Sensorik und Analytik – Sinne für die Produktion

Die Photonik eröffnet der Messtechnik, Senorik und Analytik völlig neue Möglichkeiten und stellt neue Sinne für die Produktion von Morgen bereit. Von der 3D-Kamera über den Motorsensor bis hin zum Lebensmitteltester im Handy - Photonik ist die Grundlage für flexible, schnelle und berührungslos arbeitende Sensoren und Messsysteme. Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften werden optisch arbeitende Sensoren und Messsysteme in immer stärkerem Maße zur Überwachung von Produktionsprozessen und für die Umweltanalytik eingesetzt.

Licht ist ein hervorragendes Präzisionsmessinstrument, mit dem sich Abmessungen und Geometrien von Objekten hochgenau erfassen und eine Vielzahl von Substanzen mit fast unglaublicher Präzision detektieren und bestimmen lassen.

Die Forschungsarbeiten im Themenfeld optische Sensorik und Analytik zielen darauf ab, die technischen Grundlagen für die Nutzung des Lichts als Messinstrument bereitzustellen. Aufgrund der Anwendungsvielfalt und des steigenden Bedarfs der Industrie an hochgenauen, flexiblen und schnellen Messverfahren für die Produktions- und Fertigungsüberwachung sind diese Forschungsarbeiten stets eng mit anderen Technologiefeldern verzahnt.

Die Anwendungen reichen von der 3D-Objektvermessung z. B. im Automobilbau oder der Zahnmedizin über die Analyse von Inhaltsstoffen in Luft, Wasser oder Lebensmitteln bis hin zur detaillierten Untersuchung von Verbrennungsprozessen in Kraftwerken oder schadstoffarmen Verbrennungsmotoren, die mit keiner anderen Technologie möglich sind.

Besonderes Augenmerk bei den Forschungsarbeiten zum Themenfeld optische Sensorik und Analytik liegt auf der strengen Ausrichtung der Arbeiten auf die spätere Anwendung. Das bedeutet, dass erhebliche Teile der Forschungs- und Entwicklungsleistung neben der Erforschung der technologischen Grundlagen des reinen Messprinzips in die Auswertung der Themenschwerpunkte der Forschungsaktivitäten in diesem Bereich sind im Einzelnen:

Bildgebende 3D-Messverfahren

Für die nächste Generation von Kameras werden Sensoren und Verfahren erforscht, die neben der üblichen zweidimensionalen Bildinformation zu jedem Kamerapixel den Abstand zum abgebildeten Objektpunkt liefern.

Die Arbeiten haben besondere Bedeutung für autonome Roboter und Fertigungssysteme sowie für autonome Fahrzeugsteuerungen ohne spezielle Leitsysteme.

Optische Bilddatenverarbeitung

Bei herkömmlichen Bildverarbeitungssystemen werden nur Informationen über die Lichtintensität an jedem Bildpunkt ausgewertet. Das Licht, das die Kamera von einer Szenerie aufnimmt, enthält jedoch viel mehr Informationen.

Die Forschungsarbeiten in diesem Bereich zielen darauf ab, alle im Lichtfeld vorliegenden Informationen optisch zu verarbeiten und so eine rein optische Objektklassifizierung zu erreichen. Dies liefert die Grundlage für eine neue Generation intelligenter, bildverarbeitender Sensoren, die autonom Szenerien erkennen und beurteilen können, so z. B. in Kameras für selbstfahrende Fahrzeuge oder sehende Roboter.

Gasanalytik mit innovativen Strahlquellen (Quantenkaskadenlaser)

Quantenkaskadenlaser stellen eine neue Generation von Lasern dar, bei denen weitgehend unabhängig vom Materialsystem die Emissionswellenlänge eingestellt und variiert werden kann. Dies eröffnet der optischen Gasanalytik insbesondere im Bereich MIR-Spektroskopie (MIR: Mittleres InfraRot) völlig neue Möglichkeiten. Fast alle Prozessgase, die in der chemischen Industrie von Bedeutung sind, besitzen im MIR-Bereich signifikante spektrale „Fingerabdrücke“, mit denen sich die einzelnen Substanzen auch in sehr geringer Konzentration hochselektiv nachweisen lassen.

