Edelsteinanalyse mit Raman-Spektroskopie
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Edelsteinanalyse mit Raman-Spektroskopie
POLYTEC INFO 73. AUSGABE I n fo Anwendungen und News aus dem Bereich der Photonischen Technologien Bildverarbeitung: Schienenüberwachung mit Hochgeschwindigkeitskameras Seite 6 Hyperspectral Imaging: Großes Potential in der Landwirtschaft Seite 14 Spektroskopie: FTIR-Analysen für Kunst und Archäologie Seite 16 Faseroptische Sensorik: FBG-Sensoren in der Praxis Seite 21 Laser: Neue Augen-OP-Technik mit Ultrakurzpuls-Lasern Seite 23 Service: Benzin- und Reifenanalyse beim Porsche Carrera Cup Seite 25 Edelsteinanalyse mit Raman-Spektroskopie Seite 18 Editorial Lebensdauer von LED-Beleuchtungen Seite 3 Perfekte Pizzaböden dank 3D-Bildverarbeitung Seite 4 Schienenüberwachung mit Hochgeschwindigkeitskameras Seite 6 Dr. Alexander Huber Objektive in der Bildverarbeitung Seite 8 Dr. Hans-Lothar Pasch Licht im Tunnel Seite 10 Liebe Leserin, lieber Leser, Photonische Technologien bieten unglaublich viele Anwendungsmöglichkeiten. Einen kleinen Eindruck darüber wollen wir Ihnen wieder mit dieser Ausgabe der INFO vermitteln, dazu wertvolles Grundlagenwissen. Im Bereich der industriellen Bildverarbeitung finden Sie zum aktuellen Thema 3D einen Bericht zur dreidimensionalen optischen Prüfung von Pizzaböden. Weiter erfahren Sie mehr über automatisierte Schienennetzkontrolle mit Hochgeschwindigkeitskameras, über die spektroskopische Bestimmung von Edelsteinen und über interessante archäologische Spektrenanalysen, mit deren Hilfe sogar die Brenntemperatur frühzeitlicher Keramiken festgestellt werden kann. Wenn wir es mit dieser INFO wieder schaffen, Ihnen auf kurzweilige und informative Art Neues aus der Welt der Photonik zu vermitteln, dann haben wir unser Ziel erreicht. Eine Rückmeldung von Ihnen würde uns freuen und wäre neuer Ansporn und Motivation für die nächste Ausgabe. Viel Vergnügen beim Lesen wünschen Ihnen Dr. Hans-Lothar Pasch Geschäftsbereichsleiter Photonik Geschäftsleitung Polytec GmbH Anwendungen mobiler Spektroskopie Seite 15 FTIR-Analysen für Kunst und Archäologie Seite 16 Spektroskopisches Reflektometer Seite 20 Laser & Lasersysteme Strahlungsmesstechnik Hardware & Software Know-how & Erfahrung Service & Dienstleistung Spektroskopie Partnerschaft Optische Telekommunikation Hyperspectral Imaging: großes Potential für die Landwirtschaft Seite 14 Edelsteinanalyse mit Raman-Spektroskopie Seite 18 Kompetenzfelder Elektro-optische Testsysteme SWIR-Kameras in der Bildverarbeitung Seite 12 Leistungsstarke Minispektrometer Seite 17 Dr. Alexander Huber Bildverarbeitung Photonisches Sintern in Forschung und Fertigung Seite 11 Faseroptische Sensorik Faser-Bragg-Sensoren in der Praxis Seite 21 Neue Augen-OP-Technik mit Ultrakurzpuls-Lasern Seite 23 „Donuts“ für optische Fallen und konfokale Mikroskopie Seite 24 Vielseitiger Service bei Polytec Seite 25 PV- & HalbleiterMesstechnik 2 Polytec-Produktübersicht Seite 26 Messen Seite 28 Bildverarbeitung 50 x langlebiger als Glühlampen Lebensdauer von LED-Beleuchtungen Als Lebensdauer einer LED bezeichnet man in der Regel die Zeit, nach der die Leuchtstärke auf 50 % des Anfangswertes abgesunken ist. Leuchtdioden fallen üblicherweise nicht plötzlich aus, sondern verlieren über die Zeit einen Teil ihrer Lichtausbeute. Im Nachfolgenden werden die Ursachen und Möglichkeiten zur Abhilfe näher betrachtet. Unterschiedliche Lampentypen Bei weißen, blauen und grünen LEDs können in der Regel Lebensdauern von 50.000 Betriebsstunden erzielt werden. Für rote LEDs werden die Lebensdauern mit 100.000 Stunden angegeben. Sie verlieren 10 - 15 % ihrer Helligkeit in den ersten 1.000 Betriebsstunden, weitere 10 – 15 % innerhalb 10.000 Betriebsstunden und die restlichen 10 – 15 % bei bis zu 100.000 Betriebsstunden. 