Einleitung

Infrarot-Thermometer bestimmen die Oberflächentemperatur, indem sie die von einem Objekt abgegebene Infrarotstrahlung erfassen. Da kein direkter Kontakt erforderlich ist, eignen sie sich besonders für bewegte, rotierende, heiße oder schwer zugängliche Messobjekte.

Typische industrielle Anwendungen sind Werkstücke auf Förderbändern, rotierende Walzen, Maschinenteile im Betrieb, bewegte Folien, Papierbahnen, Metallmaterialien und Produkte in automatisierten Fertigungslinien.

Bei bewegten Objekten reicht es jedoch nicht aus, das Thermometer lediglich auf das Ziel auszurichten. Objektgeschwindigkeit, Ansprechzeit, Messfleckgröße, Messabstand, Oberflächenbeschaffenheit und Messposition können das Ergebnis unmittelbar beeinflussen.

Werden diese Faktoren nicht berücksichtigt, kann das Gerät gleichzeitig Strahlung vom Messobjekt und vom Hintergrund erfassen.

Das Wichtigste im Überblick

● Infrarot-Thermometer sind für bewegte Objekte besonders geeignet, da die Messung berührungslos erfolgt.
● Der Messfleck muss vollständig innerhalb der Zielfläche liegen.
● Mit steigender Objektgeschwindigkeit gewinnt die Ansprechzeit des Thermometers an Bedeutung.
● Der Messabstand ist anhand des D:S-Verhältnisses und der Größe des Messobjekts festzulegen.
● Bei Metallen, Kunststofffolien und anderen speziellen Oberflächen müssen Emissionsgrad und Reflexion berücksichtigt werden.
● Bei periodisch bewegten Objekten sollten Position und Messwinkel möglichst konstant bleiben.

Warum eignen sich Infrarot-Thermometer für bewegte Objekte?

Bei einer Kontaktmessung muss ein Temperaturfühler normalerweise ausreichend lange und stabil an der Oberfläche anliegen.

Bei schnell bewegten oder kontinuierlich rotierenden Komponenten ist dies häufig schwierig und kann Sicherheitsrisiken verursachen. Zusätzlich können Fühler verschleißen oder den Prozess mechanisch beeinflussen.

Ein Infrarot-Thermometer misst dagegen aus sicherer Entfernung.

● Berührungslose Messung: Geeignet für rotierende, bewegte und heiße Oberflächen.
● Kurze Ansprechzeit: Vorteilhaft für Produktionslinien und schnelle Kontrollmessungen.
● Keine mechanische Beeinflussung: Der Bewegungsablauf des Objekts wird nicht verändert.
● Erhöhte Sicherheit: Kein direkter Kontakt zwischen Messfühler und bewegtem Maschinenteil.
● Gute Wiederholbarkeit: Unterschiedliche Werkstücke können an derselben Position geprüft werden.

Deshalb wird die Infrarot-Temperaturmessung häufig in Instandhaltung, Prozessüberwachung und Qualitätskontrolle eingesetzt.

Was misst ein Infrarot-Thermometer tatsächlich?

Ein Infrarot-Thermometer erfasst die Infrarotstrahlung der Oberfläche innerhalb seines Sichtfelds. Der sichtbare Laserpunkt selbst wird nicht gemessen.

Jedes Gerät besitzt einen definierten Messfleck. Mit zunehmendem Abstand wird dieser Messfleck in der Regel größer.

Befindet sich der gesamte Messfleck auf dem bewegten Objekt, repräsentiert die Anzeige überwiegend dessen Oberflächentemperatur.

Erfasst der Messfleck gleichzeitig Hintergrund, Maschinenbauteile oder andere Flächen, gelangt Strahlung mehrerer Oberflächen zum Sensor. Dadurch kann die angezeigte Temperatur verfälscht werden.

Eine der wichtigsten Regeln lautet daher:

Die nutzbare Zielfläche sollte deutlich größer als der tatsächliche Messfleck sein.

Der Laser dient lediglich als Zielhilfe und ist nicht mit der tatsächlichen Größe der Messfläche gleichzusetzen.

Beeinflusst die Bewegungsgeschwindigkeit das Messergebnis?