Dies ist einerseits unter Sicherheitsaspekten sehr wichtig (z. B. Phosgennachweis bei der Polyurethanherstellung) und ermöglicht andererseits die Prozessoptimierung z. B. bei der Herstellung von Polyethylen, einem der weltweit gebräuchlichsten Kunststoffe. Weitere wichtige Anwendungsfelder sind die Spurengasanalyse im Bereich der Umweltanalytik und Lebensmittelanalytik und die Prozesskontrolle in der Pharmaindustrie.

Oberflächenmesstechnik

Im Maschinenbau kommt den Bauteiloberflächen oft eine besondere Funktion zu. So entscheidet z. B. die Oberfläche eines Zylinders im Verbrennungsmotor über die Lebensdauer und den Ölverbrauch des Motors.

Ausgedehnte aber für das Auge kaum zu erkennende Vertiefungen in Stahlblechen werden erst sichtbar, wenn die Bauteile bereits lackiert sind. Dies führt zu teurem Ausschuss im Karosseriebau. Um eine profitable Produktion in der Halbleiterfertigung zu gewährleisten, müssen Oberflächeneigenschaften daher schnell, hochgenau und zuverlässig erfasst werden.

Ziel der Forschungsarbeiten in diesem Bereich ist die Erforschung neuer Messprinzipien und die Standardisierung von Messverfahren.

Hybridmessverfahren

Neben den rein optischen Messverfahren eröffnen so genannte Hybridmessverfahren insbesondere im Bereich der Biotechnologie neue Möglichkeiten für die Überwachung von Produktionsprozessen, die Umweltanalytik, die Gesundheitsvorsorge und die Lebensmittelkontrolle.

Hierbei werden z. B. „biologische Sonden“ wie Antikörper als Messwertaufnehmer verwendet. Das Andocken der Zielsubstanz kann zuverlässig optisch detektiert werden. Damit lässt sich z. B. die Umgebungsluft in Flughäfen oder Bahnhöfen ständig überwachen. Grippeviren könnten so frühzeitig detektiert und die Ausbreitung von Epedemien oder Pandemien schon im Ansatz verhindert werden.

Sensorik und Analytik - Nachrichten

Hier finden Sie alle Nachrichten rund um den Förderschwerpunkt "Sensorik und Analytik". -> mehr

Fördermaßnahme
Vor-Ort-Analytik mit photonischen Verfahren für den Einsatz in den Lebenswissenschaften

Diese Förderinitiative verfolgt das Ziel, innovative Messverfahren in den Bereichen Medizin, Umweltanalytik, Biotechnologie und Lebensmittelkontrolle weiterzuentwickeln und „vor Ort“ fähige Systemlösungen zu unterstützen.-> mehr

Fördermaßnahme
Neue optische Messverfahren

Licht als Präzisionsmessinstrument: Im Rahmen des Förderprogramms „Photonik Forschung Deutschland“ wird das Handlungsfeld bei allen Bekanntmachungen berücksichtigt, um die technologischen Grundlagen für die „Sinnesorgane“ neuer Produktionsverfahren, Fertigungsverfahren und Fertigungstechniken zur Verfügung zu stellen.
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Fördermaßnahme
M-ERA.NET 2012

ERA-NETs sind von der Europäischen Kommission geförderte Kooperationsprojekte zwischen Fördergebern (Projektträger, Forschungsagenturen und Ministerien) in für den jeweiligen Forschungsbereich relevanten europäischen sowie ausgewählten außereuropäischen Staaten und Regionen. -> mehr

Fördermaßnahme
Messen und Prüfen mit optischen Verfahren

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt Forschungs- und Entwicklungsvorhaben zu innovativen Anwendungen der Optischen Messtechnik. -> mehr

Abgeschlossene Fördermaßnahmen

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