100 80 60 Rote LED (bei Normaltemperatur) 40 Weiße LED (bei Normaltemperatur) 20 Rote LED (bei 50 °C Umgebungstemperatur) Betriebsdauer [h] Leistungsverlust unterschiedlicher LED-Typen Zum Vergleich seien hier die mittlere Lebensdauer konventioneller Lampen typen genannt: nGlühlampe: ca. 1.000 Betriebsstunden Neben geringem Energieverbrauch, Zuverlässigkeit und günstigen Herstellungskosten ist die LED nicht zuletzt wegen ihrer hohen Lebensdauer heute das wirtschaftlichste Leuchtmittel. nHalogenlampe: ca. 2.000 – 3.000 Betriebsstunden nEnergiesparlampe: 6.000 Betriebsstunden nLeuchtstofflampe: 8.000 Betriebsstunden 3 Kontakt · Mehr Info Tel. +49 7243 604-180 www.polytec.de/bv 00 10 00 0 00 90 0 00 80 0 0 00 70 00 60 0 00 50 0 40 00 0 00 30 0 20 00 0 10 00 00 0 10 Vorbeugende Abhilfe Allerdings ist nicht nur die Lebensdauer temperaturabhängig. Auch die Helligkeit und damit die Effizienz lassen mit zunehmender Wärme nach. Viele LEDBeleuchtungen mit hoher Lichtleistung werden deshalb mittels metallischer Kühlkörper gekühlt. Eine intelligente Elektronik gewährleistet zudem eine optimale und stabile Spannungsver sorgung und damit eine längere Lebensdauer. 120 Leuchtsärke [relativ] Entscheidende Faktoren Die Lebensdauer einer Leuchtdiode hängt zum größten Teil von den Faktoren Wärme, Spannung und Strom ab. Hohe Temperaturen werden durch starke Ströme erzeugt und verkürzen die Lebensdauer von LEDs drastisch, indem Fehlstellen im Kristall durch thermische Einflüsse vergrößert werden. Zwar sieht man häufig auf Datenblättern, dass eine LED 80 °C und mehr aushält, aber grundsätzlich gilt: je kühler die Umgebungstemperatur, desto länger die Lebensdauer. Raum temperaturen bis +40 °C gelten heute als optimale Werte. Bildverarbeitung Automatisierte Qualitätskontrolle in der Lebensmittelindustrie Perfekte Pizzaböden dank 3D-Bildverarbeitung Der norwegische Lebensmittel hersteller Stabburet AS produziert mit ca. 1.000 Mitarbeitern in acht Produktionsstätten Fertiggerichte wie beispielsweise Tiefkühlpizzas, Getränke und Süßwaren. Für eine automatisierte Qualitätskontrolle von Pizzaböden im Produktionsprozess wurde mit Hilfe der 3D- Bildverarbeitungssoftware Scorpion Vision eine Lösung entwickelt, die bis zu 7200 Teiglinge pro Stunde auf Größe, Form, Dicke, Oberflächenstruktur und -farbe kontrolliert. Bild 1: 3D-Bildverarbeitungssystem, bestehend aus Kameras, Rechner, Triangulationslaser und Monitor im Edelstahlgehäuse Bild 2: Laser-Triangulation: Laserlinie (oben) und digitale Auswertung (unten) Messung am „lebenden Objekt“ Die Herausforderung bestand darin, die Qualitätsmerkmale der Teig-Rohlinge so zu differenzieren, dass der schmale Grat zwischen individuellem Rohling und Ausschuss gemeistert wird. Eine nicht leicht zu lösende Aufgabe, da „lebendiger“ Teig im Vergleich zu klassischen industriellen Massenprodukten von Natur aus ein Einzelstück ist. Darüber hinaus sollten auch unterschiedliche Teiglinggrößen und -formen erkannt werden. Die Lösung: 3D-Bildverarbeitung Das modulare und synchronisierte Bildverarbeitungssystem (Bild 1) besteht aus einem Förderband, der Bildverarbeitungs4 Hard- und Software sowie einer Aus stoßvorrichtung. Durch eine spaltbreite Unterbrechung im Förderband wird der Teigling zunächst von unten mit einer Zeilenkamera abgetastet und die Ober fläche auf zu dunkle oder zu blasse Stellen überprüft. Die Oberflächen- und Dicken inspektion erfolgt im zweiten Schritt. Bei der 2D-Kontrolle werden Durchmesser, Länge und Breite ermittelt (Bild 2). Kleine und mittlere Deformationen sowie Randschäden, die bei der 2D-Überprü fung unentdeckt blieben, werden in der Umriss-Kontrolle erkannt (Bild 3). Beim nächsten Schritt wird der Teig in der Oberflächenkontrolle auf dunkle oder blasse Stellen geprüft, wie zuvor von der Unterseite. In der Positionskontrolle werden die Böden nun auf Positionen auf dem Band kontrolliert, die im späteren Produktionsprozess problematisch werden könnten (Bild 4). Die 3D-Überprüfung auf Gesamtdicke, Blasen, Löcher und die bereichsspezifische Dicke bei Produkten mit unterschiedlichen Stärken – zum Beispiel entlang der Ränder – erfolgt über Laser-Triangulation und konnte mit der