Ja. Entscheidend sind vor allem die Ansprechzeit des Thermometers und die Zeitspanne, während der sich das Objekt innerhalb des Messbereichs befindet.

Ein Infrarot-Thermometer benötigt eine bestimmte Zeit, um auf eine Änderung der eintreffenden Infrarotstrahlung zu reagieren.

Bleibt das Objekt deutlich länger im Messbereich als die Ansprechzeit des Geräts, lässt sich in der Regel ein stabiler Messwert erfassen.

Bewegt es sich dagegen sehr schnell durch den Messbereich, kann es den Bereich verlassen, bevor das Thermometer vollständig reagiert hat.

Bei einem heißen Werkstück vor einem deutlich kühleren Hintergrund kann dadurch beispielsweise ein Zwischenwert angezeigt werden.

Für schnell bewegte Objekte ist deshalb eine möglichst kurze Ansprechzeit vorteilhaft.

Wie wird der richtige Messabstand gewählt?

Ein größerer Abstand ist nicht grundsätzlich besser.

Die optische Auflösung eines Infrarot-Thermometers wird häufig über das D:S-Verhältnis — Distance-to-Spot Ratio angegeben.

Bei einem D:S-Verhältnis von 12:1 entspricht beispielsweise ein Abstand von ungefähr 1200 mm theoretisch einem Messfleckdurchmesser von etwa 100 mm. Maßgeblich sind jedoch immer die optischen Angaben des jeweiligen Herstellers.

Bei bewegten Objekten sollte die Zielfläche deutlich größer als der Messfleck sein.

● Bei kleinen Werkstücken den Messabstand verkürzen.
● Große Walzen oder Förderbandflächen können aus größerer Entfernung gemessen werden.
● Bei kleinen, schnell bewegten Objekten besonders auf die Messfleckgröße achten.
● Überschreitet der Messfleck die Objektkante, beeinflusst der Hintergrund das Ergebnis.

Zuerst sollte daher die tatsächlich nutzbare Messfläche bestimmt und anschließend der passende Abstand anhand des D:S-Verhältnisses gewählt werden.

Wo sollte bei rotierenden Objekten gemessen werden?

Bei Walzen, Riemenscheiben und rotierenden Bauteilen sollte eine ausreichend große, gleichmäßige und frei zugängliche Fläche gewählt werden.

● Messposition möglichst festlegen und beibehalten.
● Randbereiche vermeiden.
● Sehr flache bzw. schräge Messwinkel möglichst vermeiden.
● Darauf achten, dass Schutzabdeckungen oder Halterungen nicht in den Messfleck gelangen.
● Bei schnell rotierenden Teilen einen sicheren Abstand einhalten.

Soll beispielsweise die Temperaturentwicklung einer Walze über einen längeren Zeitraum beobachtet werden, sollten Position, Abstand, Winkel und Emissionsgradeinstellung unverändert bleiben.

Wie misst man Werkstücke auf einem Förderband?

Bei kontinuierlich durchlaufenden Produkten empfiehlt sich eine feste Messposition.

Das Thermometer erfasst die Werkstücke dann jeweils an derselben Stelle der Produktionslinie und unter vergleichbaren geometrischen Bedingungen.

Für reproduzierbare Ergebnisse:

● Einen ausreichend großen Oberflächenbereich auswählen.
● Nicht direkt an der Werkstückkante messen.
● Alle Werkstücke an derselben Position erfassen.
● Messabstand konstant halten.
● Bei identischen Materialien denselben Emissionsgrad verwenden.
● Bei hoher Fördergeschwindigkeit die Ansprechzeit des Geräts berücksichtigen.

Eine feste Messstelle liefert normalerweise besser vergleichbare Ergebnisse als das manuelle Nachführen des Thermometers.

Sollte das Thermometer dem bewegten Objekt folgen?

Bei großen, langsam bewegten Objekten kann ein kurzes Nachführen möglich sein.

Bei schnell bewegten Zielen ist dies jedoch nicht zu empfehlen, da sich dabei Abstand, Messwinkel und erfasste Fläche ständig verändern.

