Bauen Sie eine DIY-Thermocam

Die Grundidee meiner kostengünstigen Wärmebildkamera begann mit meinem Physikunterricht im Jahr 2010. Unser Lehrer kaufte ein Einpunkt-Infrarot-Thermometer, auch Pyrometer genannt, und fragte, ob jemand es später in diesem Jahr für einen Wissenschaftswettbewerb verwenden möchte. Ein Freund und ich hatten die Idee, einen Wärmebildscanner mit Servomotoren zu entwickeln, um den Infrarotsensor über einen großen Bereich zu bewegen.

Unser erster Prototyp war nichts anderes als ein Proof of Concept; wir nutzten Lego Mindstorms zusammen mit einer Datenschnittstelle für den Sensor am PC und einem automatisierten Maus-/Tastatur-Skript für Adobe Photoshop, um niedrigaufgelöste Wärmebilder zu erstellen. Für den Wettbewerb im nächsten Jahr (Abbildung A) habe ich unser Design verbessert, das ich „Billig-Thermocam V1“ nannte. Es bestand aus einem Arduino-Mikrocontroller, zwei Servomotoren und einer in Java geschriebenen Computersoftware; die gesamten Materialkosten betrugen nur etwa 100 $.

Abbildung A. Foto von Max Ritter

Erste Kits

2011 habe ich einen Sonderpreis gewonnen und die Soft- und Hardwarekonzepte im Internet veröffentlicht. Das Feedback war positiv – viele Leute bauten ihre eigene Adaption des Geräts (Abbildung B) und andere zeigten Interesse, eines zu kaufen. Dies führte mich Mitte 2013 zur zweiten Version des Gerätes (Abbildung C), die ich online an Menschen aus aller Welt verkaufte. Ich war damals 20, das war ein großer Schritt für mich. Die „Cheap-Thermocam V2“ verfügte über ein kleines LCD-Display, das über einen Drehgeber gesteuert werden konnte und die Möglichkeit hatte, Daten auf einer SD-Karte zu speichern.

Abbildung C

Ein Jahr später beendete ich meine Arbeit an der „Cheap-Thermocam V3 (Abbildung D)“, die einen großen Touchscreen, ein schlankes Design und einen viel schnelleren Mikrocontroller integriert. Die Versionen eins bis drei nutzten das ursprüngliche Prinzip eines beweglichen Einpunkt-IR-Sensors, der einen Bereich abtastet. Dies hatte zwar den Vorteil, dass es sehr günstig war, es dauerte jedoch auch einige Minuten, um ein vollständiges Wärmebild zu erstellen. Für viele Anwendungen einschließlich bewegter Objekte war dieser Ansatz nicht geeignet, daher suchte ich nach einer Alternative.

Abbildung D

Ein neuer Sensor

Abbildung E

Im Jahr 2014 brachte FLIR seinen Lepton-Sensor (Abbildung E) auf den Markt, den ersten kostengünstigen Thermal-Array-Sensor auf dem Markt. Ich habe es in die nächste Version meines Gerätes eingebaut, die ich „DIY-Thermocam V1“ nannte. Es war eine große Verbesserung vom Scan-Prinzip hin zu hochauflösenden Echtzeit-Wärmebildern und der Ausgangspunkt für eine ernsthafte Alternative zu den Lösungen auf dem Markt von großen Unternehmen wie FLIR oder FLUKE.

Version 2 der DIY-Thermocam bietet viele Verbesserungen, darunter Unterstützung für den Lepton 3.0-Sensor mit vierfach höherer Auflösung, einen leistungsfähigeren Mikroprozessor, eine bessere und schnellere visuelle Kamera und Wechselspeicher. Ein neues Videoausgabemodul bietet die Möglichkeit, ein Videoausgabesignal der Daten der Thermocam zu streamen.

Ein großer Vorteil der Thermocam ist die quelloffene Soft- und Hardware, sodass Sie sie an Ihre eigenen Bedürfnisse anpassen oder als Ausgangspunkt für eigene Entwicklungen im Bereich der Wärmebildtechnik nutzen können. Die On-Device-Firmware kann über ein einfach zu bedienendes Touch-Menü gesteuert werden und bietet viele Funktionen, wie verschiedene Farbschemata, Analyse- oder Speichermethoden. Zur Analyse der Wärmebilder und Videos auf dem PC sind die Rohdateien voll kompatibel mit einer leistungsstarken Anwendung namens ThermoVision, die von einem deutschen Programmierer aus Berlin entwickelt wurde. Es gibt auch eine Python-Anwendung, die Echtzeit-Streaming der Wärmedaten auf dem Computer bietet und einige Analysefunktionen bietet.

Gelernte Lektionen

Es gab so viele Herausforderungen auf dem Weg. In den meisten Fällen konnte ich sie lösen, in anderen entschied ich mich für unkonventionellere Lösungen. Zum Beispiel wollte ich beim Design des Gehäuses zunächst einen 3D-Drucker verwenden, um es zu produzieren. Es stellte sich jedoch heraus, dass selbst die teureren Drucker viel Nachdruck von Hand benötigen. Dies dauerte zu lange, um produktiv zu sein. Auch das Spritzgießen war keine echte Alternative, da die Herstellung eines Werkzeugs für die Herstellung kleiner Stückzahlen zu teuer war. Am Ende entschied ich mich für das Laserschneiden eines Gehäuses, eine relativ billige Technik, die keine Nachbearbeitung erfordert. Ich habe eine Firma in Deutschland gefunden, die mir die Teile aus schwarzem Acryl schneidet.

Eine Sache, die ich gelernt habe, war, den Zeitplan für die Veröffentlichung nicht zu eng zu setzen, da unweigerlich viele unerwartete Probleme auftreten werden. Eine gute Faustregel, die ich für mich gefunden habe, ist, einen Zeitplan zu erstellen und ihn dann zu verdoppeln. Wenn Sie früher fertig sind, ist das oft kein Problem, denn Sie finden immer etwas, das Sie verbessern können.

Alles, was ich für dieses Projekt brauchte, habe ich aus Quellen im Internet und aus Büchern gelernt. Es gab fast niemanden, der mir dabei geholfen hat. Dies war ein steiler Weg, aber ich habe so viel daraus gelernt! Das Projekt erforderte viele Schritte:Herstellung des Prototyps, Auswahl der Komponenten und Materialien, Montagefreundlichkeit des Geräts, Qualitätsprüfungen, weltweite Lieferung, Marketing und Kundenkontakt, um nur einige zu nennen. Viele der Dinge, die ich tat, waren Versuch und Irrtum, und ich habe in diesen Jahren wirklich viele Fehler gemacht. Sie alle haben jedoch zu meinem heutigen Erfahrungsschatz beigetragen, es hat sich also gelohnt, sie alle zu machen. Ich würde sogar sagen, dass ich bei der Arbeit am Thermocam-Projekt mehr gelernt habe als in meinem fünfjährigen Studium. Meiner Meinung nach macht man die meisten Fortschritte – sowohl persönlich als auch technisch – wenn man tatsächlich selbst an Herausforderungen arbeitet.

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