Scorpion Vision-Software erfolgreich umgesetzt werden. Beim Triangulationsverfahren wird eine Laserlinie auf den Prüfling projiziert. Aus der lokalen Deformation dieser im Durchlauf erfassten Linien errechnet das System ca. 2.500 einzelne Höhendaten auf dem Pizza boden. Optimale Prozessumgebung Am Ende der Anlage sorgt eine Ausstoßvorrichtung, die in einem Spalt des Förderbands installiert ist, dafür, dass ungeeignete Pizzaböden mit Hilfe von Pressluft aus dem Produktionsprozess ausgesondert werden. Dabei wird für jedes Einzelobjekt ein Druckluftmuster erzeugt, das aus den individuellen Bildverarbeitungsdaten errechnet wird, um den Druckluftverbrauch gering zu halten. Die Bandgeschwindigkeit der Anlage erreicht bis zu 60 m/s. Dabei können unterschiedliche Teiglingformen (rund, quadratisch und rechteckig) sowie Größen von 100 bis 400 mm verarbeitet werden. Für Durchmesser und Randfehler beträgt die Messgenauigkeit ca. 0,5 mm, für die Dicke ca. 1 mm. Die Operator-Schnittstelle besteht aus einem Touchscreen Bild 3: 3D-Daten aus x,y,z-Werten (links) und die aus den Daten ermittelten Fehler (rechts) an der Anlage, lässt sich aber auch an einem anderen Ort oder für die OnlineÜberwachung einrichten. Polytec arbeitet seit Jahren mit Tordivel, dem norwegischen Hersteller von Scorpion Vision, zusammen und ist im deutschsprachigen Raum Ansprechpartner für die Beratung, Vertrieb und Integration der 3D-Software. Kontakt · Mehr Info Tel. +49 7243 604-180 www.polytec.de/bv-software Bild 4: Erkennung von Randschäden (rechts) und Durchmesser bestimmung mit Minimum und Maximum (links) 5 Bildverarbeitung Sicherheit automatisch und lückenlos Schienenüberwachung mit Hochgeschwindigkeitskameras Ein völlig neues Anwendungsgebiet der Bildverarbeitung wird derzeit mit dem Hochgeschwindigkeits-Kamerasystem PROMON von AOS Technologies eröffnet: die automatisierte Überwachung und Prüfung von Bahnschienen. Klassische Bildverarbeitungsanwendungen konzentrierten sich bisher auf automatisierte Industrieprozesse – von der Getränkeabfüllung über Ver packungsstraßen bis hin zu Qualitätskontrollen. Bild 1: Typische Straßenbahnschiene mit Verschleißspuren 6 Klassisch: Visuelle Kontrolle Schienen von Nahverkehrsmitteln wie Straßen- und S-Bahnen werden noch immer überwiegend durch Abschreiten und optische Inspektion der Gleise kontrolliert (Bild 1). Dieser Kontrolle kommt als Grundlage für die Instandhaltung eine überaus wichtige Bedeutung zu. Die Schienen unterliegen einem Verschleiß und müssen rechtzeitig repariert oder ersetzt werden, da die Verfügbarkeit des Schienennetzes wie auch die Sicherheit der Fahrgäste gewährleistet werden muss. Die Problematik dieses Kontrollverfahrens besteht darin, dass das Abschreiten und visuelle Beurteilen der Gleise vor Ort stark personenabhängig und nicht reproduzierbar ist. Die persönliche körperliche Verfassung, die Ermüdung der Augen, unterschiedliche Licht- und Wettersituationen sowie die individuelle Erfahrung beeinflussen die Wahrnehmung und Beurteilung. Ein zweiter Prüfer würde unter anderen Bedingungen die gleichen Stellen möglicherweise anders beurteilen. In verschiedenen Pilotprojekten mit Nahverkehrs- und Seilbahnen innerhalb und außerhalb Europas werden deshalb derzeit kundenspezifische automatische Systeme erprobt. Die Alternative: automatische Erfassung und softwaregesteuerte Analyse Am Fahrzeug befestigte, mitfahrende Kamerasysteme mit passender Beleuchtungseinrichtung nehmen bei normaler Fahrgeschwindigkeit die Schienen lückenlos auf (Bild 2). Anschließend erfolgt die Auswertung der Aufnahmen an einem Bildschirmarbeitsplatz. Die Betrachtung kann dabei in kürzere Sitzungen unterteilt werden, um die Aufmerksamkeit nicht zu beeinträchtigen. Durch Kennzeichnung der Bilder mit Datum, Uhrzeit und der exakten GPS-Position sind diese eindeutig zuzuordnen und archivierbar – eine wertvolle Referenz für erneute Beurteilungen und um Veränderungen und Trends transparent zu machen (Bild 3). Einen Schritt weiter geht die software