Für wiederholbare industrielle Messungen ist daher die folgende Methode vorzuziehen:

Messposition festhalten und das Objekt durch den Messbereich laufen lassen.

Dadurch lassen sich unterschiedliche Produkte oder Prozesszustände deutlich besser vergleichen.

Warum sind kleine und schnell bewegte Objekte besonders schwierig zu messen?

Hier treten zwei Probleme gleichzeitig auf: kurze Verweilzeit im Messfeld und kleine verfügbare Messfläche.

Ist der Messfleck größer als das Objekt, werden Objekt und Hintergrund gemeinsam erfasst.

Auch wenn der Messfleck klein genug ist, kann das Objekt den Messbereich schneller durchlaufen, als das Thermometer reagieren kann.

Zu prüfen sind deshalb:

● Ansprechzeit des Thermometers.
● D:S-Verhältnis bzw. optische Auflösung.
● Möglichkeit, den Messabstand zu reduzieren.
● Möglichkeit einer festen Messposition.
● Verweilzeit des Objekts im effektiven Sichtfeld.

Ist das Ziel bei der erforderlichen Arbeitsdistanz deutlich kleiner als der Messfleck, lässt sich das Problem nicht allein durch genaueres Zielen lösen.

Welchen Einfluss hat der Emissionsgrad?

Auch bei bewegten Objekten bleibt der Emissionsgrad ein wesentlicher Faktor.

Gummi, beschichtete Oberflächen, Kunststoffe, Holz und viele nichtmetallische Materialien lassen sich grundsätzlich gut infrarot messen. Der tatsächliche Emissionsgrad hängt jedoch von Material und Oberflächenzustand ab.

Polierte oder blanke Metalle können einen niedrigen Emissionsgrad besitzen und Infrarotstrahlung aus der Umgebung stark reflektieren.

Daher gilt:

● Emissionsgrad passend zum Material einstellen.
● Stark glänzende oder spiegelnde Bereiche möglichst vermeiden.
● Reflexion heißer Maschinen, Heizungen oder anderer Wärmequellen berücksichtigen.
● Bei Vergleichsmessungen denselben Emissionsgrad beibehalten.

Ist der tatsächliche Emissionsgrad unbekannt, sollte ein einzelner Messwert nicht ohne weitere Prüfung als exakte absolute Oberflächentemperatur interpretiert werden.

Muss der Laserpunkt dem Objekt ständig folgen?

Nein.

Der Laser dient in erster Linie als Zielhilfe. Er ist nicht das eigentliche Messelement.

Entscheidend ist, dass das gesamte Infrarot-Sichtfeld innerhalb der gewünschten Messfläche liegt.

Insbesondere bei größerem Abstand kann der tatsächliche Messfleck wesentlich größer als der sichtbare Laserpunkt sein.

Für die Beurteilung der Messfläche sollte deshalb das D:S-Verhältnis verwendet werden.

Welche Vorteile bietet eine kontinuierliche Messfunktion?

Einige Infrarot-Thermometer bieten Dauerbetrieb, Data Hold, Maximalwert-, Minimalwert- oder ähnliche Funktionen.

Bei kontinuierlich vorbeilaufenden Werkstücken kann beispielsweise die Maximalwertfunktion helfen, ungewöhnlich heiße Produkte schneller zu erkennen.

Diese Funktionen können jedoch nur bereits erfasste Messwerte verarbeiten.

Sie kompensieren weder einen zu großen Messfleck noch einen falschen Emissionsgrad, eine ungeeignete Messposition oder eine zu lange Ansprechzeit.

Häufige Fehler bei bewegten Objekten

● Zu großer Messabstand: Der Messfleck erfasst zusätzlich den Hintergrund.
● Orientierung nur am Laserpunkt: Der tatsächliche Messbereich wird unterschätzt.
● Zu kleines Ziel: Das Objekt deckt das Sichtfeld nicht vollständig ab.
● Zu hohe Geschwindigkeit: Das Thermometer kann nicht ausreichend schnell reagieren.
● Nachführen des Thermometers: Abstand und Winkel verändern sich kontinuierlich.
● Emissionsgrad ignorieren: Unterschiedliche Oberflächen werden mit ungeeigneten Einstellungen gemessen.
● Messung am Rand: Hintergrund gelangt in den Messbereich.
● Reflexionen nicht beachten: Glänzende Flächen reflektieren Infrarotstrahlung anderer Wärmequellen.

