Der Markt für Thermografie und Pyrometrie entwickelt sich in zwei Richtungen. Wärmebildkameras werden zunehmend günstiger und damit für Standardanwendungen interessant. Kleine Thermalkameras für Smartphones sowie sinkende Kosten bei Sensoren und Komponenten erweitern den Markt. Auch höhere Auflösungen werden erschwinglicher. Für Anwendungen wie die Brandüberwachung können bereits Systeme mit 80x80px ausreichen, wenn mehrere Kameras eingesetzt werden. Parallel bleiben spezialisierte Lösungen gefragt. Bei anspruchsvollen industriellen Anwendungen entscheiden Prozessverständnis, Systemintegration und die Auswahl der passenden Messtechnik. Eine intelligente Kamera allein löst die Messaufgabe nicht. Entscheidend sind Messgröße, Umgebungsbedingungen, erforderliche Geschwindigkeit und die Weiterverarbeitung der Daten.
Pyrometer und Thermografie bleiben komplementär
Bei der Wahl zwischen Pyrometer und Wärmebildkamera ist die konkrete Messaufgabe entscheidend. Pyrometer eignen sich besonders für punktuelle Temperaturmessungen und OEM-Anwendungen, bei denen eine definierte Messstelle ausreicht. Ihre Stärke liegt u.a. in der großen Auswahl an Spektralbereichen für Anwendungen bei Kunststofffolien, Glas, Halbleitern oder Metallen. Thermografiekameras spielen ihre Vorteile aus, wenn die räumliche Temperaturverteilung relevant ist. Sie ermöglichen die Analyse von Hotspots, Temperaturgradienten und thermischen Veränderungen über eine Fläche. Die zentrale Frage lautet daher: Wird ein einzelner Temperaturwert benötigt oder die Verteilung der Temperatur? Auch die Umgebungsbedingungen beeinflussen die Entscheidung. Schutzgehäuse, Sichtrohre, hohe Umgebungstemperaturen oder beengte Einbausituationen können für ein Pyrometer sprechen. Gleichzeitig ermöglichen neue Detektortechnologien schnelle und spektral selektive Messungen. Genannt wurden ungekühlte Systeme für Messungen bei 2,3µm mit einer Ansprechzeit von rund 320µs.
Geschwindigkeit wird entscheidend
Bei schnellen Prozessen reicht die angegebene Bildrate einer Kamera nicht aus. Hohe Frame-Raten bedeuten nicht automatisch eine entsprechend kurze Detektorantwortzeit. Entscheidend ist die tatsächliche Integrations- bzw. Ansprechzeit. Andernfalls können bei schnellen Bewegungen unscharfe Konturen und Messfehler entstehen. Pyrometer können mit sehr kurzen Ansprechzeiten im Millisekunden- bis Mikrosekundenbereich punkten. Bei ungekühlten Systemen wurden etwa 320µs genannt. Wärmebildkameras können in Teilbildbereichen ebenfalls sehr hohe Bildraten erreichen. Eine Zwischenlösung bieten Zeilensensoren. Sie verbinden punktuelle und räumliche Messung und können hohe Zeilenraten erreichen. Genannt wurden Systeme mit 512px und bis zu 2.000Hz. Für extreme Spezialanwendungen sind noch höhere Geschwindigkeiten möglich. Bei der Überwachung von Bremsscheiben können thermische Daten bei sehr hohen Drehzahlen erfasst werden. Zeilenbilder werden dabei zusammen mit einem Encoder ausgewertet und in Echtzeit zu einem flächigen Temperaturbild zusammengesetzt. Solche Anwendungen erfordern speziell entwickelte Hard- und Software.
Datenmengen und Schnittstellen
Mit steigender Auflösung und Bildrate wachsen die Datenmengen. Hochauflösende gekühlte Kameras mit mehreren Megapixeln können große Datenströme erzeugen. Schnittstellen wie 10GigE und Glasfaser werden dadurch relevant. Für künftig noch höhere Datenraten können leistungsfähigere Netzwerke erforderlich werden. Bei Pyrometern bleibt die klassische 4-20mA-Schnittstelle weit verbreitet. Gleichzeitig gewinnen Industrial-Ethernet-Protokolle wie Profinet, Ethercat und Ethernet/IP an Bedeutung. Bei Wärmebildkameras reicht das Spektrum von GigE Vision und USB bis Camera Link und CoaXPress. Parallel verschiebt sich die Verarbeitung zunehmend an den Entstehungsort der Daten. Statt vollständige Bilddatenströme weiterzugeben, werden relevante Informationen lokal ausgewertet. An übergeordnete Systeme gelangen anschließend nur die für Steuerung, Visualisierung oder Dokumentation benötigten Daten.
