Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
PDF download
Der autonome Roboter ANYmal mit Wärmebildkamera spürt Menschen auf : Ausgabe 17/2017, 18.10.2017

Eine heisse Spur…

Wenn es um Menschenleben geht, zählt jede Sekunde. Je gezielter eine Rettungsaktion abläuft, umso höher sind die Überlebenschancen. Der autonome Roboter ANYmal wird zur Suche von verunglückten Personen eingesetzt. Ausgestattet mit der Wärmebildkamera thermoIMAGER TIM 160 geht er auf Spurensuche. Der Roboter kommt aber auch im industriellen Umfeld zum Einsatz.

Autor: Manfred Pfadt, Micro-Epsilon Messtechnik, und Péter Fankhauser, ANYbotics

Bilder: Micro-Epsilon

ANYmal ist ein ganz spezieller Roboter der ANYbotics AG, welcher unter anderem der Personensuche dient. Sein Name ist angelehnt an das englische Wort «animal». Der Roboter bewegt sich auch wie ein Tier. Er verfügt über vier flexible Beine, auf denen seine Technologie gelagert ist, beispielsweise Akkus für zwei bis vier Stunden lange Operationen oder zahlreiche Sensoren, die ihm Eigenständigkeit verleihen.

Die vier Beine und die extreme Mobilität seiner Gelenke, die um 360° gedreht werden können, erlauben ANYmal zu klettern, springen, rennen, kriechen oder sogar zu tanzen. Der Roboter führt aus, was immer für die Erfüllung seiner Aufgabe notwendig ist. Daher ist er besonders für den Einsatz in unwegsamem Gelände geschaffen. ANYmal kann beispielsweise nach Erdbeben eingesetzt werden, wenn verstreute Trümmer den Zugang zu verschütteten Menschen erschweren.

30 kg modernste Technologie für alle Eventualitäten

Auch optisch ist er einem Tier äusserst ähnlich. Er gleicht einem Hund und legt durch seine Vielzahl an Sensoren einen äusserst präzisen Spürsinn an den Tag. Ob Bergrettung, Bombenentschärfung oder Erdbeben, überall dort wo Menschen schnell und gezielt gerettet werden müssen und auch dort wo es zu gefährlich ist, Menschen zur Rettung einzusetzen, sind seine Fähigkeiten gefragt. 30 kg leicht ist ANYmal, obwohl er mit moderner und innovativer Technologie ausgestattet ist. Bei ANYmal handelt es sich um einen Hightechroboter, der voll autonom ist und unter anderem mit Lasersensoren versehen wurde, um sich in seiner Umgebung sicher fortzubewegen. Hindernisse werden dadurch erkannt, Bewegungen in schwierigem Gelände lassen sich planen. Eine weitere Technologie an Bord macht ihn so besonders: Der Einsatz modernster Thermografiesysteme.

Wärmebildkamera findet Hotspots zuverlässig auch in rauen Umgebungen

Im schwenkbaren Inspektionskopf von ANYmal sitzt die innovative Wärmebildkamera thermoIMAGER TIM 160. Sie wird zur berührungslosen Temperaturmessung eingesetzt. Die Kamera muss für diese Messaufgabe hohe Anforderungen erfüllen. Sie muss kompakt und leicht sein, um sie auf dem Roboter montieren zu können. Ausserdem wird vorausgesetzt, dass ihr Aufbau robust und unempfindlich ist und sie somit vor allem durch Wasser und Erschütterungen nicht beeinflusst wird.

Der Temperaturbereich, den die Kamera sicher detektieren sollte, liegt bei –20 bis +350 °C und einer Genauigkeit von rund 2 % vom Messwert. Über den thermoIMAGER findet der Roboter durch Abscannen seiner Umgebung mit dem Sensor aussergewöhnlich heisse Stellen, sogenannte Hotspots und kann dadurch frühzeitig Alarmsignale ausgeben. Dies ist für Rettungsaktionen erforderlich, aber ebenso in industrieller Umgebung bei der Überwachung von Maschinen und Prozessen.