gestützte Analyse und Auswertung, die eine erhebliche Ressourceneinsparung bedeutet. Über spezielle Bildalgorithmen werden Abweichungen von definierten Standards gefunden und dem Kontrolleur automatisch zur Beurteilung vorgelegt. Dieser bewertet die entsprechende Gleisstelle und entscheidet nach „akzeptabel” oder „kritisch“. Als kritisch gekennzeichnete Bilder werden summarisch in einem Bericht aufgeführt. Viele Vorteile Der Nutzen solcher Überwachungssysteme liegt auf der Hand: Durch die automatische Bilderfassung reduziert sich der Personalaufwand erheblich, die Bilderfassung erfolgt sozusagen „nebenbei“ im normalen Fahrbetrieb – es sind keine speziellen Messwagen oder Betriebsstopps wegen Streckenbegehungen erforderlich und die Systeme können zwischen Fahrzeugen getauscht werden. Besonders ins Gewicht fällt auch die höhere Qualität der Überwachung durch die Trennung von Erfassung und Auswertung. Die Erfassung erfolgt automatisch und lückenlos, die Auswertung unter optimalen Arbeitsbedingungen, und eine Archivierung ist problemlos möglich. Ohne größere Modifikationen ist der Einsatz dieser Systeme auch für viele weitere Schienensysteme möglich, zum Beispiel in Achterbahnen von Vergnügungsparks oder Bergbahnen. Anforderungen an die Messtechnik Anwendungen dieser Art stellen hohe Anforderungen an das Bildverarbeitungssystem: die Auflösung muss ausreichen, um auch feine Risse und Schäden zu erfassen. Die Bildrate muss mit der Fahrgeschwindigkeit synchronisiert werden und hoch genug sein, um die Schienen lückenlos zu erfassen. Schließlich muss das gesamte System muss so robust ausgelegt sein, dass harte Einsatz- und Klimabedingungen wie Vibrationen, Feuchtigkeit und Temperaturunterschiede nicht zum Problem werden. Zusätzlich ist eine kompakte Bauform erforderlich, um eine ideale Kameraposition trotz beengter Einbausituationen zu gewährleisten. PROMON-Kamerasysteme verrichten seit Jahren zuverlässig ihren Dienst in vielen Industrieanwendungen, beispielsweise bei Gesteinsmühlen der schweizerischen ABB Minerals AG in Wüstengebieten, oder in der Luftfahrtindustrie bei DassaultAviation und Airbus Industries. Ergänzt durch geeignete Schutzgehäuse und Einbauvorrichtungen lassen sich die Systeme individuell an ganz unterschiedliche Fahrzeuge anpassen. Nicht zuletzt aufgrund ihrer Leistungsmerkmale wie Bildraten bis zu 600 Bildern pro Sekunde, Aufzeichnungskapazitäten von über 3 Stunden und speziell entwickelten Bildalgorithmen zur Fehlererkennung bieten Kamerasysteme von AOS hervorragende Voraussetzungen, um diese Aufgaben zu lösen. Bild 3: Gespeicherte Aufnahme eines Schienenabschnitts mit Angaben zu Aufnahmezeitpunkt und Position 7 Bild 2: Versuchsmontage von Kamera und Beleuchtung an einem Triebwagen Polytec ist seit vielen Jahren Vertriebsund Integrationspartner von AOS Technologies für Deutschland und bietet neben den Kamerasystemen umfassende Beratung, Schulung und Systemintegra tion. Kundenspezifische Systeme werden in enger Zusammenarbeit zwischen Kunde, Polytec und AOS definiert und entwickelt. Sprechen Sie uns an! Kontakt · Mehr Info Tel. +49 (0) 7243 604-180 www.polytec.de/high-speed-kameras Bildverarbeitung Breite Auswahl für den richtigen Blick Objektive in der Bildverarbeitung In der Bildverarbeitung spielt die Auswahl des zur Kamera optimal passenden Objektivs eine wichtige Rolle für eine ausgewogene Gesamtlösung. Hier finden Linsensystem Sie ausführliche Informationen zur Unterscheidung der unterschiedlichen Blende Objektivtypen und deren Anwendungsschwerpunkte. Aufbau des Objektivs Das Objektiv (Bild 1) besteht aus mehreren Linsen, die in der Summe die Brennweite bestimmen. Des Weiteren umfasst das Objektiv noch die Blende, einen Kameraanschluss und ein Filtergewinde. Filtergewinde Kameraanschluss Bild 1: Komponenten eines Objektivs 8 Standardobjektive Objektive mit einem Brennweitenbereich von ungefähr 4 – 75 mm werden in die Gruppe der Standardobjektive zusammen gefasst. nWeitwinkelobjektive haben einen Bildwinkel, der