溫度控制閉環(huán)縮短至10ms級，避免因延遲導(dǎo)致的焊穿缺陷。

智能診斷功能進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的可靠性：

• 熱點(diǎn)自動追蹤：動態(tài)識別圖像中的最高溫區(qū)域，特別適用于感應(yīng)加熱線圈的局部過熱監(jiān)測。

• 溫度趨勢分析：記錄歷史溫度曲線，生成加熱/冷卻速率報(bào)告，為工藝優(yōu)化提供量化依據(jù)。

• AI缺陷識別擴(kuò)展：基于SDK開發(fā)的智能算法可關(guān)聯(lián)溫度模式與產(chǎn)品缺陷（如淬火裂紋對應(yīng)的溫度梯度突變）。

5 高溫應(yīng)用場景：金屬制造的全面適配

基于其的技術(shù)優(yōu)勢，OPTRIS短波熱像儀在高溫工業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛適用性：

• 金屬成型與熱處理：在軋鋼回火工藝中，PI系列持續(xù)監(jiān)測800-1200°C帶鋼溫度，控制冷卻速率以獲得特定金相組織。其1kHz高速模式能捕捉0.5秒內(nèi)的急冷過程，確保馬氏體轉(zhuǎn)變均勻性。壓鑄模具監(jiān)測時(shí)，設(shè)備以80Hz幀頻掃描模具表面，實(shí)時(shí)檢測>600°C的局部熱點(diǎn)，預(yù)防模具變形失效

• 激光增材與焊接：針對金屬3D打印，PI 08M的0.8μm光譜靈敏度可穿透激光等離子體干擾（波長約800-820nm），精確測量熔池溫度。其27°×17°視場角覆蓋常見打印區(qū)域（如200×200mm成型艙），精度達(dá)±1%，直接用于閉環(huán)控制激光功率。在動力電池焊接中，1ms響應(yīng)時(shí)間配合線掃描模式，實(shí)現(xiàn)每秒1000行的溫度剖面采集，即時(shí)剔除虛焊電芯。

• 高溫熔煉與燒結(jié)：鋼水溫度監(jiān)測場景下，PI 1M通過75mm長焦鏡頭在5米外測量1600°C鋼水，避免熱輻射損傷。其連續(xù)量程覆蓋從出爐到澆注全過程，精度±2%。陶瓷燒結(jié)爐中，設(shè)備透過觀察窗監(jiān)測>900°C的窯內(nèi)溫度場，生成溫度均勻性圖譜，優(yōu)化加熱區(qū)設(shè)置。

在環(huán)境下的長期穩(wěn)定性同樣經(jīng)過嚴(yán)苛驗(yàn)證：某汽車廠熱處理線上，PI 1M在環(huán)境溫度45°C的工況下連續(xù)運(yùn)行12個(gè)月，測溫偏差仍保持在±1.2%以內(nèi)，充分驗(yàn)證了其工業(yè)級耐久性。

結(jié)語：重新定義高溫測量標(biāo)準(zhǔn)

德國OPTRIS短波紅外熱像儀通過光譜創(chuàng)新（1μm波段）、硬件突破（1kHz/1ms響應(yīng)）及系統(tǒng)集成（全接口/IP67）的融合，解決了高溫金屬制造中的核心測溫難題。其450-1800°C連續(xù)量程、±1%精度及多鏡頭配置的特性，使單臺設(shè)備即可覆蓋從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)到全自動產(chǎn)線的各類場景。隨著智能制造對過程數(shù)據(jù)的要求不斷提高，該系列產(chǎn)品將持續(xù)賦能金屬加工、激光制造及高溫處理行業(yè)，構(gòu)建更精確、更可靠的溫度控制閉環(huán)。在追求工藝極限的工業(yè)場景中，OPTRIS PI系列不僅提供測量工具，更成為優(yōu)化品質(zhì)、提升效率的核心技術(shù)支點(diǎn)。