INFO - Polytec

POLYTEC INFO 72. AUSGABE
I N FO
Anwendungen und News aus dem Bereich der Photonischen Technologien
Hochgeschwindigkeits-Kamerasysteme:
Prozessüberwachung in der Getränkeindustrie
Seite 4
FTIR-Spektroskopie:
Bestimmung der Biodiesel-Beimengung
in Dieselkraftstoff
Seite 11
Faseroptische Schwingungsmessung
im Flugzeugbau: FBG-Sensoren heben ab
Seite 19
NEU
www.polytec.de
Die neue Polytec-Webseite –
übersichtlich, konzentriert
und voller Mehrwert.
Editorial
Rubriktitel
Moderne Bildverarbeitung bietet mehr
als Qualitätsüberwachung
Seite 3
Prozessüberwachung in der
Getränkeindustrie
Seite 4
Sehr kleine Hochgeschwindigkeitskamera
für Crash-Tests
Neue helle LED-Auflichtbeleuchtung
für Bildverarbeitung
Seite 5
Das optimale Licht für die Bildverarbeitung
Seite 6
Neu entwickelte LED-Beleuchtungsserie
Seite 7
Liebe Leserin, lieber Leser,
Xenon Blitzlampen für gedruckte Elektronik
Seite 8
mit dieser Ausgabe der Polytec INFO wollen wir Ihnen Einblicke in das faszinierende
„High-Speed“-SWIR-Zeilenkameras
Seite 9
Thema der Photonischen Technologien geben. Ein so umfassendes Produktspektrum
wie es Polytec bereithält, lädt geradezu ein zum Blick über den Tellerrand – oder
den eigenen Wellenlängenbereich – hinaus. Selbst wir bei Polytec, die wir uns
täglich mit diesen Technologien beschäftigen, stellen oft überrascht fest, welch breite
Einsatzmöglichkeiten optische Messtechnik in Anwendungsbereichen eröffnet, die
zuvor noch nie in Verbindung damit gebracht wurden. Erweitern Sie mit dieser INFO
ein klein wenig Ihren Horizont und teilen Sie mit uns die faszinierende Welt des
Hyperspectral Imaging
Seite 10
Bestimmung der Biodiesel-Beimengung
in Diesel-Kraftstoff
Seite 11
Boden- und Gesteinsanalyse mit
mobilen FTIR-Spektrometern
Raman-Analyse von Silizium-Kristallinität
Seite 12
Lichts.
Farbmessung mit kalibrierten Spektrometern
Seite 13
Die Welt der Spektrometer
Seite 14
Dr. Alexander Huber
Geschäftsbereichsleiter
Photonik
Konfiguration von Lichtmess-Systemen
Seite 15
Kurznachrichten aus dem Bereich
elektro-optische Testsysteme
Seite 16
Kompetenzfelder
Bildverarbeitung
Laser &
Lasersysteme
Strahlungsmesstechnik
Know-how & Erfahrung
Service & Dienstleistung
Bestimmung des Kontaktwiderstands
der Metallfinger von Solarzellen
Seite 18
FBG-Sensoren heben ab
Seite 19
Hardware & Software
Elektro-optische
Testsysteme
Tiefe Einblicke mit FemtosekundenFaserlasern
Seite 17
Spektroskopie
Partnerschaft
Funktionsprinzipien der faseroptischen
Sensorik
Seite 20
Mobile Messgeräte für LWL-Netzwerke
Seite 21
Optische
Telekommunikation
Faseroptische
Sensorik
PV- & HalbleiterMesstechnik
Polytec-Produktübersicht
Seite 22
Messen
Seite 24
2
Bildverarbeitung
Bildverarbeitungssystem im Produktionsprozess von Kunststoffkomponenten
Moderne Bildverarbeitung bietet mehr als
Qualitätsüberwachung
Temperatur, Dämpfe und Verschmutzung spielen bei der automatischen
visuellen Kontrolle von Kunststoffteilen in unmittelbarer Fertigungsnähe
eine große Rolle für das Bildverarbeitungssystem. Dabei reicht es schon
lange nicht mehr aus, lediglich gute Teile von schlechten zu trennen.
Die Datenerfassung und -aufbereitung
ist dabei nicht nur für die Produktqualität
wichtig, sondern auch, um anlagenspezifische Informationen vorausschauend
nutzen zu können. FUCHS engineering
hat zur Lösung dieser Aufgabe ein Prüfkonzept entwickelt, das weit mehr als
die klassische „Machine Vision“ abdeckt.
Polytec war dabei maßgeblich an Auswahl und Beschaffung der Komponenten
beteiligt.
Das Projekt
Mercedes Benz Cars hat mit „BLUETEC“
eine innovative Abgasfiltration für Dieselfahrzeuge entwickelt. MKT Metall- und
Kunststofftechnik liefert Gehäuse und
Deckel für die Steuerung des zugehörigen
Harnstoffsensors. Die Kunststoff-Spritzgussmaschine für diese Komponenten
beinhaltet das Kamerasystem zur Kontrolle im Produktionsprozess und bildet
eine hoch entwickelte Fertigungszelle.
Dabei werden Kontaktstifte als Komponenten des fertigen Produkts über einen
Scara-Roboter in das Spritzgusswerkzeug eingelegt. Nach dem Einlegen der
Kontaktstifte schließt das Werkzeug,
der Kunststoff wird eingespritzt und umschließt die Kontaktstifte. Anschließend
wird das Werkzeug geöffnet, die Komponenten werden über ein Handlingsystem entnommen und der optischen
Prüfstation zugeführt. Das Kamerasystem
kontrolliert die Teile mit vier Kameras von
allen relevanten Seiten (siehe Abbildung
oben). Das Foto unten rechts zeigt das
Monitorbild des Systems mit den vier
Kameraansichten und den Prüfergebnissen.
Das Prüfsystem
Zur Lösung der optischen Prüfaufgaben
werden ausschließlich industrietaugliche
Komponenten eingesetzt. Die Kameras
sind mit einem CCD-Sensor ausgestattet,
der die Bilder direkt an einen Rechner
überträgt. Das PC-System arbeitet mit
dem konfigurierbaren Softwarepaket
Scorpion Vision™. Die Hardware ist speziell für die Anforderungen der industriellen Bildverarbeitung angepasst und
arbeitet lüfterlos. Die Beleuchtungseinheit des Kamerasystems besteht aus geregelten LED-Modulen mit sehr langer
Lebensdauer. Ein Austausch des Leuchtmittels ist erst nach mehreren Jahren
zu erwarten.
Erweiterte Funktionen
Die Hauptaufgabe des Kamerasystems
besteht in der Trennung der Gut-Teile
von den fehlerhaften. Ein einfacher Gut/
Schlecht-Produktionszähler übernimmt
diese Aufgabe. Ein kritischer Punkt im Kontrollprozess ist die Positionsüberprüfung
3
der 14 Kontaktstifte. Die Positionen werden mit hoher Genauigkeit ermittelt und
fehlerhafte Teile sofort aussortiert. Das
Statistikmodul erweitert die Funktionalität
des Systems, um die Produktionsanalyse zu
verbessern. So zeigt die Fehlerverteilung
dem Bedienpersonal sofort, bei welchem
Prüfschritt die häufigsten Fehler auftreten.
Damit kann gezielt die Fehlerrate gesenkt
werden. Die Prüfsoftware bietet dem
Maschineneinrichter die Möglichkeit, auf
individuelle Toleranzen und somit auf
die Prüfschärfe direkt Einfluss zu nehmen.
Änderungen erfolgen online in der Produktion, das Ergebnis kann sofort begutachtet werden. Alle Messwerte können zu
Dokumentationszwecken abgespeichert
und bei Bedarf als Produktionsprotokoll
ausgegeben werden. Um aufgetretene
Fehler zu dokumentieren, bleiben die
entsprechenden Fehler-Bilder verfügbar.
Damit wird das Kamerasystem zu einem
mächtigen Werkzeug für die Optimierung
des Produktionsprozesses in Richtung
„Null-Fehler“.
Fazit
Wolfgang Ebner, Geschäftsführer bei
MKT, ist mit der Produktionszelle hoch
zufrieden: „Die komplexe Fertigungszelle
war die erste Produktionseinheit, die wir
in unserem neuen 2.250 Quadratmeter
großen Firmengebäude aufgestellt und
hochgefahren haben. Die Anlage arbeitet
reibungslos, was uns zu einem zuverlässigen Lieferanten für die zukunftsträchtige
Technologie von Mercedes Benz hat
werden lassen.“
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-180
www.polytec.de/bv
Monitorbild des Prüfsystems
Bildverarbeitung
Hochgeschwindigkeits-Kamerasysteme
Prozessüberwachung in der Getränkeindustrie
Schnell laufende industrielle Verarbeitungsprozesse müssen bei optimalem
Durchsatz und minimalen Stillstands- und Umrüstzeiten stabil laufen. Eine
visuelle Überwachung per Auge oder herkömmlichen Kameras stößt dabei
schnell an ihre Grenzen, da die Abläufe einfach zu schnell sind. Geeignete
Hochgeschwindigkeits-Kamerasysteme wurden bis jetzt aus Kostengründen
nur vereinzelt eingesetzt, zudem setzte die Bedienung Spezialwissen voraus.
Getränkeabfüllanlagen weisen Taktraten
von 30.000 Stück pro Stunde oder mehr
auf und sind damit ein gutes Beispiel für
industrielle Prozesse, wie sie auch in anderen Bereichen üblich sind: Zum Beispiel
in der Verpackungsindustrie, der Verarbeitung von Lebensmitteln und Pharmazeutika, der Oberflächeninspektion von
Endlosmaterialien wie Folien oder der
Verarbeitung von Zellstoffprodukten zu
Papierwindeln oder Papiertaschentüchern.
Kritische Prozessstufen sind in diesem
Fall Flaschen, Verschlüsse, Etiketten und
Kartonumverpackungen. Sie bergen das
Risiko, aufgrund kleinster Abweichungen
den gesamten Prozess zu stören oder
den Ausschuss ansteigen zu lassen. Die
Folge sind sporadische Störabschaltungen, erhöhter Ausschuss und geringere
Taktraten – also kostspielige Produktivitätseinbußen und Qualitätsverluste.
Prozessoptimierung und Störungsbehebung werden dabei ohne geeignete
Überwachungssysteme zum Ratespiel.
Die schweizerische FeldschlösschenBrauerei setzt zu diesem Zweck das neue
Promon Scope HochgeschwindigkeitsKamerasystem ein und erzielt damit
wichtige Wettbewerbsvorteile in ihrer
Abfüllanlage. Bernhard Steinegger, Leiter
mechanische Instandhaltung Füllerei:
„Das Promon-System eröffnet uns ganz
neue Möglichkeiten in der Prozessoptimierung und ist zudem einfach zu
bedienen.“ Das Kamera-Rekordersystem
erlaubt schnellste Vorgänge in Echtzeit
mit bis zu 1000 Bildern pro Sekunde
aufzunehmen und in extremer Zeitlupe
wiederzugeben. So werden für das
menschliche Auge und normale Kameras
nicht sichtbare Details wie schadhafte
Teile, von der Norm abweichende oder
auch sporadische Vorgänge sicher erfasst.
4
Die anschließende Analyse der Bilder
ermöglicht schnelle Abhilfe. Die Wirksamkeit der Maßnahmen wird wiederum mit
dem System überprüft und dokumentiert.
Das Promon-System wurde speziell für
diese Anwendungen entwickelt und unterscheidet sich von herkömmlichen Systemen durch die einfache Bedienbarkeit
über einen Touch-Screen. Eine Schulung
für die Anwender oder Spezialwissen ist
nicht notwendig. Das kompakte System
kann durch die robuste, industrietaugliche
Bauart und den optionalen netzlosen Akkubetrieb sehr flexibel eingesetzt werden.