Haupteinsatzgebiete von Wärmebild-kameras in industriellen Umgebungen sind die Analyse dynamischer Wärmeprozesse bei der Produkt- und Prozessentwicklung, der stationäre Einsatz zur kontinuierlichen Beobachtung und Regelung thermischer Vorgänge und die gelegentliche Nutzung als portables Messgerät im Instandhaltungsbereich und zur Detektion von Wärmelecks. Ausserdem werden sie in der Flugthermografie für Flächen verwendet, die vom Boden aus schwer einsehbar sind.

Wärmebild- und RGB-Zoom-Kamera, Mikrofone und Gasdetektionssensor

Der Inspektionskopf des ANYmal verfügt neben der Wärmebildkamera auch über eine RGB-Zoom-Kamera (RGB = Rot, Grün, Blau), Mikrofone und einen Gasdetektionssensor. Die Bewegungsfreiheit des gesamten Systems ermöglicht die gezielte Untersuchung schwer zugänglicher Stellen.

Péter Fankhauser, Robotics Software Engineer bei der ANYbotics AG, zeigt sich äusserst zufrieden mit der eingesetzten Wärmebildkamera von Micro-Epsilon: «Der thermoIMAGER TIM 160 erfüllt unsere Anforderungen und hat uns zudem mit einem guten Preis-Leistungs-Verhältnis, dem einfachen USB-Anschluss und den Linux-Treibern überzeugt. Die Kamera ist einfach in der Bedienung, schnell einsatzbereit und hat in unseren Einsätzen einwandfreie Ergebnisse erzielt.»

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

Geschichte der Thermografie geht bis ins Jahr 1800 zurück

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, welcher noch heute üblich ist, aber später durch «Infrarot» ersetzt wurde. Mit den Jahren wurden Linsen aus Steinsalz und Anordnungen von Thermosäulen verwendet, die den Grundstock der ersten Wärmekameras bildeten.

Im Jahr 1840 ist die Temperaturverteilung auf Oberflächen durch Herschel über unterschiedliche Verdampfungsraten eines dünnen Ölfilms sichtbar gemacht worden. Er benutzte auch Thermopapier, das sich durch direkten Kontakt mit warmen Oberflächen verfärbte. Der Durchbruch in der berührungslosen Messung aber gelang Samuel Pierpont Langley im Jahr 1880 mit der Erfindung des Bolometers. Eingesetzt wurde es zum Aufspüren von Eisbergen oder zur Personenrettung. 

 

Infoservice

Micro-Epsilon (Swiss) AG
Industriestrasse 24, 9300 Wittenbach
Tel. 071 250 08 38, Fax 071 250 08 69
info@micro-epsilon.ch, www.micro-epsilon.ch



Im Inspektionskopf von ANYmal befindet sich modernste Technologie, die dem Roboter seine Sinne verleiht


Der autonome Roboter ANYmal wird zur Suche von verunglückten Personen eingesetzt. Ausgestattet mit der Wärmebildkamera geht er auf «heisse» Spuren­suche

Produktinformation

Die Wärmebildkameras der Serie TIM 160 sind dank der hohen thermischen Empfindlichkeit für präzise Messaufgaben in Echtzeit konzipiert. Weiterhin zeichnet sich das System durch eine hohe Bildfrequenz von 120 Hz aus. Der Anschluss der Wärmebildkamera erfolgt über eine USB-Schnittstelle, über die auch die Versorgung vorgenommen wird. Der Messbereich erstreckt sich von –20 bis +900°C, optional bis 1500°C. Infrarotkameras von Micro-Epsilon sind extrem leicht und robust, sodass sie sich ideal für den Einsatz in industrieller Umgebung oder Montage auf Robotern, wie dem ANYmal, eignen. Sie prüfen unter anderem Wärmedämmungen an Häusern, Verlustleistung elektronischer Baugruppen, spüren Glutnester auf, überwachen Oberflächentemperaturen oder lassen sich in der Medizin zur Untersuchung von Entzündungsherden einsetzen. Micro-Epsilon bietet verschiedene Leistungsklassen im Bereich innovativer Wärmebildkameras und verfügt branchenübergreifend über ein breites Anwendungs-Know-how und passende Modelle.