Met een handheld scanner onderdelen controleren op een inwendig defect. Twintig jaar terug in Star Trek kon het. En nu is het deels werkelijkheid. De thermische camera is in de werkplaats nog schaars, maar daar lijkt verandering in te komen. Wat doet een thermische camera, hoe werkt het, welke voordelen biedt het en wat kost het?

Om bij het begin te beginnen: een thermische camera maakt het infrarode licht dat objecten uitstralen zichtbaar. Hierdoor zie je warmte en warmteverschillen in een object en de omliggende delen. Een goedkope thermische camera ziet al temperatuurverschillen van minder dan 0,2° Celsius. In de werkplaats levert zo’n camera een schat aan informatie op en kan je zeeën van tijd besparen. Vooral omdat een thermische camera razendsnel werkt: je richt de camera op een object en je ziet direct een warmtebeeld. Bovendien is zo’n camera bij elk denkbaar onderdeel van de auto inzetbaar. Het functioneren van stoel-, achterruit- en spiegelverwarming, verwarming en ventilatie, maar ook het functioneren van mechanische en elektrische componenten wordt met een thermische camera razendsnel inzichtelijk. Richt na een proefrit de camera eens op de banden en wielen, en je ziet direct of de auto problemen heeft met de uitlijning of de remmen. Of denk aan een lawaaiige aandrijflijn bij een achterwielaandrijver (of AWD): als je de auto op de tweekolommer laat ‘rijden’, is het lastig om te bron van het excessieve lawaai te determineren. Zijn het de tussenlagers? De koppelingen? Of het differentieel?

Inwendige defecten snel opsporen

Sinds februari dit jaar biedt Snap-on de EETHGB300A thermische camera aan voor € 1.495,-. Snap-on is daarmee de eerste leverancier die zich nadrukkelijk richt op de automotive werkplaats. Niels Yntema van Now Cars in het Friese Wommels werkt al enige tijd met de camera van Snap-on.Onlangs stond een Mercedes camper met ‘aandrijflawaai’ op de brug. Met de thermische camera was de verdachte snel gevonden: de rechterzijde van het differentieel toonde een ‘hotspot’. Het lager van de aandrijfas was in no-time aangewezen als hoofdverdachte en bleek na demontage inderdaad de oorzaak. Na reparatie werd het differentieel nogmaals met de thermische camera bekeken en bleek de behuizing mooi gelijkmatig van temperatuur. Niels gebruikt de camera ook voor het controleren van elektrische componenten: je kunt relais op werking controleren zonder ze te demonteren. Maar ook defecten aan aircopompen, startmotoren en dynamo’s worden in een kwestie van seconden inzichtelijk. Als belangrijkste voordeel van de thermische camera noemt Niels de tijdsbesparing; er is geen snellere manier om onzichtbare oorzaken zichtbaar te maken.

De techniek van thermische camera’s

Het is duidelijk dat een thermische camera een nuttig gereedschap is in de automotive werkplaats, dankzij de grote inzetbaarheid en potentiële tijdsbesparing. Maar hoe werkt het en welke specificaties zijn belangrijk bij aanschaf? Daarvoor spraken we met Ron van Sambeek van Sensor BV, Nederlands specialist op het gebied van thermische camera’s. “Elk object met een temperatuur boven het absolute nulpunt (-273° Celsius) straalt infraroodlicht uit. Dat licht wordt opgevangen in een thermische camera en naar een beeld vertaald. Daarvoor maakt de camera gebruik van een microbolometer, in feite de beeldsensor van de camera.” Van Sambeek legt uit dat er een speciale lens nodig is voor thermische camera’s: “Gewoon glas is ongeschikt omdat dit het infraroodlicht in het gebied waarbinnen de camera kijkt niet doorlaat, maar zelfs deels weerkaatst, daarom wordt de lens van germanium gemaakt. Germanium laat geen zichtbaar licht door, maar wel infraroodlicht.” Een germanium lens die ter illustratie op tafel ligt, blijkt inderdaad ondoorzichtbaar voor het menselijk oog. En als ik een thermische camera door het raam naar buiten richt, zie ik mijn eigen spiegelbeeld, in plaats van de omgeving buiten. In feite werkt glas als een infraroodspiegel.

Waar op letten bij aanschaf?