Das Promon Scope-System
mit Touch-Screen
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-180
www.polytec.de/high-speed-kameras
Die neue TRI-VIT Hochgeschwindigkeitskamera
Sehr kleine Hochgeschwindiggkeitskamera für Crash-Tests
Crash-Tests in der Automobilindustrie sind ein spektakuläres Einsatzgebiet
für Hochgeschwindigkeitskameras und hauptsächlich durch deren Bilder
jedermann bekannt.
Klassische Hochgeschwindigkeitskameras
werden außerhalb der Crashzone eingesetzt und zeichnen den Ablauf aus ungefährdeter Position auf. Aber auch im
beschleunigten Objekt werden Kameras
eingesetzt, und die müssen vor allem
eines sein: unglaublich robust. Um die
Beschleunigungen (g-Kräfte) zu beherrschen, die bei diesen Tests auftreten, müs-
sen die Kameras Lastvielfache von bis zu
100 g, also der 100-fachen Erdbeschleunigung, aushalten. Zum Vergleich: In
Deutschland darf bei Fahrgeschäften auf
Jahrmärkten ein Grenzwert von 6 g nicht
überschritten werden. Und bereits bei
dieser Belastung kann Nasenbluten auftreten. Ab 8 g können Schleudertraumas
oder schon Knochenbrüche auftreten,
Größe: 142 x 94 x 45 mm
und ab 10 g kann schon bei kurzer Einwirkung
unter einer
Sekunde
Ohnik
i
S
k d eine
i Oh
macht auftreten. Bei diesen robusten
Kameras ist aber oft die Baugröße ein
kritischer Faktor, die den Einsatz an engen
Stellen, zum Beispiel als Einbauten in Türverkleidungen oder im Pedalraum von
Fahrzeugen, verhindert. Die neue TRI-VIT
Hochgeschwindigkeitskamera wurde
speziell für solche Anwendungsfälle entwickelt, wie sie unter anderem auch bei
militärischen Anwendungen vorkommen.
Sie vereint die geforderte Stoßfestigkeit
mit geringen Abmessungen des Aluminiumgehäuses bei einer Bautiefe von nur
46 Millimetern. Damit lässt sich die Kamera
auch an sehr beengten Stellen platzieren,
die nahe am Motiv liegen und für herkömmliche Typen nicht zugänglich sind.
1000 Bilder pro Sekunde ermöglichen bei
einer Auflösung von 1280 x 1024 Pixeln
eine optimale Ausgangsbasis für hervorragende Bildsequenzen. Bei reduzierter
Auflösung sind sogar bis zu 100.000 Bilder
pro Sekunde möglich.
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-180
www.polytec.de/high-speed-kameras
Neue helle LED-Auflichtbeleuchtung für
Bildverarbeitung in extrem kompakter Bauform
Beleuchtungen für Bildverarbeitungsaufgaben werden normalerweise
über einen externen Controller gesteuert, der beispielsweise in einem
Schaltschrank untergebracht ist.
Bei der neuen ECON-Serie dagegen
ist der Controller dank modernster
Elektronikkomponenten schon im
Leuchtkopf integriert. Die kompakte
Bauform ohne zusätzliche Verkabelung spart Platz und dient in hohem
Maße der Übersichtlichkeit der Installation. Die ECON-Serie verfügt mit
einer Mikrotreibertechnologie der
neuesten Generation über eine höhere Lichtausbeute als bisherige Beleuchtungsvarianten. Die neu entwickelte
Steuer-Elektronik erweitert das Ein-
satzspektrum erheblich. Neben dem
herkömmlichen Schaltbetrieb bietet die
ECON-Serie sowohl die Möglichkeit der
manuellen Helligkeitsregelung als auch
automatisches, spannungsabhängiges
Dimmen von 0 bis 100 Prozent. Darüber
hinaus wird mit Hilfe der sogenannten
Auto-Burst-Funktion eine Blitzfunktion
bereitgestellt, die die Lichtleistung der
LEDs für jeweils 500 Mikrosekunden um
ein Vielfaches erhöht, ohne die Lebensdauer der Beleuchtung zu beeinträchtigen.
Die Spannungsversorgung entspricht mit
5
24 Volt dem Industriestandard. Die ECONSerie ist in den LED-Farben rot, weiß, grün
und blau erhältlich. Andere Bauformen wie
Ring- und Spotbeleuchtungen sind bereits
in der Entwicklung.
ECON-Linienlicht
mit integriertem Controller
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-180
www.polytec.de/econ
Bildverarbeitung
Wie finde ich die passende Beleuchtung?
Das optimale Licht für die Bildverarbeitung
Der Einfluss der richtigen Beleuch-
Beleuchtung auswählen
Auflicht
tung wird in der Bildverarbeitung oft
unterschätzt. Dabei lässt sich bei
Berücksichtigung einiger Grundsätze
die Auswahl stark eingrenzen. Praxisversuche sind zur Bestimmung der
Reflektiert
das Objekt
unerwünscht?
Nein
Ja
Soll das Objekt
diffus beleuchtet
werden?
geeigneten Beleuchtung oft hilfreich.
Zuletzt kann auch ein Gespräch mit
Durchlicht
Nein
Ja
Diffuses Auflicht
einem erfahrenen Experten die
eigene Auswahl absichern.
Koaxialbeleuchtung
Dombeleuchtung
Dunkelfeldbeleuchtung
zum Hervorheben
von Kanten
Direktes Auflicht,
z. B. Ringlicht
Durchlicht
Bild 1: Auswahlschema für die geeignete Beleuchtung
Die Beleuchtung wird bei den meisten
Bildverarbeitern als notwendiges Übel
angesehen. Die Auswahl von Kamera und
Optik, die mechanische Realisierung und
die Parametrisierung des Systems sind so
anspruchsvoll und zeitaufwendig, dass für
die Auswahl der geeigneten Beleuchtung
kaum noch Zeit bleibt. Dabei lässt sich
Rot
Weiß
Blau
Bild 2: Einfluss der Lichtfarbe auf den
Kontrast. Das Bild oben links ist mit einer
Farbkamera aufgenommen, die weiteren
mit einer S/W-Kamera und unterschiedlichen Lichtfarben. Man erkennt die deutliche Kontrastanhebung des roten Zeigers
bei Verwendung der Komplementärfarbe
Blau
Weißes Licht
Schwarzlichtlampe
LED – 365 nm
Bild 3: Aufgedruckter Code, der bei UVLicht fluoresziert und bei 365 nm Wellenlänge die maximale Fluoreszenz erreicht.
Bei sichtbarem Licht ist der Code nicht
zu erkennen
durch eine optimale Auswahl des Lichts
bei der Programmierung so viel Zeit einsparen, dass eine fehlerfrei laufende Anwendung in viel kürzerer Zeit erreicht
wird. Eine schnellere Umsetzung bedeutet geringere Kosten und eine effizientere Applikation.
Beeinflussende Parameter
Bei der Auswahl der Beleuchtung sind
zuerst die beeinflussenden Parameter zu
erfassen und zu bewerten. Den größten
Einfluss auf die Wahl der Beleuchtung hat
das zu beleuchtende Objekt selbst. Größe
und Reflexionsgrad sind die bestimmenden Parameter, wobei die Prüfaufgabe
immer im Vordergrund steht. Des Weiteren spielen die Umgebungsbedingungen
eine entscheidende Rolle. Neben den
Platzverhältnissen entscheiden auch die
äußeren Lichtverhältnisse über die Auswahl. Die Auswertesoftware ist einfacher
zu konfigurieren und liefert verlässlichere
Ergebnisse, wenn konstante Helligkeitsund Kontrastverhältnisse herrschen. Ist
eine Applikation Tageslichteinflüssen ausgesetzt, kann das Umgebungslicht von
einigen wenigen Lux bei Nacht bis zu
vielen Tausend Lux bei Sonnenschein
reichen. Das Licht ist also so hell zu wählen, dass äußere Einflüsse die Aufnahmen
nicht beeinträchtigen.
Zwei Beleuchtungsvarianten
Es gibt zwei grundsätzlich unterschiedliche Beleuchtungsmöglichkeiten (Bild 1).
Soll lediglich die Kontur eines Objekts ver6
messen werden und kann die Beleuchtung unterhalb des Objektes positioniert
werden, kommt die Durchlichtbeleuchtung zum Einsatz. Ein Leuchtfeld wird
unterhalb des Prüfobjekts platziert und
die Kamera nimmt von der entgegengesetzten Seite ein Schattenbild des Objekts
auf. Das Ergebnis ist ein kontrastreiches
Bild, das sich sehr genau und einfach auswerten lässt. Ist eine Durchlichtbeleuchtung nicht möglich, können mit einer
Dunkelfeldbeleuchtung Objektkanten
hervorgehoben und somit ebenfalls die
Konturen vermessen werden.
Die zweite Möglichkeit ist die Auflichtbeleuchtung. Bei wenig anspruchsvollen
Prüfobjekten, die nicht reflektieren oder
geringe Anforderungen an die Prüfgenauigkeit haben, kommt die Ringbeleuchtung
zum Einsatz. Je nach Arbeitsabstand und
Objektgröße wird ein geeignetes Ringlicht ausgewählt. Schmale oder längliche
Objekte können durch ein oder mehrere
Linienlichter in größerem Abstand ausgeleuchtet werden. Dafür stehen einreihige,
zweireihig parallele oder vierfach quadratische Linienlichter zur Verfügung. Bei
sehr großen Arbeitsabständen sind Strahler eine unkomplizierte Alternative, die
meist durch eine einseitige Ausleuchtung
zu nicht ganz so guten Ergebnissen führen. Handelt es sich um räumliche Objekte, so kann Schattenwurf auftreten, der
die Messergebnisse beeinflusst. Bei unerwünschtem Schattenwurf besteht die
Möglichkeit, ein Ringlicht durch eine
koaxiale Beleuchtung zu ersetzen, die
durch die Parallelität von Bildstrahlen
und Licht einen Schattenwurf zwar nicht
ganz beseitigt, aber erheblich reduziert.
Reflektierende Objekte
Die Ausleuchtung von reflektierenden
Prüfobjekten ist wesentlich anspruchsvoller und erfordert meist Tests mit unterschiedlichen Beleuchtungstechniken. Die
Verwendung eines Ringlichts mit Polarisator/Analysator kann „Wunder“ bei der
Reduzierung von Reflexionen bewirken.
Der Vorteil hierbei ist der große Arbeitsabstand. Nachteilig wirken sich die geringere Lichtausbeute und der mögliche
Schattenwurf aus. Reflektierende Objekte
lassen sich auch mit einer Dombeleuchtung ausleuchten. Ein Dom erzeugt diffuses Licht, vergleichbar mit einem bewölkten Himmel. Der Arbeitsabstand beträgt
etwa 30 bis 50 Millimeter. Der Dom sollte
dabei mindestens 20 bis 40 Millimeter
größer sein als das Objekt. Bei stark reflektierenden Objekten wird in einigen Fällen
die Öffnung für das Objektiv als störender Schatten im Bild dargestellt, der aber
durch eine kleine aufgesetzte Koaxialbeleuchtung eliminiert werden kann. Für
den Einsatz an Fließbändern gibt es die
Sonderbauform der Tunnelbeleuchtung,
die durch offene Seiten den Transport
der Objekte auf dem Band ermöglicht.