höher ist als der Blickwinkel des menschlichen Auges (ca. 60°). Anhaltswerte: • Im Fall eines 1/2“-Sensors beginnt der Weitwinkelbereich bei ca. 6 mm und kleiner. • Für einen 2/3“-Sensor beginnt der Weitwinkelbereich bei ca. 8 mm und kleiner. • Für einen 1“-Sensor beginnt der Weitwinkelbereich bei ca. 12 mm und kleiner. nNormalobjektive weisen als Brennweite die Diagonale des Sensors aus. Der Bildwinkel eines Normalobjektives beträgt daher 53°. In der Praxis spricht man von Normalobjektiven bei einem Bildwinkel von ca. 40 – 50°. nAls Teleobjektiv werden Objektive mit einem Bildwinkel von weniger als 40° bezeichnet. Zoomobjektive Die Begriffe Zoomobjektiv und Vario objektiv sind Bezeichnungen für ein und denselben Objektivtyp. Es handelt sich um Objektive mit verstellbarer Brennweite, wobei beim Verstellen die Schärfe konstant bleibt. Eine Sonderform der Zoomobjektive ist das Variofocalobjektiv, das während des Zoomvorganges die Schärfe nicht beibehält. Bei Zoomobjektiven wird in der Regel die kleinste und größte Brennweite angegeben. Zusätzlich geben einige Hersteller auch die Relation zwischen den beiden Grenzbrennweiten an (z.B. 10-fach Zoom bei 10 – 100 mm Brennweite). Telezentrische Objektive Bei telezentrischen Objektiven (Bild 2) verlaufen die Bildstrahlen parallel zur optischen Achse. Das Objekt wird dadurch unabhängig von der Position zum Objektiv immer mit einem bestimmten Verhältnis zum Original abgebildet und es entsteht bei unterschiedlichen Arbeitsebenen kein Messfehler wie bei Standardobjektiven. Durch den parallelen Strahlengang ist die maximale Größe des Objekts allerdings auf den Durchmesser der Eingangslinse des Objektivs beschränkt. Makroobjektive oder -systeme Objektive, die ein Objekt im Maßstab 1:1 oder vergrößernd auf der Bildebene abbilden, bezeichnet man als Makro objektive (Beispiel in Bild 3). Prinzipiell kann jedes Objektiv durch Verringerung des Arbeitsabstandes mit Hilfe von Zwischenringen oder Nahlinsen als Makroobjektiv Verwendung finden. Durch die Verwendung dieser zusätzlichen Komponenten nehmen allerdings bildfeldabhängige Fehler deutlich zu, beispielsweise die Verzeichnung. Echte Makroobjektive wurden speziell auf geringe Arbeitsabstände hin entwickelt, wodurch die bildfeldabhängigen Fehler auf ein Minimum reduziert werden. Basis für ein solches Makroobjektiv ist ein Grundkörper, der die wesentlichen Eigenschaften wie Festbrennweite oder Zoom, Schärfeeinstellmöglichkeiten, Blende oder Lichteinspiegelung definiert. Ein Adapter bestimmt die Vergrößerung, die jedoch auch durch den Arbeitsabstand beeinflusst wird. Der Arbeitsabstand wird mit Hilfe der dritten Komponente, der Frontlinse, definiert. Bei einigen System objektiven kann dann auch zwischen verschiedenen Kameraanschlüssen ausgewählt werden. Eine Berechnung daraufhin, welche Komponenten die gewünschten Abbildungseigenschaften gewährleisten, ist nicht trivial, jedoch stellen die Hersteller solcher Objektive Tabellen und einfache Berechnungsformeln zur Verfügung. Makroobjektive erreichen bis zu 400-fache Vergrößerungen. Weitere Objektive Es gibt noch eine ganze Anzahl weiterer Objektivtypen, beispielsweise Mikro objektive oder Shiftobjektive, die aber im Bereich der industriellen Bildverarbeitung keine Verwendung finden und auf deren Vorstellung hier verzichtet wird. Kontakt · Mehr Info Tel. +49 7243 604-180 www.polytec.de/objektive Makroobjektive haben in der Regel eine kleinere Blendenöffnung als Standardobjektive, um die prinzipiell größere Schärfenuntiefe bei geringen Arbeitsabständen auszugleichen. Zusätzlich verringert eine kleine Blendenöffnung eventuelle Bildfehler, verursacht aber auch automatisch eine geringere Lichtempfindlichkeit. Kamera Mount Makroobjektivsysteme erlauben dem Anwender, sich aus einem Systembaukasten ein speziell für die jeweilige Anwendung optimiertes Makroobjektiv „zu bauen“. Adapter Standardobjektiv Fehler Fehler Grundkörper Telezentrisches Objektiv Frontlinse Bild 2: Strahlengang eines Standardobjektivs (oben) und eines telezentrischen Objektivs (unten) 9 Bild 3: Makroobjektiv Bildverarbeitung Für bandgeförderte oder zylindrische Prüfgüter Licht im Tunnel Bild 1: Tunnelbeleuchtung mit roten LEDs und Objektivöffnung Objekte mit gekrümmten und reflek tierenden Oberflächen sind im Rahmen von Bildverarbeitungslösungen immer wieder eine große Herausforderung für eine gleichmäßige Beleuchtung. In vielen Fällen wird hier die Dombeleuchtung als ideale Lösung eingesetzt. Tunnelbeleuchtungen oder auch Lichttunnel sind eine Sonderform der Dombeleuchtung, um zylindrische Objekte auszuleuchten, beziehungsweise für die diffuse Beleuchtung von Objekten, die auf Förderbändern transportiert werden. Hierbei hat der Tunnel eine typische längliche Kuppelform. Das Bild rechts zeigt das Konstruktionsprinzip einer Tunnelbeleuchtung mit diffus gestreutem Licht als ideale Ausleuchtung für das dargestellte zylindrische Objekt. Das beste Ergebnis wird erzielt, wenn die Beleuchtung – wie im Fall der Dombeleuchtung auch – so nah wie möglich am Prüfobjekt angebracht wird, damit das diffuse Licht das Objekt auch homogen und nahezu schattenfrei ausleuchten kann. Je weiter die Beleuchtung entfernt ist, desto geringer wird die diffuse Wirkung. Bild 1 zeigt eine typische Tunnelbe leuchtung mit oben liegender Objektivöffnung. Häufig kommt es vor, dass die Objektivöffnung des Tunnels einen unerwünschten „Lichtfleck“ im Kamerabild erzeugt. Um dies zu vermeiden, kann man eine koaxiale Beleuchtung einsetzen, so dass ein gleichmäßig ausgeleuchtetes Bild entsteht. Kontakt · Mehr Info Tel. +49 (0) 7243 604-180 www.polytec.de/latab Tunnelbeleuchtungen von Polytec gibt es in Standardlängen von 119 bis zu 371 mm. Darüber hinaus können die Beleuchtungen in Größe, Objektivöffnung und Lichtfarbe 10 kundenspezifisch angepasst werden. Neben den Standardfarben rot und weiß sind auch die Lichtfarben blau, grün, UV und IR erhältlich. Photonisches Sintern Grundlagen des Sinterns Unter Sintern versteht man eine Methode, pulverförmige Materialien unterhalb deren typischem Schmelzpunkt zu einem Festkörper zu „verbacken“. Photonisches Sintern wird möglich durch die speziellen Eigenschaften von Nanopartikeln, die eine Größe zwischen 1 und 100 Nanometern aufweisen. Typische Materialeigenschaften wie Schmelzpunkt und Lichtabsorption sind normalerweise größenunabhängig. Liegen Materialien aber in Nanopartikelform vor, werden Quanteneffekte wirksam, die diese Eigenschaften verändern, beispielsweise den Schmelzpunkt herabsetzen. Leistungsfähig, flexibel und skalierbar Photonisches Sintern in Forschung und Fertigung Geregelter Luftstrom zur Kühlung Bei den üblichen Sinterverfahren kommen Sinteröfen, Lichtbogenentladungseinrichtungen und Laser zum Einsatz, die die Nano partikel unter Einwirkung von Hitze, Druck und Zeit sintern. Das photonische Sintern hingegen nutzt gepulstes Licht für diesen Zweck. Wenn sich, wie oben geschildert, der Schmelzpunkt und die Lichtabsorptionseigenschaften des Materials ändern, kann Lichtenergie den Sinterprozess bewirken – das „Zusammenbacken“ der Nanopartikel zu massivem Metall. Nach dem erfolgreichen Sinterprozess entsprechen die Eigenschaften denen von „normalem“ Material. Funktionsprinzip von Xenon-Blitzlampen Das photonische Sintern wird durch Einsatz von Xenon-Blitzlampen (großes Bild) ermöglicht. Im Betrieb lädt zunächst ein Hochspannungsnetzteil einen Kondensator auf. Durch eine Triggerschaltung wird an der Lampe ein hohes Potential angelegt, was zur Ionisierung der Gasfüllung führt und einen leitenden Durchgang schafft. Wenn der Stromkreis geschlossen wird, entlädt sich der Kondensator, eine Induktionsspule formt den Puls, der Strom fließt durch die Lampe und erzeugt den Blitz. Sobald der Kondensator entladen ist, endet die Ionisierung und das Gas wird wieder zum Isolator. Die Pulsform kann durch Variation der Anzahl an Kondensatoren und Induktionsspulen verändert werden, die Blitz energie wird über die Spannung geregelt. Eigenschaften und Vorteile