Welke specificaties zijn belangrijk bij de aanschaf van een thermische camera? Van Sambeek: “In de eerste plaats is de kwaliteit van het infraroodbeeld van de warmtebeeldcamera belangrijk. Dit wordt bepaald door de resolutie en gevoeligheid van de detector en door de lens. Een tweede factor is het temperatuurbereik van de camera. Low-end camera’s hebben een gespecificeerd bereik tot 120°C en werken in de praktijk goed tot 150°C. Deze camera’s hebben een gevoeligheid van 0,2° Celsius of 200 milliKelvin. Deze camera’s zijn zeer geschikt voor de werkplaats. High-end camera’s hebben een gevoeligheid van 0,02° Celsius, maar zijn ook aanzienlijk duurder. Een belangrijke factor is de resolutie, die ligt aanmerkelijk lager dan bij normale camera’s, maar desondanks kun je met een lage resolutie heel goed zien wat de warmteuitstraling en het warmteverloop van een object zijn.” Ter illustratie laat Van Sambeek de nieuwste ontwikkeling zien, de Lepton-camera van het Amerikaanse FLIR. Deze camera heeft het formaat van een smartphonecamera en een detectorresolutie van 80x60 pixels. De testopstelling is nauwelijks groter dan twee postzegels en toont de kracht van een dergelijke thermische camera: als ik de camera op mijn hand richt, zijn de contouren haarfijn zichtbaar. Daarna blaas ik zachtjes tegen mijn hand en direct zie ik het beeld ‘opgloeien’. “Een derde belangrijke cameraspecificatie is het wel of niet radiometrisch zijn van de camera. Dit bepaalt of je achteraf met software nog in de thermische foto kunt meten en temperaturen kunt aflezen van iedere pixel. Dat is voor toepassingen in de industrie en automotive belangrijk om achteraf nog analyse te kunnen doen.”

Leren werken met de thermische camera

Er zitten weinig haken en ogen aan het werken met een thermische camera, maar er is een aantal zaken die je in acht moet nemen, zo vertelt Van Sambeek: “Glimmende oppervlakken stralen moeilijker infrarood licht uit dan ruwe oppervlakken.” Gepolijste metalen onderdelen laten zich dus moeilijker meten, maar in de dagelijkse praktijk van de werkplaats komt dat eigenlijk niet voor. “De kleur van het oppervlak heeft geen invloed op de emissie van infrarood licht.” Daarnaast speelt de instelling van de schaal een belangrijke rol om misverstanden te voorkomen. “Normaal gesproken toont het beeldscherm de koudere gebieden als een donkere (paars/blauwe) kleur, en de warmste gebieden als geel/wit. Camera’s met een automatische schaalinstelling meten het warmste gebied in het beeld en stellen daar de schaalverdeling op af. Dat wil echter niet zeggen dat de delen die ‘witheet’ in beeld verschijnen ook daadwerkelijk gloeiend heet zijn.” Andersom geldt natuurlijk ook dat de donkere gebieden in het beeld ook met de hand aangeraakt kunnen worden. Er zijn twee soorten sensoren voor een thermische camera: de microbolometer en de Lepton-chip, de nieuwste ontwikkeling. Het bijzondere aan de Lepton is het feit dat ook hij al van iedere pixel een temperatuur aangeeft, terwijl dat voorheen alleen mogelijk was met een microbolometer. Er zijn thermische camera’s die gecombineerd zijn met een infrarood spotmeter en daarmee nauwkeurige temperatuurmetingen kunnen uitvoeren. De FLIR TG165 is voorzien van een Lepton-chip en een infrarood spotmeter. De meetspot bevindt zich midden in het zicht van de thermische camera en wordt met twee laserpunten aangegeven op het meetobject. Deze laserpunten komen overeen met de linker onderhoek en de rechter bovenhoek van de camera. In het midden van het camerabeeld zie je een vierkantje dat de temperatuur van de meetspot aangeeft.<

Low-end camera’s al zeer bruikbaar

Het is goed om te weten dat camera’s die door specialisten als ‘low-end’ worden geclassificeerd al zeer geschikt zijn voor de doorsnee autowerkplaats, zeker als je weet dat de prijs van de duurdere low-end camera’s al gauw tot een paar duizend euro oploopt. Thermische camera’s zijn leverbaar in drie uitvoeringen: de smartphone-adapter, de pocket- en de point-and-shoot camera’s. De smartphone-adapter is vanwege zijn formaat, prestaties en prijs een interessante optie. Sensor BV levert twee merken smartphone-adapters: FLIR en Seek Thermal. Deze camera’s zijn leverbaar voor zowel iOS- als Android-telefoons (of tablets) en worden aangesloten op de oplaad-/datastekker. Deze smartphone-adapters zijn erg gebruiksvriendelijk en hebben een kostprijs van € 230,- - € 495,-. Het meetbereik van deze adapters loopt van -40° tot 330° Celsius (Seek Thermal). De FLIR heeft een kleiner meetbereik, van -20° tot 120° Celsius. De lens van de Seek Thermal kan handmatig ingesteld worden, het zichtveld loopt van 15 centimeter tot liefst 550 meter. De Seek Thermal heeft een resolutie van 320x240 pixels, bij de FLIR is dat 160x120. De FLIR heeft echter een extra camera waardoor het thermische en het optische beeld over elkaar gelegd kunnen worden, dit komt de bruikbaarheid en duidelijkheid van het thermische beeld ten goede.