Die Lichtfarbe
Neben Bauform und Größe der Beleuchtung kann auch die Lichtfarbe entscheidend zu einer optimalen Beleuchtung
beitragen (Bild 2). In über 90 Prozent
aller Anwendungen kommt bei SchwarzWeiß-Kameras rote Beleuchtung zum
Einsatz, weil diese preiswert verfügbar
ist und viele Schwarz-Weiß-Kameras im
roten Wellenlängenbereich am empfindlichsten sind. Bei Farbkamera-Anwendungen ist Weiß als Lichtfarbe notwendig.
Durch die Verwendung von Komplementärfarben kann bei auszuwertenden
Objekten der Kontrast deutlich erhöht
und das Bild für die Bildverarbeitung
optimiert werden.
Bei organischen Stoffen oder Bedruckungen kann bei manchen Anwendungen
Fluoreszenz einen beeindruckenden Effekt
erzeugen (Bild 3). Bei einer Beleuchtung
in der passenden Wellenlänge emittieren
manche Stoffe sichtbares Licht und erzeugen so einen hervorragenden Kontrast
für eine automatische Auswertung.
(Erschienen in QZ Qualität und
Zuverlässigkeit 6/2010)
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-180
www.polytec.de/lichtquellen
Neu entwickelte
LED-Beleuchtungsserie
SAH-Linienlicht der neuen Generation
Herkömmliche LED-Beleuchtung ist
üblicherweise für Arbeitsabstände bis
zu 30 Zentimeter geeignet und erreicht bei größeren Abständen nicht
mehr die erforderliche Helligkeit.
Der Beleuchtungsspezialist LATAB hat
jetzt die beiden neuen LED-Leuchtkopf-Serien SAH und SAW entwickelt,
die um 50 % heller sind als die bisherigen LED-Leuchten – ohne dass es
dabei zu einer nennenswerten Erwärmung der Leuchten kommt. Hinzu
kommt, dass die Homogenität, die
insbesondere für Leuchtfelder und
Linienlichter eine große Rolle spielt,
gegenüber den bestehenden Serien
noch einmal deutlich gesteigert werden konnte. Damit erreicht man bei
Bildverarbeitungsanwendungen eine
deutlich bessere Lichtqualität, die sich
in besseren Ergebnissen niederschlägt.
Verbesserte Einkaufskonditionen und
preiswertere Produktionsmethoden
am schwedischen Standort erlauben
eine kundenfreundliche Preisgestaltung. Die neue SAH-Serie für rote
LEDs und die SAW-Serie für weißes
LED-Licht kann um bis zu 33 % günstiger angeboten werden als die Vorgänger-Serie.
Die neuen Generationen sind voll
kompatibel zu vorhandenen LATABKomponenten wie Controllern, Haltesystemen und Filtern. Erhalten wurde
bei den Neuentwicklungen auch die
Vielfalt der Beleuchtungsköpfe, die
7
mit über 3000 Produktvarianten das
komplette Beleuchtungsspektrum der
industriellen Bildverarbeitung abdeckt.
Die neuen Modelle können also ohne
Änderungen die bisherigen Einheiten
in den Anlagen ersetzen. Bestehende
LATAB-Controller für Dauerlicht- oder
Stroboskopbetrieb können unterschiedlich angesteuert (manuell, durch Steuersignale, über RS-232 oder Ethernet)
und uneingeschränkt weiterverwendet
werden.
Die Vorgängergeneration der PAx-Serie
ist auch weiterhin erhältlich, um bei
bestehenden Anwendungen als Ersatz
zu dienen oder bei Folgeanlagen die
gleiche Konfiguration beibehalten zu
können. Bisher wurden die Leuchtköpfe
in den Farben Rot und Weiß neu aufgelegt. Die Lichtfarben Blau und Grün
sind aber bereits in der Entwicklung.
Die Bauformen der kompletten Serie
werden dann Linien-, Ring-, Dunkelfeld- und Spot-Beleuchtungen, ebenso
wie Leuchtfelder, Koaxial-, Dom- und
Tunnel-Beleuchtungen umfassen. Kundenspezifische Lösungen, eine der
Stärken von LATAB, werden natürlich
ebenfalls auf Basis der „superhellen“
LED-Beleuchtung realisiert.
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-180
www.polytec.de/latab
Photonisches Sintern leitender Nanopartikel-Schichten in der gedruckten Elektronik
Xenon-Blitzlampen für gedruckte Elektronik
Die moderne Technologie der gedruckten Elektronik eröffnet vielseitige Anwendungsmöglichkeiten,
die der konventionellen Elektronik
bisher nicht zugänglich waren.
Darüber hinaus verspricht sie ein
erhebliches Einsparpotential bei
großvolumigen Produktionsprozessen.
Kurze Lichtpulse von Xenon-Blitzlampen
vermeiden eine starke Erwärmung des
Trägermaterials
Zukünftige Anwendungen dieser neuen
Technologie liegen in der Herstellung
unterschiedlichster Produkte. Dazu
gehören die Produktion von Solarzellen,
organischen LEDs auf Glas oder Kunststofffolien, flexiblen Displays und sogenannten intelligenten Verpackungen mit
eingearbeiteten RFID-Tags. Bei diesem
Verfahren werden elektronische Schaltungen, Bauelemente und Anwendungen über ein Druckverfahren hergestellt.
Anstelle von Druckfarben werden elektronische Funktionsmaterialien in flüssiger
oder pastenartiger Form auf das Trägermaterial gedruckt. Eine Möglichkeit ist
die Verwendung von metallischen Nanopartikel-Tinten. Gute Resultate werden
beispielsweise mit Silbermaterialien erzielt. Nach dem Druck ist hier noch ein
weiterer Prozessschritt notwendig, um
die Leitfähigkeit der Silberschicht herzustellen. Durch das Sintern – dem Verbacken des aufgedruckten Materials bei
Temperaturen unterhalb seines Schmelzpunktes – werden die Verbindungen der
Nanopartikel gefestigt und eine gute
Leitfähigkeit erreicht. Das herkömmliche
thermische Sintern erfolgt in einem
Ofen bei niedrigen Temperaturen über
eine entsprechend lange Bearbeitungszeit. Kunststofffolien können somit durch
entsprechend lange Öfen im Rolle-zuRolle-Verfahren gezogen werden.
Eine Alternative zum thermischen ist das
photonische Sintern mit leistungsstarken,
gepulsten Xenonlampen. Dieses Verfahren geht mit geringem Wärmeeintrag auf
das Trägermaterial einher. Daraus ergibt
sich eine größere Flexibilität bei wärmeempfindlichen Substraten, wie beispielsweise Papier oder Kunststofffolie. Außerdem reduzieren sich die Bearbeitungszeit
und der Platzbedarf erheblich. Das Sintern
von Silbermaterialien gestaltet sich einfach, da hier ein großes Prozessfenster
gegeben ist. Hervorragende Leitfähig8
keiten werden in Millisekunden erreicht.
Kupfer dagegen ist anspruchsvoller, das
Sintern erfordert eine Reduktion von Kupferoxid zu Kupfer, die benötigten Energien
sind größer und das Bearbeitungsfenster
kleiner. Hat man den Prozess einmal entwickelt, kann man aber auch hier sehr gute
Resultate mit gepulstem Licht erreichen.
Für das photonische Sintern im Labor sind
mit dem Sinteron 500 und dem Sinteron
2000 zwei ausgereifte Systeme bei Polytec
erhältlich. Weiterentwicklungen werden
zur Zeit im Bereich der Systeme für die
Massenproduktion, insbesondere für
schnelle Rolle-zu-Rolle-Prozesse vorangetrieben.
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-174
www.polytec.de/xenon-uv
Strahlungsmesstechnik
Multitalente für Bildverarbeitung, Hochgeschwindigkeit, NIR-Spektroskopie
und optische Kohärenz-Tomographie
„High-Speed“-SWIR-Zeilenkameras
Digitale Indium-Gallium-ArsenidZeilenkameras (InGaAs) sind so
vielseitig einsetzbar wie kaum ein
anderer Kameratyp.
Die hohe Zeilenauflösung und die
schnellen Ausleseraten einer Sensorzeile,
kombiniert mit der Empfindlichkeit im
Infrarotbereich, erschließt zahlreiche
unterschiedliche Anwendungsfelder.
Die optische Kohärenz-Tomographie ermöglicht hoch aufgelöste und schnelle
axiale Aufnahmen von 1 bis 3 Millimeter
tiefen Strukturen, die sich zu zwei- und
dreidimensionalen Bildern zusammensetzen lassen. Anwendung findet das
Verfahren hauptsächlich in der Medizin,
vorwiegend in der Augenheilkunde und
bei Hautuntersuchungen. Typische Anwendungsbereiche liegen auch in der
Kontrolle wasserhaltiger Substanzen,
beispielsweise um Druckstellen in Obst,
die zu Wasseransammlungen führen,
sichtbar zu machen. Weitere klassische
Anwendungsfelder liegen im Bereich der
Solarindustrie. Dabei werden beispielsweise Siliziumblöcke oder fertige Wafer
auf Mikro-Risse oder Materialeinschlüsse hin überprüft. Nicht zuletzt werden
InGaAs-Kameras auch für Sortieraufgaben
eingesetzt, zum Beispiel im Recyclingbereich. Dabei werden die charakteristischen Rückstreueigenschaften im NIRBereich ausgenutzt – also eine Art Farbe
in diesem für das menschliche Auge
unsichtbaren Bereich.
Mit weltweit einzigartigen 1024 PixelArrays bei Zeilenausleseraten von 92 Kilohertz stellen die digitalen InGaAs-Zeilenkameras von Polytec die ideale Lösung
für Endanwender und OEM-Kunden dar,
die eine optimale Performance bei Bildverarbeitungs- und Spektroskopie-Anwendungen fordern. Die neu entwickelte
Kameraserie LDH2 vereinigt herausragende Merkmale wie geringes Rauschen,
Elementanzahl
Visuell nicht sichtbare Druckstellen
erscheinen im SWIR-Bild dunkler
Netzhautscan mittels OCT und eines
1050 nm-Lasers
Ausschnitt eines Silizium-Wafers: Materialeinschlüsse sind als dunkle Streifen am Rand
erkennbar
Dreidimensionaler Schnitt einer Fingerkuppe
mittels OCT unter Verwendung eines
1550 nm-Lasers
hohe Auflösung, hohe Zeilenausleserate,
vielseitige Triggermöglichkeiten und
höchste Qualität im Hinblick auf Pixelausfälle durch eine nahezu fehlerfreie
Chipqualität. Die hervorragende Bildqualität wird dabei auch durch eine integrierte metallische Photomaske gewährleistet. Die komplette Kamera befindet
sich in einem sehr kleinen, kompakten
und dennoch robusten Gehäusewürfel
von lediglich 61 x 74 x 76 Millimetern.
Die wichtigsten Merkmale:
Üblicherweise werden quadratische Pixel
mit 25 x 25 Mikrometern für klassische
Bildverarbeitungsaufgaben gewählt. Mit
den ebenfalls angebotenen rechteckigen
Pixelgrößen sind diese Kameras optimal
für schnelle NIR-Spektroskopie oder „Spectral Domain“ – optische Kohärenztomographie (SD – OCT) geeignet.
■
Spektralbereich: 800 – 1700 nm
bzw. 1100 – 2200 nm
■
Bis zu 1024 Pixel
■
Quadratische Pixel für Bildverarbeitungsaufgaben, optimale Bildqualität
mittels metallischer Photomaske
■
Spaltförmige Pixel für spektroskopische
Anwendungen
■
Max. Zeilen-Ausleserate: 92 kHz
■
14-bit Camera Link®
■
Wählbar: Hohe Dynamik mit
s/n > 5300 : 1 oder hohe Empfindlichkeit
■
Einstellbare Belichtungszeiten
■
Verschiedene Trigger- und Scan-Modi
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-154
www.polytec.de/ingaas-kameras
Max.