Xenon-Blitzlampen sind für photonische Sinterprozesse besonders geeignet. Durch ihr breites Lichtspektrum wird in sehr Kontakt · Mehr Info Tel. +49 (0) 7243 604-174 www.polytec.de/xenon-uv Blitzlampe mit maximaler Pulsenergie Optischer Reflektor für gleichmäßige Ausleuchtung Kühlkörperfassung für verlängerte Lampen-Lebensdauer kurzer Zeit viel Energie übertragen. Im Vergleich zu Dauerlicht kann so erheblich schneller gesintert werden, was eine bessere Anpassung an die Takt zeiten in Prozessketten ermöglicht. Zu den Tinten gehören Kupfer-, Silber-, Zinn-, goldbasierte und Halbleiter-Tinten. Auch die Substrate sind vielfältig: Papier, Kunststofffolie und Metallsubstrate sind üblich. Der Sinterprozess geschieht berührungslos, die Blitzlampen sind relativ klein und lassen sich leicht in Systeme integrieren. Durch den geringen Temperatureintrag können auch empfindliche Substrate wie Papier oder Folie gut verarbeitet werden. Selbst Rolle-zu-Rolle-Anwendungen mit hohen Anforderungen an Prozessgeschwindigkeit, Synchronisation, Verfügbarkeit und konstante Ergebnisqualität sind damit leichter zu realisieren. Das breite Lichtspektrum der Lampen lässt darüber hinaus den Einsatz sehr unterschiedlicher Tinten und Substrate zu, ohne spezielle Bedingungen wie Vakuum oder Schutzgasatmosphäre. Fazit Das photonische Sintern ist eine schnelle, kompakte und preiswerte Alternative zu Ofenlösungen. Es ist flexibel und skalierbar einsetzbar, lässt sich leicht in Prozessketten integrieren und ist mit verschiedenen Tinten auch auf flexiblen und temperaturempfindlichen Träger materialien einsetzbar. 11 Für eine Vielzahl von Anwendungen bietet Polytec eine Reihe von Sintersystemen an, die auf Xenon-Blitzlampen basieren – von der low-cost-Lösung über flexible und leistungsstarke Systeme, passende Lineartische, bis hin zu Rolle-zu-RolleSystemen. Strahlungsmesstechnik/Bildverarbeitung Prinzip und Praxis SWIR-Kameras in der Bildverarbeitung Kurzwellige Infrarotaufnahmen (SWIR) übernehmen neben militärischen Überwachungsfunktionen auch immer mehr Bildverarbeitungsaufgaben in Produktion und Prozesskontrolle. SWIR-Kameras, auch NIR (Nah-Infrarot)-Kameras genannt, können auch solche Objekte und Vorgänge sichtbar machen, die bei der Verwendung von Kameras für sichtbares Licht (VIS-Kameras) oder für thermische Aufnahmen (IR-Kameras) unsichtbar bleiben. Gegenüber den letzteren sind sie kleiner, leichter und erheblich preisgünstiger. Bild 1: Kompakte aufgebaute SWIR-Zeilenkamera Vorteile von SWIR-Kameras SWIR-Kameras (Bild 1) arbeiten ähnlich wie Kameras für sichtbares Licht, nehmen aber Strahlung im nahen Infrarotbereich zwischen 900 und 1700 und neuerdings auch bis 2600 Nanometer Wellenlänge auf. Praktisch alle Objekte reflektieren Strahlung in diesem Wellenlängenbereich, auch bei Sternenlicht. Wenn kein natürliches Licht vorhanden ist, können Objekte für die Aufnahmen durch SWIR-Strahler beleuchtet werden. Ein weiterer großer Vorteil dieser Technologie besteht im Hinblick auf die Objektive darin, dass einfaches Glas 12 transparent für SWIR-Strahlung, aber undurchlässig für IR- oder thermische Strahlung ist. Detektoren in SWIR-Kameras funktionieren genauso wie Silizium-Detektoren für den sichtbaren Bereich (CMOS oder CCD) oder IR-Kameras, basieren aber statt dessen auf Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs), Indiumantimonid (InSb) oder Quecksilber-Cadmium-Tellurid (HgCdTe). Von diesen drei Stoffen bietet nur InGaAs eine gleichförmige Empfindlichkeit über das gesamte SWIR-Band und kommt darüber hinaus ohne Kühlung aus. Die InGaAs-basierten SWIR-Kameras des Polytec-Partners Sensors Unlimited Inc./ Goodrich sind äußerst robust aufgebaut – ohne Blende, Kühlsystem oder andere bewegliche Teile. Durch Verwendung hochwertiger Chips benötigen diese Kameras nur eine TE-Stabilisierung ohne Ventilatorkühlung und sind somit völlig vibrationsfrei. In der Regel sind sie während der gesamten Lebensdauer wartungsfrei. InGaAs-Kameras kommen mit einfachen Glasoptiken