Krachtige pocketcamera’s

Als enige fabrikant levert FLIR radiometrische pocketcamera’s, de C2 en C3. Het voordeel van deze thermische camera’s is dat ze gemakkelijk in een broek- of borstzak meegenomen kunnen worden. Beide versies hebben een detectorresolutie van 80x60 pixels, in totaal dus 4.800 thermische pixels die elk een temperatuur weergeven. Net als de smartphone-adapter van FLIR hebben de C2 en C3 een optische camera zodat het beeld van beide camera’s samengevoegd kan worden. De C2 heeft een adviesprijs van € 599,-, de C3 € 699,-. Het prijsverschil wordt verklaard door de WiFi en de hot/coldzoeker die de C3 heeft. Hiermee worden het warmste en koudste punt in beeld aangegeven. Beide C-modellen hebben een meetbereik van -10° tot 150° Celsius.

Point-and-shoot camera’s tot € 2.000,-

Het aanbod op het gebied van point-and-shoot camera’s is groter, evenals het aantal merken dat deze camera’s levert. De prijzen kunnen oplopen tot € 16.000,- bij Fluke tot € 33.000,- bij FLIR. Om het overzichtelijk te houden, beperken we ons tot camera’s in de range tot € 2.000,-, ook omdat deze voor ons vakgebied prima toegerust zijn. Snap-on levert vooralsnog alleen de EETHGB300A voor € 1.495,-. Deze camera heeft een detectorresolutie van 80x60 pixels en een 3,5 inch beeldscherm. Net als de point-and-shoot camera’s van Fluke en FLIR heeft de Snap-on een trekkerknop waarmee een foto gemaakt wordt. Opvallende kenmerken van deze camera zijn de database met referentiebeelden en het grote meetbereik: -20° tot 450° Celsius. De snapshots (foto’s) worden opgeslagen op een micro-SDkaart. Bij Fluke kun je in de prijsklasse tot € 2.000,- terecht in de Performance Series, die overigens tot € 5.000,- kan oplopen. De instapper is de TiS10 van € 1.195,-, deze heeft een detectorresolutie van 80x60 pixels, een 3,5 inch display en een 5 megapixel optische camera. Op het interne geheugen van 4 gigabyte kunnen duizenden foto’s worden bewaard, het geheugen kan uitgebeid worden. Het temperatuurbereik loopt van -20° tot 250° Celsius. Via de TiS20 en TiS40 loopt de detectorresolutie steeds iets op, de Fluke TiS45 blijft net onder de 2 mille (€ 1.995,-) en onderscheidt zich van de TiS40 door de software met IR-Fusion modus. Hiermee kan het IRbeeld op verschillende manieren in het beeld van de optische camera gecombineerd worden. Alle Fluke-camera’s zijn voorzien van WiFi en kunnen de beelden direct opslaan in de Fluke-cloud. FLIR levert drie point-and-shoot camera’s onder de 2 mille: de E5, E5 WiFi en E6 WiFi. Voor € 995,- kun je aan de slag met de FLIR E5, de detectorresolutie bedraagt 120x90 pixels, het meetbereik loopt van -20° tot 250° Celsius, de gevoeligheid is kleiner dan 0,1° Celsius. Een bijzondere functie van de E5 is de Hot/Cold spotmeting. Voor € 1.295,- levert Sensor BV de FLIR E5 WiFi, deze heeft dezelfde eigenschappen als de E5, maar beschikt over WiFi. De FLIR E6 WiFi kost € 1.695,- en heeft een detectorresolutie van 160x120 pixels en een temperatuurbereik van -20° tot 250° Celsius. De gevoeligheid is kleiner dan 0,06° Celsius. Alle genoemde FLIR-camera’s hebben MSX-technologie waarmee de beelden van de optische en thermische camera gecombineerd kunnen worden. Sensor BV biedt maandelijks een cursus aan om te leren werken met een thermische camera.