Ausleserate
Elementabstand (pitch)
Arraylänge
Elementhöhen
1,7 µm
2,2 µm
[Hz]
[µm]
[mm]
[µm]
[µm]
1024
≈92.000
25
25,6
25/500
–
1024
>46.000
25
25,6
25/500
–
1024
4.266
25
25,6
25/500
25/250
512
19.083
50
25,6
50/500
50/250
512
7.575
25
12,8
25/500
250
512
4.266
50
25,6
50/500
–
9
Die LDH2 beeindruckt
durch eine sehr kleine Bauform
Spektroskopie
Vielseitige Technologie für industrielle Inline-Prozesskontrolle und Forschung
Hyperspectral Imaging
Die chemische Zusammensetzung von
Pharmaprodukten ist ein verbreitetes
Anwendungsgebiet der HSI-Technik
Hyperspectral Imaging (HSI) ist ein bildgebendes Verfahren, das gleichzeitig räumlich und spektral aufgelöste Bilder erzeugt. Dabei wird ein
Bereich des elektromagnetischen Spektrums erfasst, der vom sichtbaren
bis weit in den infraroten Wellenlängenbereich reicht.
Die Bilder verschiedener Wellenlängenbereiche werden mit vergleichsweise
hoher spektraler Auflösung analysiert und
mit räumlichen Strukturen korreliert. Auf
diese Weise ermöglichen sie vielfältige
neue Einsichten und Auswertungen. Eingesetzt werden Hyperspektral-Sensoren
in den unterschiedlichsten Bereichen.
Eine stark wachsende Verbreitung findet
die Technik in der Kontrolle schnell ablaufender Produktionsprozesse, aber auch
als universelles Inspektionstool im Labor
und traditionell im Forschungsumfeld.
In der Prozesskontrolle werden Produkte
Hyperspectral-Sensoren
Hyperspec® VIS
und Komponenten auf ihre kontinuierlich exakte chemische Zusammensetzung untersucht (beispielsweise in der
Tablettenproduktion). In verschiedenen
industriellen Bereichen wird die Technik
zur Überprüfung auf eine einheitliche
Qualität eingesetzt, was weitere Parameter wie beispielsweise Schichtdicken
und laterale Strukturen einschließt. Neben
diesen Anwendungen werden HSI-Sensoren auch immer öfter in der Nahrungsmittelindustrie bei der Untersuchung
von Lebensmitteln auf Krankheiten, Reife,
Inhaltsstoffe oder Stresszustände geprüft
Spektralbereich
380 – 825 nm
Hyperspec® VNIR
400 – 1000 nm
Hyperspec® Extended VNIR
600 – 1600 nm
Hyperspec® NIR
Hyperspec® SWIR
oder zur Klassifizierung eingesetzt. Der
Einsatz in Labor und Forschung konzentriert sich auf das „Chemical Imaging“,
es reicht von der Drogendetektion über
zellmikroskopische Untersuchungen bis
hin zur nicht-invasiven medizinischen
Diagnostik. Diese vielseitigen Einsatzmöglichkeiten ergeben sich zum Einen durch
eine große modulare Vielfalt der Komponenten und zum Anderen durch variable
spektrale und räumliche Auflösung sowie
dem Einsatz von Spektrenbibliotheken,
wie man sie aus der IR-Spektroskopie
kennt. Ebenfalls eine Rolle spielen umfassende Bildverarbeitungsmethoden,
wie sie seit langem in der industriellen
Bildverarbeitung genutzt werden. Die
Hyperspectral-Imager im Polytec-Lieferprogramm zeichnen sich durch hohen
Lichtdurchsatz, variable Auflösung,
extrem geringes Streulicht und beste
Abbildungstreue aus. Je nach Anwendung und erforderlichem Wellenlängenbereich stehen verschiedene Sensoren
zur Verfügung (siehe Tabelle).
900 – 1700 nm
1000 – 2500 nm
Micro-Hyperspec™ VNIR
400 – 1000 nm
Micro-Hyperspec™ NIR
900 – 1700 nm
High Efficiency Hyperspec® NIR
900 – 1700 nm
High Efficiency Hyperspec® SWIR
Schlachtgeflügel wird per HSI
auf Verunreinigungen überprüft
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0)30 6392-5140
www.polytec.de/hsi
1000 – 2500 nm
10
FTIR-Spektroskopie
Bestimmung der Biodiesel-Beimengung
in Dieselkraftstoff
Bis zu 5 Volumenprozent darf nach
der internationalen ASTM D975-Norm
der Biodiesel-Anteil an normalem
Diesel-Kraftstoff betragen. An Tankstellen in Deutschland sogar bis
zu 7 Prozent.
Spektrometer der ML-Serie im Laboreinsatz
Für die meisten Anwendungsgebiete
ist dieser Anteil eine unproblematische
Beimengung. Aber in verschiedenen
Bereichen der industriellen Diesel-Nutzung kann bereits ein weit geringerer Biodiesel-Anteil zum Problem werden. Ein
Grund liegt in der vermehrten Bildung
von biologischen Verunreinigungen bei
einer längeren Lagerung im Vergleich
zu herkömmlichem Diesel.
Beispielhaft ist der Einsatz von NotstromDieselgeneratoren, denen beim Kraftwerksbetrieb eine wichtige Bedeutung zukommt.
Eine exakte Überwachung der Dieselqualität ist hier entscheidend, da der Treibstoff
oft für längere Zeit lagert und Generatorausfälle durch verunreinigten Treibstoff
hier schwerwiegende Folgen haben können, beispielsweise in Notkühlkreisläufen
von Kernkraftwerken. Nicht zuletzt deshalb wurde von der Europäischen Union
in der Norm EN 14078 festgeschrieben,
wie die Messung von Biodiesel in Diesel
auszusehen hat. Mit den PAL und iPAL
FTIR-Flüssigkeitsanalyse-Systemen von
Polytec steht nun eine verbesserte Tech-
nologie zur Bestimmung der Beimengung
zur Verfügung. Diese Methode ergibt das
empfindlichste und genaueste Verfahren,
das derzeit möglich ist. Der Anteil von
Biodiesel kann über ein solches System
in einem Bereich von 0,025 bis 20 Prozent bestimmt werden. In Ringversuchen
wurde festgestellt, dass die Genauigkeit
dieser Technik die der herkömmlichen
Messverfahren übertrifft – insbesondere
bei geringen Beimengungen.
Das patentierte TumblIR-Abtastsystem,
das in den PAL und iPAL FTIR-Geräten
zum Einsatz kommt, lässt sich ebenso einfach einsetzen, wie ein ATR-Spektrometer
mit ASTM-Methodologie und vermeidet
die Schwierigkeiten, die mit dem Einsatz
von herkömmlichen IR-Übertragungszellen verbunden sind. Die einfache und
mobile Anwendung, die Genauigkeit
der Messungen und nicht zuletzt die
Zeitersparnis bei der Durchführung der
Analysen sind für viele Betreiber die
wesentlichen Vorteile der PAL-Serie. Die
Anwendungsbereiche lassen sich dabei
noch erheblich erweitern. So setzt das
11
Das iPAL-Spektrometer mit integriertem
Minirechner für den Feldeinsatz
Ferrybridge-Kraftwerk im englischen
West Yorkshire ein mobiles iPAL FTIRSpektrometer ein, um den Wassergehalt
im Schmieröl der großen Kraftwerksturbinen zu bestimmen. Damit wird eine
Beeinträchtigung der Schmiereigenschaften verhindert und Oxidation vermieden.
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-173
www.polytec.de/ftir-spektrometer
Spektroskopie
Die FTIR-Spektroskopie ist seit Jahren
im Rahmen chemischer Analysen bei
Boden- und Gesteinsuntersuchungen
im geowissenschaftlichen Bereich
verbreitet. Allerdings waren Analysen bisher immer mit einem zeitaufwändigen und ineffizienten Probentransport ins Labor verbunden.
Mit neuen mobilen Systemen ist dieser
Schritt nun überflüssig. Interessante
Mineralien in Aufschlüssen, Erzvorkommen, Bohrkernen und Minen sowie Erdreichkontaminationen können nun direkt
vor Ort analysiert werden. Kritische Daten
über einen Untersuchungsort können in
Echtzeit gewonnen werden und erlauben es dem Anwender, sich auf wichtige
Stellen zu konzentrieren und die Anzahl
weniger relevanter Proben zu reduzieren.
Für Geowissenschaftler eine ideale Ergänzung, denn diese benutzen schon länger
Röntgen-Handgeräte für die Erhebung
von Gesteins- und Boden-Elementaranalysen. Mit FTIR-Handspektrometern
sind sie nun in der Lage, vor Ort molekulare Informationen zu ermitteln und
so ein vollständigeres Bild ihres Untersuchungsgebiets zu entwickeln. Das Exoscan FTIR-System von Polytec bietet die
Performance eines hochwertigen Laborsystems bei gleichzeitiger Robustheit und
Größe eines mobilen Feld-Geräts. Ausgerüstet mit Messköpfen für diffuse Reflexionen ermöglicht es detaillierte Molekularanalysen granularen Bodens oder rauer
Gesteinsproben. Eine Probenvorbereitung
ist nicht notwendig. Da sich die diffusen
Reflexionen infraroter Spektren von Gestein
und Mineralien deutlich von den bestehen-
Effiziente Raman-Analyse
von Silizium-Kristallinität
Zur Qualitätssicherung von Wafern und Halbleiter-Komponenten setzt die Halbleiterindustrie in steigendem Maße
auf Raman-Analysen zur Überprüfung der Kristallinität von Silizium.
Was bisher zeitintensive und teure Messungen mit Benchtop-Systemen erforderte, ist jetzt schnell, flexibel und erheblich kostengünstiger mit dem mobilen
i-Raman-Spektrometer von Polytec machbar. Das i-Raman-System zeichnet sich
durch hohe Empfindlichkeit und Auflösung sowie eine besonders kompakte
Baugröße aus. Die Performance ist mit
einem Benchtop-System vergleichbar bei
gleichzeitig gewonnener Mobilität und
geringeren Anschaffungskosten für dieses
portable Feld-System. Die i-Raman-Familie
besteht aus zwei Modellen: Hochauflösend bei 3 cm–1 und in Standardauflösung
bei 5 cm–1. Den erfolgreichen Einsatz des
portablen Systems belegt eine interessante Studie zur Analyse von Silizium-Kristallinität. Dabei wurden Probengruppen
in Form von Silizium mit verschiedenen
Kristallinitätswerten auf Glas aufgebracht
und analysiert. Die Analyse wurde mit
dem i-Raman-System mit 532 Nanometer-Anregungslaser durchgeführt. Ein
Videomikroskop-Samplingsystem wurde
zur Unterstützung der Messung eingesetzt. Zwei Raman-Peaks sind mit Silizium-Kristallinität verbunden: Der Peak
bei 480 cm–1 wird der amorphen Phase
zugeordnet, der Peak bei 520 cm–1 rührt
von mikrokristallinem Silizium her. In
der Abbildung ist die Verschiebung des
Peaks von 480 cm–1 zu 520 cm–1 gut
erkennbar. Wenn sich die Kristallinität
erhöht, reduziert sich der amorphe
480 cm–1-Peak, während der 520 cm–1Peak für mikrokristallines Silizium deutlich
ansteigt. Die hier aufgezeichneten Messungen weisen ein breites Kristallinitätsspektrum auf. Die Proben der roten und
12
Bodenanalysen vor Ort werden mit dem
mobilen Exoscan zur Selbstverständlichkeit
den in klassischen Transmissions-IR-Bibliotheken unterscheiden, stehen darüber
hinaus zwei neue Reflexions-Spektrenbibliotheken im mittleren Infrarotbereich
von Gestein und Mineralien zur Verfügung.
