Der Roboter ‚Anymal‘ von Anybotics, dessen Bewegungsablauf dem eines Tieres gleicht, dient unter anderem der Personensuche. Auf vier flexiblen Beinen ist die Technologie gelagert – beispielsweise Akkus für zwei bis vier Stunden lange Operationen oder Sensoren, die ihm Eigenständigkeit verleihen. Die vier Beine sowie die Mobilität seiner Gelenke, die um 360° gedreht werden können, ermöglichen es Anymal zu klettern, zu springen, zu rennen, zu kriechen oder auch zu tanzen. Daher eignet er sich insbesondere für den Einsatz in unwegsamem Gelände: Der Roboter ist beispielsweise nach Erdbeben nutzbar, wenn verstreute Trümmer den Zugang zu verschütteten Menschen er-schweren. Eine Vielzahl an Sensoren sorgt für den präzisen Spürsinn des Roboters, sodass er bei Bergrettung, Bombenentschärfung oder nach Erdbeben schnell und gezielt nach Menschen suchen kann – insbesondere dort, wo es zu gefährlich ist, Menschen zur Rettung einzusetzen. 

Der nur 30 kg wiegende Anymal agiert vollständig autonom. Er wurde unter anderem mit Lasersensoren versehen, um sich sicher fortzubewegen; mit ihrer Hilfe erkennt der Roboter Hindernisse.

... die Wärmebildkamera 'thermoImager TIM 160' von Micro-Epsilon. Sie dient zur berührungslosen Temperaturmessung.

© Anybotics

Im Gegensatz zu Pyrometern erfassen und messen Wärmebildkameras Temperaturen nicht an einem Punkt, sondern auf einer Fläche. Sie arbeiten wie Digitalkameras und verfügen über ein Gesichtsfeld, das sogenannte Field of View (FOV). Durch die Wahl eines passenden Objektivs lässt sich dieses auf die Applikation abstimmen. Im Infrarotbereich kann die Wärmestrahlung nur durch Optiken aus Germanium oder mit Oberflächenspiegeln fokussiert werden. Solche vergüteten Optiken sind im Vergleich zu herkömmlichen, in Großserien hergestellten Objektiven im sichtbaren Spektralbereich ein erheblicher Kosten-faktor bei Wärmebildkameras, da sie als sphärische 3-Linser oder asphärische 2-Linser ausgeführt sind und für thermometrisch korrekte Messungen gerade bei Kameras mit Wechselobjektiven bezüglich ihres Einflusses auf jedes Einzelpixel kalibriert werden müssen.

Infrarote Strahlung geht von jedem Körper aus, dessen Temperatur über dem ab-soluten Nullpunkt liegt. In einem Detektor wird die Energie der Infrarotstrahlung in elektrische Signale umgewandelt, die dann auf Grundlage der Kalibrierung des Sensors und des eingestellten Emissionsgrades in Temperaturwerte umgerechnet werden. 

Berührungslos messen

Basierend auf dieser Auswertung lässt sich die gemessene Temperatur auf einem Display anzeigen, als analoges Signal ausgeben oder über einen digitalen Ausgang auf einem Computer darstellen. Die Messung erfolgt berührungslos, was schnelle und sichere Temperaturmessungen von bewegten, heißen oder schwer zugänglichen Objekten ermöglicht. Während ein berührender Temperaturfühler die Temperatur eines Messobjektes beeinflussen und unter Umständen beschädigen oder ver-unreinigen könnte, gewährleistet das berührungslose Verfahren zu jeder Zeit präzise Messwerte ohne Kontakt.

Autoren:
Péter Fankhauser ist Robotics Software Engineer bei Anybotics in Zürich;
Manfred Pfadt ist Produktmanager Sensorik bei Micro-Epsilon Messtechnik in Ortenburg.

Die Anfänge der Thermografie

Die Entdeckung der Wärmestrahlung geht bis ins Jahr 1800 zurück, als der Astronom und Musiker Wilhelm Herschel Sonnenlicht durch ein Prisma lenkte. Mit einem Thermometer untersuchte er den Bereich, der hinter dem roten Ende des sichtbaren Spektrums lag. Dort stieg die Temperatur und er folgerte, dass eine Art unsichtbare Energie vorherrschen müsse. Der Begriff ‚Wärmestrahlung‘ entstand, der heute noch durchaus üblich ist, später aber durch ‚Infrarot‘ ersetzt wurde. Im Laufe der Jahre wurden Linsen aus Steinsalz und Anordnungen von Thermosäulen verwendet, die den Grundstock der ersten Wärmekameras bildeten. 

1840 wurde die Temperaturverteilung auf Oberflächen über unterschiedliche Verdampfungsraten eines dünnen Ölfilms durch Herschel sichtbar gemacht. Auch Thermopapier, das sich durch direkten Kontakt mit warmen Oberflächen verfärbte, diente der Veranschaulichung. Der Durchbruch in der berührungslosen Messung gelang Samuel Pierpont Langley im Jahr 1880 mit der Erfindung des Bolometers, das zum Aufspüren von Eisbergen oder zur Personenrettung eingesetzt wurde.