Wie lässt sich die Wiederholbarkeit verbessern?

Für industrielle Vergleichsmessungen sollten die Messbedingungen möglichst standardisiert werden.

● Feste Messposition verwenden.
● Messabstand konstant halten.
● Gleichen Messwinkel verwenden.
● Gleiche Emissionsgradeinstellung nutzen.
● Immer denselben Bereich des Objekts messen.
● Messungen unter vergleichbaren Betriebsbedingungen durchführen.

Dadurch werden Temperaturtrends aussagekräftiger und besser reproduzierbar.

Welche Sicherheitsaspekte sind zu beachten?

Auch eine berührungslose Messung beseitigt nicht die mechanischen Gefahren bewegter Anlagen.

● Hände oder Thermometer nicht in rotierende Gefahrenbereiche hineinführen.
● Schutzabdeckungen nicht umgehen.
● Kleidung, Handschuhe, Bänder und lose Gegenstände von Wellen und Antrieben fernhalten.
● Bei heißen, spannungsführenden oder schnell laufenden Anlagen ausreichend Abstand halten.
● Den Ziellaser niemals auf die Augen von Personen richten.

Bei schnell rotierenden Maschinen hat die Sicherheit Vorrang vor einem möglichst kurzen Messabstand.

Reicht die optische Leistung des Thermometers aus sicherer Entfernung nicht aus, sollte ein Gerät mit höherem D:S-Verhältnis oder eine stationäre Infrarot-Messlösung verwendet werden.

FAQ

Kann ein Infrarot-Thermometer rotierende Objekte messen?

Ja. Die berührungslose Messung eignet sich besonders für Walzen, Riemenscheiben und andere rotierende Komponenten. Messfleck, D:S-Verhältnis, Ansprechzeit und Emissionsgrad müssen jedoch zur Anwendung passen.

Wird die Messung bei höherer Objektgeschwindigkeit automatisch ungenauer?

Nicht zwangsläufig. Entscheidend ist, ob das Objekt lange genug im Messbereich bleibt, damit das Thermometer reagieren kann.

Warum schwankt die Temperaturanzeige bei bewegten Werkstücken?

Mögliche Ursachen sind eine wechselnde Erfassung von Objekt und Hintergrund, ungleichmäßige Oberflächentemperaturen, unterschiedliche Emissionsgrade oder eine zu hohe Geschwindigkeit.

Ist die Messung korrekt, wenn der Laserpunkt auf dem Objekt liegt?

Nicht unbedingt. Der Laser dient nur zur Ausrichtung. Der tatsächliche Infrarot-Messfleck ist in der Regel größer.

Eignet sich ein Infrarot-Thermometer für schnelle Produktionslinien?

Ja, sofern Objektgröße, Geschwindigkeit, Ansprechzeit und optische Auflösung zueinander passen. Sehr kleine, sehr schnelle Ziele können höhere Anforderungen an das Messsystem stellen.

Kann die Temperatur einer rotierenden Metallwelle genau gemessen werden?

Bei blanken oder polierten Metallen ist Vorsicht erforderlich. Der niedrige Emissionsgrad und reflektierte Wärmestrahlung können erhebliche Fehler verursachen.

Fazit

Infrarot-Thermometer eignen sich sehr gut für die berührungslose Oberflächentemperaturmessung an Förderbandprodukten, Walzen, rotierenden Komponenten und anderen bewegten Objekten.

Für zuverlässige Ergebnisse müssen jedoch Messfleckgröße, D:S-Verhältnis, Ansprechzeit, Objektgeschwindigkeit, Zielgröße, Emissionsgrad und Messposition aufeinander abgestimmt werden.

Eine feste Messposition, ein konstanter Abstand und eine vollständig vom Ziel ausgefüllte Messfläche verbessern die Vergleichbarkeit erheblich.

Bei sehr kleinen, schnellen oder niedrig emittierenden Objekten müssen optische Eigenschaften und Messbedingungen besonders sorgfältig geprüft werden.