Eine Bibliothek enthält Spektren von Gestein und Mineralien aus der ganzen Welt,
während sich die andere Datenbank auf
kommerziell interessante und strategische
Mineralien konzentriert. Weil die Gesteinsund Mineralien-Chemie sehr komplex und
hochgradig abhängig von den örtlichen
Gegebenheiten und Formationen ist, erlaubt das Exoscan dem Nutzer auch eine
einfache Erstellung von eigenen diffusen
IR-Reflexionsbibliotheken für seine spezifischen Interessengebiete.
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-173
www.polytec.de/ftir-spektrometer
blauen Kurve weisen eine Kristallinitätsrate von unter 10 Prozent auf, die braune
zwischen 40 und 60 Prozent. Die Probe
der grünen Kurve hat einen Anteil von
über 90 Prozent und die dunkelblaue besteht aus einem einzigen Kristall. Bei noch
höheren Anforderungen an Empfindlichkeit und Auflösung bietet sich das alternative Raman-System von Polytec an, das
innoRam mit 532 Nanometer-Anregung
in Kombination mit dem Videomikroskop-Samplingsystem, oder das konfokale
Ramansystem Voyage mit 532 NanometerLaser an.
65,000
60,000
520 cm–1
55,000
50,000
Relative Intensity
Boden- und Gesteinsanalyse mit
mobilen FTIR-Spektrometern
45,000
40,000
35,000
30,000
480 cm –1
25,000
20,000
15,000
10,000
5,000
0
200 250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
Raman Shift (cm–1)
Verschiebung des Si-Peaks
in Abhängigkeit der Kristallinität
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-173
www.polytec.de/raman-spektrometer
750
800
Farbmessung
mit kalibrierten Spektrometern
Neben Hell-Dunkel-Unterschieden registriert das menschliche
che Auge
einste Nuancen
auch Farbeindrücke. Dabei ist es so sensibel, dass bereits kleinste
an Farbunterschieden erkannt werden.
Klassische Spektrometer liefern relative
Intensitätswerte. Eine optional werkseitig
durchgeführte Kalibration ermöglicht
zusätzlich die Messung absoluter Werte
in W/cm2/nm. Auf dieser Grundlage lassen sich dann zahlreiche Farbparameter
berechnen, wie Farbkoordinaten, Farbdifferenzen, Farbwiedergabe- oder ColorRendering-Indices (CRI) sowie Farbtemperaturen.
Ergebnisfenster mit grafischer Darstellung
einer Farbmessung
Dieser Empfindlichkeit des Auges versucht
man technisch mit kalibrierten Spektrometern oder Farbmesssystemen nahezukommen, um beispielsweise den gleichen
Lichteindruck bei Lichtquellen, die gleiche
Farbe bei Stoffen oder Lacken, oder die
identische Transmission bei Filtern oder
Sonnenbrillengläsern sicherstellen zu
können.
Natürlich ist die Auswahl der Spektrometer spektral nicht auf den sichtbaren
Bereich beschränkt, wie die Auflistung
der Spektrometertypen auf der folgenden Seite zeigt, so dass in einem viel
weiteren Spektralbereich zusätzlich
andere wichtige Parameter bestimmt
werden können. Dazu zählt die Messung der spektralen Bestrahlungsstärkeverteilung in W/cm2/nm – sogar mit
individueller Spektralbereichsfestlegung,
um beispielsweise die integralen Bestrahlungsstärkewerte für bestimmte, frei
wählbare Spektralbereiche wie UVA,
UVB und andere zu bestimmen. Weitere
bestimmbare Parameter sind die Peakoder dominante Wellenlänge, wichtig
13
bei LEDs oder Laserdioden, die spektrale
Transmission und Reflexion sowie die
spektrale Absorption, jeweils in Prozent.
Für spektrale Reflexions- und Transmissionsmessungen bietet Polytec einen
speziell dafür entwickelten Messkopf
mit integrierter Lichtquelle.
Interessant für spektrale Reflexions- und
Transmissionsmessungen ist ein spezifisch
entwickelter Messkopf, der eine integrierte Lichtquelle besitzt und hier schematisch
dargestellt ist
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-154
www.polytec.de/spektroradiometer
Spektroskopie
Spektrometrie im Wellenlängenbereich von 185 bis 2600 Nanometern
Die Welt der Spektrometer
Das Ur-Spektrometer zerlegt
das für den Menschen sichtbare
Sonnenlicht in seine spektralen
Anteile und zeigt sich farbenfroh
als Regenbogen.
Heute finden Spektrometer Anwendung
in den verschiedensten Industrie- und
Forschungsbereichen, wie die breite
Angebotspalette für unterschiedliche
Wellenlängenbereiche weiter unten
belegt.
Sp
Spektrometermodul
für den Wellenlä
längenbereich von 200 – 850 nm
m
mit 2048 Elementen und Si-CCD-Array
Spektrometer-Übersicht
Modell
Kurzbeschreibung mit spektralem Konfigurationsbereich*
Standard, Raumtemperatur-Versionen:
Quest U
200 – 850 nm, 2048 Elemente, Si-CCD-Array
Quest X
200 – 1050 nm, 2048 Elemente, Si-CCD-Array
Standard, TE-gekühlte Version:
Compass X
200 – 1050 nm, 2048 Elemente, Si-CCD-Array
Hochempfindliche back-thinned-Versionen:
Prime X
380 – 1050 nm, 512 Elemente, TE-gekühlt
i-trometer
190 – 1050 nm, 2048 x 64 Elemente, ungekühlt
PDA-Version für einen hohen Dynamikbereich:
Cypher H
185 – 1050 nm, 512 Elemente, holographisches Gitter,
geringes Streulicht
InGaAs-Versionen für den NIR-Bereich:
Sol 1.7
900 – 1700 nm, 256 / 512 / 1024 Elemente
Sol 2.2
1100 – 2200 nm, 256 / 512 / 1024 Elemente
Sol 2.6
1700 – 2600 nm, 256 Elemente
PSS 1720 / 1750
850 – 1650 nm, 256 / 512 Elemente
PSS 2120
1100 – 2100 nm, 256 Elemente
PSS 2520
1300 – 2500 nm, 256 Elemente
Die genaue Kenntnis der spektralen Zusammensetzung ist für die Reproduzierbarkeit der Lichtcharakteristik bei der
Herstellung von Lichtquellen von großer
Bedeutung. Ebenso wichtig ist die Kenntnis für die Analyse des von unterschiedlichen Materialien rückgestreuten Lichts,
denn es lässt Aussagen über deren Eigenschaften zu – Stichwort Farbe – und kann
unter anderem auch zur Stofferkennung
genutzt werden. Polytec bietet Spektrometer, deren Spektralbereich vom ultravioletten über den sichtbaren bis in den
Infrarotbereich reicht.
Darüber hinaus sind Konfigurationen
möglich, die auch kundenspezifischen
Anforderungen gerecht werden. Grundlage dafür bildet eine breite Palette
unterschiedlicher Spektrometertypen, die
individuell angepasst werden können.
Konfigurationsmöglichkeiten bestehen bei
der Wahl des Spektralbereichs, der Auflösung und einer möglichen Integration
eines sogenannten linearen variablen
Filters, das eventuell auftretende höhere
Ordnungen unterdrückt.
Ein Spektrometer wird allerdings erst
durch eine geeignete Eingangsoptik
komplett, die für die richtige Erfassung
der zu untersuchenden Strahlung erforderlich ist. Neben diesen Optiken bietet
Polytec auch weiteres Zubehör wie
Beleuchtungsquellen, Kalibrierstandards
und unterschiedliche Anschlussfasern.
Eine ausgereifte und benutzerfreundliche Software mit optionalem Software
Development Kit vervollständigt das
Angebot.
Kontakt · Mehr Info
* Innerhalb des angegebenen Konfigurationsbereichs wird durch die Gitterauswahl
der tatsächlich nutzbare Spektralbereich definiert
14
Tel. +49 (0) 7243 604-154
www.polytec.de/mini-spektrometer
Maßgeschneidert für jede Anwendung
Konfiguration von
Lichtmess-Systemen
Eingangsoptiken
■ Universal-Eingangsoptik
(CosinusCharakteristik)
■ Cosinus-Eingangsoptik mittels
Ulbrichtkugel, ideal für LED- und
diffuse Transmissionsmessungen
■ Ulbrichtkugel mit integrierter Lichtquelle, ideal für diffuse Reflexionsund Transmissions- bzw. Farbmessungen
■ Fasergestützte Reflexionsoptik mit
integrierten Fasern zur Beleuchtung, ideal für Farbmessungen
■ Kollimations-Optik
Anschlussfasern,
auch Y-Varianten
■ UV-VIS-NIRAnschlussfasern
■ „Round to Slit“Anschlussfasern
■ Y-Fasern
■ Tauchsonden
Kalibrierlampen
und Standards
■ WellenlängenKalibrationslampen
■ BestrahlungsstärkeKalibrationslampen
■ Reflektionsstandards
für 250 – 2500 nm,
1“ Durchmesser
Optisches Zubehör
■ Fasergekoppelte Filterhalter
■ Fasergekoppelte
pp
Küvettenhalter
■ Multiplexer
er
■ Optische Schalter
Lichtmessgerät mit 10 Dekaden-Dynamik
Die Lichtmesstechnik findet ebenso
viele Anwendungsbereiche wie das
Licht selbst. Ob es dabei um Beleuchtungen in sämtlichen Variationen geht,
um Informationsvermittlung mittels
Displays oder LED-Anzeigen, um Kosmetik bei Solarien oder um therapeutische Anwendungen im medizinischen
Bereich, überall ist die Lichtmesstechnik
notwendig, um den jeweils relevanten
Lichtanteil korrekt zu messen – Voraussetzung für den bestmöglichen Nutzen
der Lichtanwendung, und um unerwünschte Effekte zu vermeiden.
individueller Systeme werden die
Komponenten, wie unten abgebildet,
zusammengestellt. Als Basiseinheit
steht ein Top-Gerät mit 10 DekadenDynamik, 0,1 Prozent Linearität, Leistungs- und Dosismode sowie USB-,
RS-232- und Analogausgang zur
Verfügung.
Daneben bietet Polytec ein mobiles
Handgerät, das mit einer 7 DekadenDynamik den meisten Anforderungen
voll gerecht wird.
Polytec bietet anwendungsorientierte
Lösungen, die auf dem Konzept einer
modularen und flexiblen Produktpalette basieren. Bei der Konfiguration
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-154
www.polytec.de/lichtmesstechnik
Lichtmessgerät
Messkopf
Eingangsoptik
+
Beleuchtungsquellen
gsquellen
■ Wolfram-Halogen-Lampen,
Halogen-Lampen, 20 W
■ Wolfram-Halogen-Lampen,
Halogen-Lampen,
stromstabilisiert, 5 W
■ Deuterium/Wolfram-HalogenLampen (3 W, 0,25 W)
■ Deuterium/Wolfram-HalogenLampen (30 W, 5 W)
■ Gepulste Xe-Lampen
Filter
Anwendungsspezifischer
Messkopf
+
Detektor
+
Kalibrierung
15
+
Anzeigeeinheit
Elektro-optische Testsysteme
Testsystem
METS
Kurznachrichten aus dem Bereich
elektro-optische Testsysteme
■ Blackbodies
Schwarzkörperstrahler sind sogenannte
ideale thermische Strahlungsquellen, die
elektromagnetische Strahlung mit einem
charakteristischen, temperaturabhängigen Spektrum aussenden. Sie dienen als
Referenz zur Überprüfung elektromagnetischer Sensoren und für Untersuchungen
elektromagnetischer Strahlung. Durch
die Einführung des SR-800R als Ersatz für
den Vorgänger SR-800 wird der KalibrierProzess erheblich vereinfacht. Der neue
auswechselbare Sensor ermöglicht ein
nahtloses Weiterarbeiten ohne die Notwendigkeit, Komponenten aus der bestehenden Anlage ausbauen zu müssen. Auf
Bestellung wird ein neu kalibrierter Sensor
bereitgestellt und kann vom Anwender
vor Ort gegen den alten ausgetauscht
SR-33 BlackbodyKompaktgerät
werden. Neben dem Vorteil der vermiedenen Ausfallzeit ist die neue Methode
auch kostengünstiger als die alte. Darüber
hinaus sind die SR-800-Systeme nun auch
mit vergrößerten Abstrahlflächen von bis
zu 20 x 20 Zoll erhältlich.