Spektrale Thermografie
Eine besondere Rolle spielt die spektral selektive Thermografie. Sie ist vor allem interessant, wenn klassische Temperaturmessungen durch Reflexionen, Flammen oder transparente Materialien erschwert werden. Durch die Auswahl geeigneter Wellenlängen lassen sich störende Einflüsse reduzieren. Als Anwendungen wurden u.a. Metalle, Glas, Verbrennungsprozesse, Öfen, Verpackungen und Lebensmittel genannt. Auch Messungen durch Flammen sind möglich. Bei Glas können bestimmte Spektralbereiche genutzt werden, während für Anwendungen rund um CO2-Laser andere Filterbereiche relevant sind. Zum Einsatz kommen u.a. Filterräder oder fest definierte spektrale Filter. Eine Herausforderung bleibt die begrenzte Dynamik der Detektoren. Die Auswahl des geeigneten Spektralbereichs hängt zudem stark von Temperatur und Anwendung ab. Gerade bei anspruchsvollen industriellen Messaufgaben eröffnet die spektrale Thermografie zusätzliche Möglichkeiten.
Kleinere Pixel, kompaktere Systeme
Ein weiterer Entwicklungstrend betrifft die Pixelgröße. Die Industrie bewegt sich von 17µm zunehmend zu 12µm und kleineren Pixeln. Dadurch lassen sich kompaktere Kameras und teilweise kleinere Optiken realisieren. Kleinere Pixel bedeuten allerdings nicht automatisch eine bessere Temperaturmessung. Das Messobjekt muss weiterhin ausreichend viele Pixel abdecken. Zudem setzen Beugung und optische Auflösung physikalische Grenzen. Eine kleinere Pixelstruktur kann nur dann vollständig genutzt werden, wenn das Objektiv entsprechend ausgelegt ist. Bei gekühlten Systemen sind inzwischen Pixelgrößen von etwa 5µm möglich. Das stellt hohe Anforderungen an die Optik. Auch Sensor-Binning kann sinnvoll sein, um Empfindlichkeit und Geschwindigkeit zu verbessern. Bei ungekühlten Systemen bleibt zusätzlich die Temperaturstabilität bei wechselnden Umgebungsbedingungen eine wichtige Herausforderung.
Smart Cameras und Edge Computing
Auch die Auswertung wird zunehmend intelligenter. Smart Cameras können bereits heute Aufgaben wie Bewegungserkennung, Merkmalextraktion oder definierte Temperaturauswertungen direkt ausführen. Künftig dürfte die lokale Verarbeitung weiter zunehmen. Bei anspruchsvolleren KI-Anwendungen reicht die Rechenleistung innerhalb der Kamera jedoch häufig nicht aus. Maschinelles Lernen wird deshalb vielfach auf externe Rechner oder Edge-Systeme ausgelagert. Dort stehen mehr Rechenleistung und flexiblere Softwareumgebungen zur Verfügung. KI wird dabei vor allem dort eingesetzt, wo klassische Auswerteverfahren an Grenzen stoßen. Bestimmte Anwendungen können bereits weitgehend autonom betrieben werden. Nach einer einmaligen Konfiguration kann eine Kamera definierte Messfelder überwachen, Temperaturen berechnen und die Ergebnisse über 4-20mA oder Profinet an eine Steuerung übertragen. Ein dauerhaft angeschlossener PC ist dafür nicht zwingend notwendig. Edge Computing gewinnt in diesem Zusammenhang an Bedeutung. Die Verarbeitung erfolgt auf Industrie-PCs oder vergleichbaren Systemen, teilweise mit webbasierten Bedienoberflächen. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Cybersecurity, da OT- und IT-Systeme stärker miteinander verbunden werden.
Integration in Automatisierung und Produktion
Die Datenintegration zielt vor allem auf Automatisierung und Prozessregelung. Temperaturwerte werden in SPS-, Regelungs- und Steuerungssysteme übertragen. Industrial Ethernet gewinnt dabei weiter an Bedeutung. Neben Profinet und Ethercat wurden Ethernet/IP, IO-Link und TCP genannt. Die 4-20mA-Schnittstelle bleibt parallel wichtig, insbesondere bei einzelnen Messwerten und etablierten Maschinenkonzepten. Eine direkte Verbindung von Thermografiekameras mit ERP-Systemen ist derzeit noch eher unüblich. Interessanter ist die Verbindung zu MES- und übergeordneten Produktionssystemen. Aus einzelnen oder mehreren Thermografiebildern können gezielt Prozessdaten extrahiert und weitergegeben werden. Auch Trigger- und Push-Mechanismen für die automatische Bereitstellung von Informationen gewinnen an Bedeutung.
Fazit
Thermografie und Pyrometrie bleiben zwei eng verwandte, aber unterschiedlich ausgerichtete Messverfahren. Pyrometer behaupten sich bei schnellen, punktuellen und spektral definierten Messaufgaben, Thermografiekameras bei der räumlichen Temperaturerfassung. Der Markt entwickelt sich zugleich in Richtung günstiger Standardprodukte und hochspezialisierter Systeme. Entscheidend bleiben Messaufgabe, Geschwindigkeit, Spektralbereich, Geometrie und Umgebungsbedingungen. Kleinere Pixel, höhere Datenraten und intelligente Auswertung erweitern die Möglichkeiten, ändern aber nichts an den physikalischen Grenzen der Messtechnik. Mit Smart Cameras, Edge Computing und Industrial Ethernet verschiebt sich die Thermografie zudem von der reinen Temperaturerfassung hin zur direkten Verarbeitung und Integration in Automatisierungsprozesse. Entscheidend bleibt dabei die Kombination aus geeigneter Sensorik, Optik, Auswertung und Systemintegration.