Für Anwendungen, die Mobilität erfordern, ergänzt das Modell SR-33 das Portfolio. Das Gerät kombiniert einen 4-ZollKopf mit dem Controller in einer Einheit
und beinhaltet fünf voreingestellte Temperaturen. Eingesetzt werden SR-33 als
Referenzgeräte für Temperaturdetektoren
an Flughäfen, um Passagiere mit erhöhter
Körpertemperatur zu erkennen, beispielsweise während einer Grippe-Epidemie,
oder für eine schnelle Temperatur-Kalibrierung von Temperaturdetektoren
oder Wärmebildgeräten im Feldeinsatz.
■ Elektro-optische Testsyteme
Modulare elektro-optische Testsyteme
liefern reproduzierbar, zuverlässig und
schnell Messresultate für verschiedene
Komponenten optischer Sensorsysteme
wie Wärmebildgeräte, VIS-Kameras,
oder für Beleuchtungs- und LRF-Laser.
Das Kollimatorsystem METS ist nun auch
als kostengünstiges Standardsystem mit
70 Zoll Brennweite und einem Gesichts16
feld von 2,9 Grad mit Aperturen von
bis zu 19 Zoll (485 Millimeter) verfügbar.
Optional ist darüber hinaus auch eine
Apertur von 21 Zoll bei etwas geringerem
FOV erhältlich.
■ Tester für atmosphärische
Transmissionen
Polytec bietet nun ein Komplettsystem
an zur Messung der spektral aufgelösten
optischen Transmission der Atmosphäre
mit einer Testlänge von bis zu 6 Kilometern. Dabei wird ein Wellenlängenbereich
von 0,4 bis 14 Mikrometer abgedeckt. Das
System besteht aus zwei SR-5000 Spektroradiometern, einer Referenz-Strahlungsquelle und einem RF-Link für die elektronische Synchronisation der Komponenten.
Ausgelegt auf Langzeit-Feldanwendungen
werden damit beispielsweise Institute für
atmosphärische Forschung, militärische
Einrichtungen und Forschungsabteilungen
adressiert, die sich mit Fernerkundung
und insbesondere thermischer Bildgebung
und -analyse beschäftigen.
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 30 6392-5140
www.polytec.de/eot
Laser & Lasersysteme
Multi-Photonen-Mikroskopie
Tiefe Einblicke mit Femtosekunden-Faserlasern
Um biologisches Gewebe in größeren Tiefen untersuchen zu können
als dies mit konventionellen Konfokal-Mikroskopen möglich ist, sind
Spezialtechniken erforderlich. Diese
müssen eine ausreichende Lichtausbeute liefern, Streulicht aus Ebenen
außerhalb der Fokalebene eliminieren, dürfen aber gleichzeitig umliegendes Gewebe durch das Anregungslicht nicht schädigen.
Multi-Photonen-Bild von Netzhaut-Gewebe,
aufgenommen mit einem Kurzpulslaser
Ein mit Fluorescin gefärbtes Epithelgewebe,
ebenfalls mit einem Femtosekunden-Faserlaser aufgenommen
Ein modernes Verfahren, das diese
Anforderungen optimal erfüllt, ist die
Multi-Photonen-Mikroskopie (MPM).
Eine mächtige Technologie, die die
Laser-Scanning-Mikroskopie mit der
Multiphotonen-Fluorenszenz-Anregung
im langen Wellenlängenbereich verbindet.
Das Ergebnis sind hochauflösende, dreidimensionale Bilder von Proben, die mit
hochspezifischen Fluorophoren markiert
sind. Die zur Markierung des Gewebes
benutzten Farbstoffe werden nicht in
ihrer Absorptionswellenlänge angeregt,
sondern gerade bei der doppelten oder
dreifachen Wellenlänge. Bei niedrigen
Intensitäten erfolgt keine Anregung und
damit wird auch kein Licht emittiert.
Bei großen Intensitäten treten jedoch
Zwei- oder Drei-Photonen-Absorptionsprozesse auf, die dann zur Fluoreszenz
führen und erfasst werden. Die erforderlichen sehr hohen Intensitäten werden
durch räumliche und zeitliche Fokussierung des Anregungslichts erreicht, indem
ein Femtosekunden-Pulslaser auf den zu
untersuchenden Gewebebereich fokussiert wird. Der entscheidende Punkt:
Multi-Photonen-Absorption ist im Unterschied zu normaler Absorption proportional zum Quadrat der Anregungsintensität.
Sie tritt im Wesentlichen nur im inneren
Teil des Laser-Anregungsflecks auf. Somit
erhält man das gewünschte FluoreszenzSignal auch nur aus einem sehr kleinen
Volumen, das auch in größeren Gewebetiefen bis zu einigen 100 Mikrometern
platziert werden kann. Da viele der geeigneten Fluoreszenz-Stoffe im nahen Infra-
rot-Bereich um 800 Nanometer angeregt
werden, ist die Belastung des umgebenden Gewebes erheblich geringer als bei
direkter Anregung im sichtbaren oder
nahen UV-Bereich.
prinzips sind diese Laser vollkommen
justage- und wartungsfrei und liefern
bereits unmittelbar nach dem Einschalten stabile Pulse für ein optimales SignalRausch-Verhältnis.
Systemkomponenten
Multi-Photonen-Mikroskopiesysteme
sind komplex. Polytec liefert einige wichtige Komponenten für das Verfahren.
Seit vielen Jahren bewähren sich dutzende
elektro-optischer Modulatoren aus dem
Polytec-Programm in den verschiedensten
MPM-Aufbauten bei der Intensitätsmodulation und -stabilisierung des Laseranregungslichts. Der Grund ist in einem Alleinstellungsmerkmal zu finden: durch die
effektive Unterdrückung piezo-elektrischer
Resonanzen – an sich unvermeidbar bei
diesen Komponenten – zeichnen sich die
Systeme, wie das speziell für den NIREinsatz konstruierte Modell 350-80LA/BK,
durch einen maximalen dynamischen
Kontrast aus. Für die MPM-Mikroskopie
bedeutet dies: schärfere und klarere Bilder
in kürzester Zeit.
Als neue Laserquelle stehen – alternativ
zu komplexen, bisher eingesetzten
Titan:Saphir-Lasern – sehr kompakte,
kostengünstige Femtosekunden-Faserlaser zur Verfügung. Die luftgekühlten
Laser aus der Mendocino-Serie liefern
Femtosekunden-Pulse mit Pulsdauern
von weniger als 100 Femtosekunden
bei Wellenlängen von 780 Nanometern,
Pulsenergien von mehr als einem Nanojoule und einer Repetitionsrate von
50 Megahertz. Aufgrund ihres Funktions17
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 30 6392-5140
www.polytec.de/fs-laser
www.polytec.de/eo-modulatoren
Elektro-optischer Modulator 350-80LA
mit HV-Verstärker M302RM
Kompakter und robuster Faserlaser
Photovoltaik- & Halbleiter-Messtechnik
Vier-Spitzen-Messplatz
Vier-Sp
V
zur Best
timmu
Bestimmung
von Flächenun
nd Kon
und
Kontaktwiderstand
Innovation für Solarzellen-Charakterisierung
Bestimmung des Kontaktwiderstands der Metallfinger
von Solarzellen mit erweitertem Vier-Spitzen-Messplatz
Im Herstellungsprozess von Solarzellen werden Vier-Spitzen-Messplätze
unter anderem zur Überprüfung des Diffusionsprozesses eingesetzt.
In der Diffusion wird die oberste Siliziumschicht mit einer großen Anzahl von
Fremdatomen dotiert, das heißt, die
Atome diffundieren in diese Schicht ein.
Die genaue Dichte der Fremdatome in
der Diffusionsschicht ist wesentlich für
die Effizienz der Zelle. Die Widerstandsmessung mit dem Vier-Spitzen-Messplatz
liefert ein Maß für diese Dichte. Diese
Vier-Spitzen-Messungen werden sowohl
im industriellen Herstellungsprozess,
V1
V2
2
3
ye
r
d
io
n
la
Pa
us
al
et
M
iff
Constant
Current
Source
Θ
D
I
0
1
Silicon Substrate
Metal Chuck
Schematische Darstellung
der Kontaktwiderstandsmessung
als auch in Forschung und Entwicklung
durchgeführt. Der Kontaktwiderstand
zwischen Metallfingern auf der WaferVorderseite und Emitter ist eine weitere
wichtige Größe zur Verbesserung der
Effizienz von Solarzellen.
Polytec ist seit vielen Jahren spezialisierter
Anbieter für die elektrische Charakterisierung von Materialien aus dem Bereich der
Photovoltaik und Halbleitertechnik. Neu
im Angebotsspektrum ist ein einfaches
Verfahren, um mit dem modifizierten
Vier-Spitzen-Messplatz diesen Kontaktwiderstand zu messen. Der erweiterte
Vier-Spitzen-Messplatz ist in der Lage,
den spezifischen Kontaktwiderstand der
Vorderseitenmetallisierung zum diffundierten Halbleiter oder anderen Materialien auf einfache Weise zu bestimmen.
Ein wichtiger Vorteil: Die Methode erfordert keine Vorkenntnisse über die elektrischen Materialeigenschaften. In der
Darstellung dienen die Spitzen 0 und 3,
beziehungsweise 0 und die Waferrückseite als Kontakte für das Einprägen ver18
schiedener Konstantströme. Über die
Spitzen 0, 1 und 2 werden Spannungen
gemessen. Die Spitzen 0 und 1 liegen
dabei auf dem Metall, die Spitze 2 und
3 auf der diffundierten Halbleiterschicht.
Für die Messung wird der Winkel der
Nadelorientierung zum Metallfinger klein
gehalten. Damit können auch Widerstände sehr schmaler Kontaktfinger mit
handelsüblichen Messköpfen, die einen
Nadelabstand von 0,5 oder 1 Millimeter
haben, bestimmt werden.
Der weiterentwickelte Vier-Spitzen-Messplatz bietet also neben der klassischen
Funktion der Bestimmung des Flächenwiderstandes und daraus abgeleiteter
Größen auch die Möglichkeit der Messung des Kontaktwiderstandes der Metallfinger auf Solarzellen. Mit dem Modell
300 SI kann der Messkopf schrittweise
in x-y-Richtung über den Wafer verfahren
werden. Auf diese Weise kann der gesamte Wafer automatisiert abgetastet werden.
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-174
www.polytec.de/4pp
Faseroptische Sensorik
Faseroptische Schwingungsmessung im Flugzeugbau
FBG-Sensoren heben ab
NLR-Testflug mit dem Deminsys-System
Der Einsatz von karbonfaser-verstärkten Kunststoffen ist eine wesentliche Triebfeder für die Entwicklung moderner
und energieeffizienter Flugzeuge. Allerdings können Vogelschlag, Turbulenzen, harte Landungen, Vibrationen oder
andere mechanische Belastungen zu Materialermüdung und -versagen wie Delaminierung oder Matrix-Brüchen
führen, so dass eine permanente Überwachung tragender und sicherheitsrelevanter Baugruppen notwendig ist.
Optische Faser-Bragg-Gitter-Sensoren,
kurz FBGs, (Funktionsprinzip: siehe
nächste Seite) bieten hier eine Reihe
fundamentaler Vorteile gegenüber herkömmlichen elektrischen Dehnungsmessstreifen. Mit ihrem extrem geringen
�
Testaufbau von vier Sensoren
an einer Tragflächenklappe
1000
Angle of roll (DEG)
100
0
0
–100
0
–1000
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
Aufgezeichnete Dehnungswerte (rot und
grün) während verschiedener Rollmanöver
(blau)
Gewicht und einem Durchmesser von nur
125 Mikrometern sind sie leicht zu integrieren, ohne selbst die Eigenschaften des
Trägermaterials zu beeinflussen. Dabei
sind sie einerseits unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen
und stellen andererseits auch selbst –
aufgrund des optischen Funktionsprinzips – kein Störpotential für andere Komponenten dar. Die Sensoren sind leicht
zu verketten, da jeder Einzelsensor eine
eigene Wellenlänge trägt, so dass für alle
Sensoren nur eine einzige Zuleitung nötig
ist. Das Deminsys-Auslesesystem kann
bis zu 32 Sensoren gleichzeitig auslesen.
Dabei ist die Messrate mit 19,3 Kilohertz
so groß, dass auch schnelle mechanische
Impulse oder Vibrationen detektiert
werden.
Anwendungsbeispiel:
Einschlaglokalisierung
Werden die Sensoren matrixförmig auf
einer Tragfläche oder am Rumpf angeordnet, kann der Ort des Einschlags
lokalisiert werden, da die Signallaufzeit
zu jedem Sensor im Allgemeinen unterschiedlich ist. Beispielhaft sind im Testaufbau (Abbildung) vier Sensoren auf einer
Tragfläche angebracht. Das von einem Einschlag erzeugte Signal ist in der Grafik darunter als Funktion der Zeit dargestellt. Aus
den unterschiedlichen Zeitverläufen und
Intensitäten kann nun auf den Ort und die
Größe des Einschlags geschlossen werden.
19
Anwendungsbeispiel:
Überwachung der Tragflächenträger
In einem Testflug beim niederländischen
nationalen Luft- und Raumfahrtslaboratorium (NLR) wurde das Deminsys-System
unter realen Bedingungen getestet. Dazu
waren FBG-Sensoren am zentralen Tragflächenträger der Maschine angebracht,
zusammen mit einem konventionellen
Dehnungsmessstreifen als Referenz. Im
Testflug wurden die Belastungen bei verschiedenen Rollmanövern der Maschine
exakt aufgezeichnet. Dabei sind keinerlei
Datenverluste oder sonstige Ausfälle des
Gerätes aufgetreten, was die Robustheit
und Alltagstauglichkeit unter Beweis stellt.
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-174
www.polytec.de/deminsys
Das Deminsys-Auslesesystem ist mit
8 x 8 x 24 Zentimetern sehr kompakt
Faseroptische Sensorik
Funktionsprinzipien der faseroptischen Sensorik
Bei Polytec kommen drei unterschiedliche Verfahren der faseroptischen
Sensorik zur Anwendung. Die Auswahl des adäquaten Verfahrens wird
durch den Einsatzzweck bestimmt.
Verschiebung der Gallium-ArsenidBandkante für Temperaturmessungen
Für Anwendungen, bei denen einzelne
Messpunkte ausreichen, wird dieses Messprinzip mit einem GaAs-Kristall-Einzelsensor am Faserende eingesetzt. An der
Spitze einer Glasfaser ist ein GaAs-Kristall
angebracht, dessen Bandkante sich temperaturabhängig verschiebt. Dabei wird
weißes Licht vom System zum Kristall
geschickt und dort durch die Lage der
aktuellen Bandkante – diese ist mit
0,4 Nanometern pro Kelvin temperaturabhängig – spektral verändert. Das am
Kristallende zurück reflektierte Licht wird
dann über ein Spektrometer analysiert,
um daraus auf der Basis einer werksseitigen Kalibrierung die Temperatur zu
ermitteln. Der Temperaturmessbereich
umfasst –200 bis +300 Grad Celsius
bei einer erreichbaren Genauigkeit von
bis zu 0,1 Grad Celsius.
Faser-Bragg-Gitter für Dehnungs-,
Schwingungs- und Temperaturmessungen
Faser-Bragg-Gitter (FBGs) werden erzeugt,
indem die Faser an einer bestimmten
Position mit einem periodischen Muster
intensiver UV-Strahlung belichtet wird.
Der Brechungsindex der Faser wird an
dieser Stelle „moduliert“. Auf diese Weise
Der Wellenlängenbereich des an FBGs reflektierten Lichts wird bei Temperaturund Dehnungsänderungen verschoben
Intensity (counts)
3000
2000
1000
Brechungsindexschwankungen der Glasfaser bewirken Frequenzverschiebungen
im reflektierten Licht
werden Sensoren an beliebigen Stellen
in eine gewöhnliche Glasfaser „geschrieben“. Das Gitter reflektiert Licht eines
schmalen Wellenlängenbereichs, der bei
Temperatur- und Dehnungsänderungen
verschoben wird. In eine einzelne Faser
können hunderte FBGs geschrieben und
simultan mit einem einzigen System abgefragt werden. Diese Technik erlaubt die
Überwachung von Temperatur und/oder
Dehnung in großen Strukturen, beispielsweise bei der Designvalidierung neuer
Konstruktionen und Strukturüberwachung
von Bauwerken. Der Temperaturmessbereich umfasst hier –50 bis +300 Grad
Celsius bei einer erreichbaren Genauigkeit von bis zu 0,1 Grad Celsius und einer
räumlichen Auflösung von einem Millimeter.
Rayleigh-Streuung für Dehnungsund Temperaturmessungen
Erweitert man ein Optical Backscatter
Reflectometer (OBR) um die SensingOption, erhält man ein hochauflösendes
System, das mit fast jeder handelsüblichen
Glasfaser einsetzbar ist und sich für die
verteilte Temperatur- oder Dehnungsmessung entlang einer Glasfaser eignet. Das
OBR ist in der Lage, die Rayleigh-Streuung, die durch kleine Brechungsindexschwankungen in der Faser verursacht
wird, zu messen. Frequenzverschiebungen im reflektierten Licht, verursacht
durch Strukturänderungen der Glasfaser
durch Temperaturänderung oder Dehnung, werden ortsaufgelöst dargestellt.
Da dies mit unterschiedlichsten Glasfasern
funktioniert, stehen eine große Vielzahl
möglicher Sensoren zur Verfügung. Der
Temperaturmessbereich geht von –50
bis +850 Grad Celsius bei einer erreichbaren Genauigkeit von bis zu 0,1 Grad
Celsius und einer räumlichen Auflösung
von 2 Zentimetern.
0
840 850
860
870 880
890
900
910
920
930
940
950 960
970
980 990 1000 1010 1020
Wavelength (nm)
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-174
www.polytec.de/fo-sensorik
Verschiebung der Gallium-Arsenid-Bandkante
20
RubriktitelTelekommunikation
Optische
OTDR und OFDR
DR
Mobile Messgeräte für LWL-Netzwerke
Optische Netzwerke finden aufgrund ihrer Vorteile gegenüber den klassischen
Kupferverbindungen eine immer größere Verbreitung in allen Bereichen.
Sie sind störunempfindlich gegen elektromagnetische Einflüsse, bieten aber
vor allem einen enormen Datendurchsatz über weite Entfernungen.
Klassische OTDRs
Bei der Installation und Wartung von
LWL-Netzwerken entsteht regelmäßig
die Aufgabe, die Rückflussdämpfung
der Faserstrecke, beziehungsweise von
Steckern und Spleißen, zu überprüfen
und zu protokollieren. Bei mittleren und
langen Strecken ist die Optical Time
Domain Reflectometry (OTDR) das etablierte Verfahren, bei dem ein kurzer Lichtpuls auf die Strecke geschickt wird. Das
zurückgestreute Licht wird anschließend
detektiert, wobei Licht von verschiedenen
Orten durch die unterschiedliche Laufzeit getrennt wird. Das Palm-OTDR aus
dem Polytec-Programm realisiert dieses
Prinzip in einem extrem kompakten
Gehäuse. Akkubetrieben und mit Dämpfungspuffern versehen, ist es für den
rauen Feldeinsatz konzipiert. Das große
Farbdisplay und die klare deutschsprachige Menügestaltung erlauben eine komfortable Bedienung, Speicherung und
Verwaltung der Messdaten, die später
über den USB-Port auf einen PC übertragen werden können. Je nach Modell
werden Reflektionsereignisse mit einer
Totzone von bis zu 1,5 Metern und
Dämpfungereignisse mit 10 Metern
detektiert. Der Dynamikbereich in den
Spitzenmodellen erreicht mit 45 Dezibel einen hervorragenden Wert in
dieser Geräteklasse. Modelle sind erhältlich für Single-Mode und Multi-Modeanwendungen bei den Wellenlängen
850, 1300, 1310, 1490, 1550 und
1625 Nanometern.
Ultra-Hochauflösende OFDRs
Bei kurzreichweitigen Netzwerken oder
Systemkomponenten, wie man sie
beispielsweise in Schiffen, Flugzeugen,
Rechenzentren und Vermittlungsstellen
findet, steigt naturgemäß die Anforderung an die Auflösung; Totzonen
im Meterbereich sind hier oft zu groß.
Da die OTDR-Technik bei Auflösungen
im Zentimeter- oder Millimeterbereich
an ihre Grenzen stößt, hat sich hier die
Optical Frequency Domain Reflectometry
(OFDR) durchgesetzt. OFDR basiert auf
einem interferometrischen Messverfahren,
das einen kontinuierlich über die Wellenlänge durchstimmbaren Laser nutzt und
keinen gepulsten Laser benötigt. Das
OFDR-basierte OBR 4200 aus dem
Polytec-Programm erreicht im Entfernungsbereich bis 500 Meter eine Auflösung von 3 Millimetern. Damit eröffnen
sich deutlich erweiterte Prüf- und Diagnosemöglichkeiten für Hersteller und
21
Installationstechniker faser-optischer Baugruppen und kurzreichweitiger Netzwerke. Das Gerät erlaubt die präzise
Lokalisierung von schlecht ausgeführten
Spleißen, defekten Steckern und Komponenten oder Faserbiegungen. Aufgrund
der hohen Auflösung ist es möglich, in
eine defekte Komponente „hineinzuschauen“, was eine exakte Fehleranalyse
ermöglicht.
Das Gerät ist batteriebetrieben, nutzt
ein „Toughbook“ als Rechnerplattform
und ist somit für mobile Anwendungen
ausgelegt. Neben der Auflösung von
3 Millimetern sind die hohe AbsolutEmpfindlichkeit von –125 Dezibel und
eine Dynamik von 70 Dezibel hervorzuheben. Bei der Betriebswellenlänge
von 1540 Nanometern ist das OBR 4200
für Single-Mode und Multi-Mode-Fasern
nutzbar.
Palm OTDR-Handgerät mit deutscher
Menüführung
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 (0) 7243 604-174
www.polytec.de/lwl
Produkte und Dienstleistungen
Polytec-Produktübersicht
Kameras, Objektive und Zubehör
für individuelle und anspruchsvolle
Aufgabenstellungen im Bereich der
industriellen Bildverarbeitung:
■
Kamerasysteme und Software
Kamerasysteme beinhalten alle Komponenten eines abgestimmten Bildverarbeitungsystems wie die Kamera,
die Auswertesoftware und Hardware.
LED-Beleuchtungen
■ Stroboskope
■ Faseroptische Beleuchtungssysteme
■ Xenon-Blitzlampen
■ UV-Niederdruck-Lampen f. d. Analytik
■
■
Spektrometer
Messgeräte für die Analytik in Forschung
und Industrie für Prozess-, Labor- und
Feldeinsatz.
Laser und Zubehör
Mit über 40 Jahren Laser-Know-how ist
Polytec in der Lage, die passenden Laser
für nahezu alle Anwendungen zu liefern.
NIR-Spektrometersysteme und
OEM-Komponenten
■ Mini-Spektrometer und Module
■ Raman- und FTIR-Spektrometer
■ Hyperspektral-Imager
■ Spektralphotometer,
Spektroradiometer
■
Optische Strahlungsmessgeräte
und Komponenten
für die Messung und Auswertung
von Intensität und Spektralverteilung
optischer Strahlung:
■
■
Elektro-optische Testsysteme
Einzelkomponenten und Subsysteme
sowie komplette elektro-optische
Test- und Simulationssysteme.
Optische Telekommunikation/
LWL-Messgeräte
Messgeräte und Komponenten für die
optische Datenübertragungstechnik
sowohl für Entwicklung, Qualitätssicherung und Produktion, als auch für den
Feldeinsatz bei Installation und Wartung.
Faseroptische Sensorsysteme
Ein- und mehrkanalige Sensorsysteme mit
Messpunkten am Faserende, Systeme mit
kontinuierlicher Messpunktfolge entlang
der Faser und mit diskret verteilten Messpunkten entlang der Faser. Gemessen
wird:
Messgeräte für Labor & Produktion
■ LWL-Messgeräte/Spleißgeräte
für den Feldeinsatz
■
Beleuchtungssysteme
Polytec bietet Beleuchtungssysteme für
industrielle Bildverarbeitung, Analytik
und zum Sintern/UV-Härten von Lacken
und elektronischen Schaltungen.
■
■
Schwarzkörperstrahler,
Kollimatoren und Zubehör
■ FLIR-, Laser-, Multisensor- und
Boresighting-Teststationen
■ IR-Signalsimulatoren und IRCM-Tester
■ Radiometer und Spektroradiometer
■
Kameras & Zubehör
Objektive & Zubehör
■ Hochgeschwindigkeitskameras
■ Hyperspektral-Imager
CW-Laser
Puls-Laser
■ Laser-Zubehör
■ Laser-Leistungs- und
Energiemessgeräte
■
22
Smartcam-Systeme
Vision Software
■ Multikamera-Vision-Systeme
■
Lichtmesstechnik
■ Mini-Spektrometer für UV, VIS und NIR
■ Spektroradiometer/Farbmessgeräte
■ Laserstrahldiagnose
■ Detektoren für 200 nm – 40 µm
■ InGaAs-Kameras
Temperatur
Dehnung und Spannung
■ Schwingung
■
PV- und Halbleiter-Messgeräte
Komplexe Messtechnik im Bereich
Photovoltaik und Halbleiter:
■
Schwingungsmesssysteme
Laservibrometer von Polytec sind
weltweit anerkannter Standard für
berührungslose Schwingungsmessung.
Längen- und Geschwindigkeits-Sensoren
Polytec Laser Surface Velocimeter helfen
bei der Überwachung von Bahnwaren
im Produktionsprozess.
■
■
Einpunkt-Vibrometer
Scanning-Vibrometer
■ Spezial-Vibrometer zur Messung
von differentiellen Schwingungen,
Rotationsschwingungen u. v. m.
■ Mikroskop-basierte Vibrometersysteme
■
Mikrosystem- & MEMS-Analyzer
Die Produktlinie von mikroskop-basierten
Analysesystemen ist ideal geeignet zur
Messung der Dynamik und Topographie
von MEMS und Mikrosystemen.
Dehnungs- und Spannungsmesssysteme
Mit dem Polytec StrainProcessor und
dem flächenhaft und berührungslos
messenden PSV-3D Scanning Vibrometer steht ein völlig neues Werkzeug
zur Verfügung, um die Größe und die
Ursache von dynamischen Spannungsund Dehnungseffekten zu bestimmen.
Vier-Spitzen-Messsysteme
CV/IV-Messsysteme
■ Optische Schichtdickenmessgeräte
■ Doppelbrechungsanalyse
■ InGaAs-Kameras
Oberflächenmesssysteme
Die von Polytec entwickelten Top-Map
Topographie-Messsysteme sind hochgenaue 3D-Profilometer zur Vermessung
von 3D-Profilen von rauen, glatten und
stufigen Oberflächen.
Ebenheit und Parallelität
■ Formparameter
■ Oberflächenparameter
■ Höhen und Stufen
■ Volumina, Tribologie
■
■
Scanning Vibrometrie zur Charakterisierung von Out-of-Plane-Schwingungen
■ Stroboskope Video-Mikroskopie für
Messungen von In-plane-Bewegungen
und Schwingungen
■ Weißlicht-Interferometrie zur Untersuchung der Oberflächenbeschaffenheit
■ Geometrie-Datenerfassung
■
Zuschnittsteuerung, StückgutLängenmessung
■ Geschwindigkeitsmessung und
-steuerung
■ Reckgradmessung, Massenflussregelung
■ Schlupfmessung und -kompensation
■ Messradkalibrierung
Service bei Polytec
Herausragende Qualität durch technische Exzellenz und Erfahrung
Die Vielfältigkeit des Produktspektrums
spiegelt sich im Polytec-Serviceangebot
wieder. Das gesamte Service-Team besteht
aus Ingenieuren, die eng mit den Herstellern zusammenarbeiten und mit ihrer
Erfahrung auch bei Neuentwicklungen
Einfluss nehmen. Vier Schwerpunkte
bilden das Polytec-Service-Spektrum.
Kontakt · Mehr Info
Tel. +49 7243 604-158
www.polytec.de/service
Auftragsmessungen und
Leihstellungen
■ Hochgeschwindigkeitsaufnahmen
■ Spektroskopische Messungen
■ Wafer-Messungen
■ Schwingungs-, Geschwindigkeits-,
Längen- und Topographiemessungen
Kalibrierungen in den Produktbereichen
■ Elektro-optische Testsysteme
■ Lichtmesstechnik
■ Spektrometer, Lasersysteme & Zubehör
■ Lasermesstechnik
23
Schulung
■ Produkt-, Anwendungsschulungen,
Produkteinführungen
■ Vor Ort, in den Polytec-Schulungsräumen, -labors, per Telefon oder
Webkonferenz
Reparaturen und Support
Reparaturen werden in der eigenen
Serviceabteilung durchgeführt oder
beim Hersteller überwacht und nachverfolgt. Auch in Fällen der Ersatzteilbeschaffung bietet Polytec durch seine
Erfahrung und weltweiten Kontakte
wertvolle Unterstützung.
Messen 2011
Datum
Messe
Ort
Thema
PolytecSchwerpunkt
21. – 24. 03. 2011
Automate
Chicago,
Illinois, USA
Automatisierungsmesse mit Schwerpunkt
Bildverarbeitung
Bildverarbeitung
29. – 31. 03. 2011
ECS – European
Coating Show
Nürnberg
Leitmesse für die
internationale Lackund Farbenindustrie
Xenon-Blitzlampen,
FTIR-Spektrometer,
Schichtdickemessung
03. – 06. 05. 2011
Control
Stuttgart
Internationale Leitmesse
für Qualitätssicherung
Bildverarbeitung,
optische Messsysteme
23. – 26. 05. 2011
LASER – World
of Photonics
München
Weltleitmesse für
Optische Technologien
PolytecProduktprogramm
07. – 09. 06. 2011
Sensor & Test
Nürnberg
Messtechnik-Messe
Optische Messsysteme,
faseroptische Sensorik
19. – 21. 09. 2011
ECOC
Genf,
Schweiz
Industriemesse für faseroptische Kommunikationstechnologien
Optische
Telekommunikation,
faseroptische Sensorik
11. – 13. 10. 2011
Semicon Europe
Dresden
Europäische Leitmesse
für Halbleitertechnologie
Halbleiter- und
PV-Messgeräte
08. – 10. 11. 2011
VISION
Stuttgart
Internationale Fachmesse
für Bildverarbeitung
Bildverarbeitung
Änderungen der technischen Spezifikationen vorbehalten. PH_IF_72_2010_11_6000_D
Polytec InFocus – Magazin für optische Messsysteme und Sensoren
Neben der vorliegenden Polytec INFO erscheint zweimal jährlich das InFocusMagazin über Anwendungen optischer Messsysteme und Sensoren von Polytec.
Hier finden Sie Neuigkeiten, Hintergrundwissen und Applikationen aus der Welt
der optischen Messtechnik für Schwingung, Bewegung, Dehnung, Länge, Geschwindigkeit, Oberflächentopografie und spektrale Analytik. Gerne senden wir Ihnen das
InFocus-Magazin regelmäßig und kostenlos zu. Die aktuellen und zurückliegenden
Ausgaben als PDF sowie ein Bestellformular finden Sie auf unserer Homepage unter
www.polytec.de/infocus
Die neue Polytec-Webseite – übersichtlich,
konzentriert und voller Mehrwert
Polytec ist mit einer komplett neuen Webseite gestartet.
Der Schwerpunkt liegt auf einer einfachen Navigation –
wesentliche Voraussetzung bei einer Inhaltsfülle von über
1000 Seiten. Um jedem Besucher in seinem individuellen
Informationsbedürfnis direkt zu begegnen, wurden drei
Einstiegsmöglichkeiten über Produkte, Lösungen und
Anwendungen geschaffen. Eine intelligente Suchfunktion
mit gewichteten Ergebnissen und Aktualitätshinweisen
rundet die Navigation ab. Hintergrundinfos zu Technologien, interessante Multimediainhalte und Downloads
sind dabei selbstverständlich.
Impressum
Polytec INFO · Magazin für Photonische Technologien
Ausgabe 2010 · Copyright © Polytec GmbH, 2010
Herausgeber: Polytec GmbH
Polytec-Platz 1-7 · D-76337 Waldbronn
V.i.S.d.P.:
Dr. Hans-Lothar Pasch
Redaktion: Dr. Alexander Huber, Jochen Grimm
Produktion: Regelmann Kommunikation
Advancing Measurements by Light
Titelfoto
Hochgeschwindigkeitsaufnahme (1/20000stel Sekunde) eines
Milchtropfens der in Wasser fällt, mit orange- und blaufarbenem
Blitz beleuchtet.
Bildnachweise
Titelseite: Rosteckm, Dreamstime.com
Seite 5, Mitte: Uatp1, Dreamstime.com
Seite 8, rechts oben: Cardiff University Wien, Österreich
Seite 8, rechts unten: Bioptigen, Inc., USA
Seite 17, oben: Prof. Bille, University of California, USA
Seite 19, oben: Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium NLR, Niederlande
Polytec GmbH
Polytec-Platz 1-7
76337 Waldbronn
Tel. +49 7243 604-0
Fax +49 7243 69944
[email protected]
Polytec GmbH
Vertriebs- und
Beratungsbüro Berlin
Schwarzschildstraße 1
12489 Berlin
Tel. +49 30 6392-5140
Fax +49 30 6392-5141
www.polytec.de