aus, anders als thermische Kameras, die deutlich teurere Silizium- oder GermaniumObjektive benötigen. Sie sind einfach in der Anwendung und somit ähnlich den Silizium-basierten CCD- oder CMOSKameras. Die nachfolgend beschriebenen typischen Anwendungen illustrieren die Vielseitigkeit dieser Technologie. Anwendungen in der Pharmazie In der pharmazeutischen Produktion lässt sich der Flüssigkeits-Füllstand in undurch sichtigen Behältern und Leitungen mit SWIR-basierten Bildverarbeitungssystemen überwachen. Hyperspektrale Spektroskopie systeme liefern in Echtzeit sogar chemische Analysen der Produkte, die auf Bändern oder durch Röhren bewegt werden. Einsatz beim Kunststoff-Recycling Auch beim Recycling von Kunststoff (Bild 3) kommt die SWIR-basierte Spektroskopie zum Einsatz. Preisgünstige Zeilenkameras mit Auflösungen von 1024 oder 512 Pixeln und Wellenlängen empfindlichkeiten von 900 bis 2600 Nano metern werden auf Spektrografen montiert eingesetzt. Sie identifizieren den Polymertyp von Plastikmüll auf dem Sortierband und ermöglichen so eine Trennung nach unterschiedlichen Kunststoffarten. Landwirtschaft, Textilien und Forstprodukte Feuchtigkeit ist ein Schlüsselindikator der Prozess- und Qualitätskontrolle in Landwirtschaft, Textilproduktion und Forstwirtschaft. Weil Wasser SWIR-Strah- Bild 2: Waferproduktion Bild 3: Kunststoffrecycling lung absorbiert, kann eine Messung auf Vorkommen oder Fehlen von Wasser hilfreich für die Beurteilung der Ernte qualität, -reife oder Trockenheit des Ernteguts sein (Bild 4). Diese Methode kann auch Mängel wie Druckstellen unter der Schale von Früchten erkennen, die für das Auge unsichtbar sind. Der Feuchtigkeitsgehalt ist weiterhin ein Indikator, um anzuzeigen, wann gefärbte Stoffe trocken genug für den nächsten Verarbei tungsschritt sind und ob der Färbegrad für definierte Flächen korrekt ist. Bei der Produktion von Faserplatten messen online-SWIR-Systeme die Feuchtigkeit von Spänen. Die Ergebnisse werden genutzt, um nachfolgende Erwärmungsund Trocknungsschritte zu regulieren. InGaAs-Kameras im Vergleich zu Alternativen InGaAs-SWIR-Kameras bieten eine Kombination aus Vorteilen, die thermische und VIS-Kameras nicht bieten. In staubigen und sandigen industriellen Umgebungen werden zum Beispiel die Kameraobjektive nach und nach beschädigt und müssen regelmäßig ersetzt werden. Hier ist es wesentlich ökonomischer, Objektive aus Glas statt aus Germanium oder Saphir einzusetzen. Genau wie VIS-CCD- und CMOS-Detektoren reagieren SWIR-Geräte auf reflektiertes Licht und ermöglichen damit die Gewinnung hochauflösender Bilder. Dagegen haben IR-Kameras, die nur auf Wärmestrahlung oder thermische Unterschiede reagieren, eine deutlich geringere Auflösung. InGaAs-Kameras lassen sich genauso einfach bedienen wie CCD- oder CMOS-Kameras, und da sie ohne mechanischen Verschluss sowie aufwendige Kühlsysteme auskommen, sind sie auch gegenüber Vibrationen relativ unempfindlich. Untersuchung von Silizium-Wafern InGaAs-Kameras enthalten Detektoren aus unterschiedlichen InGaAs-Legierungen. Die Standard-Zusammensetzung In53Ga47As ist in der Herstellung die einfachste und günstigste, und sie liefert das beste Signal/Rausch-Verhältnis. Die Fähigkeit, durch Silizium hindurchsehen zu können, ergibt den entscheidenden Vorteil bei der Halbleiterproduktion (Bild 2). Speziell InGaAs-Zeilenkameras werden dabei zur Defekterkennung im Rahmen der Qualitätssicherung vermehrt eingesetzt. Fortschritt: größere Arrays, kleinere Gehäuse SWIR-Kameras haben in jüngerer Ver gangenheit mit den größten Fortschritt bei den bildgebenden Verfahren erzielt. Linien-Arrays bis zu 1024 Pixeln in einem 25 Mikrometer-Abstand gewährleisten hohe Auflösungen bei einem größeren Aufnahmefeld als bisher. Diese modernen Hightech-Kameras können von Polytec zwischenzeitlich in extrem kleinen Gehäusewürfelchen von 7,6 x 7,4 x 6,1 cm geliefert werden, was die Einbindung in Prozessüberwachungsmaschinen deutlich erleichtert. Bild 4: Maiskolben mit unterschiedlichem Feuchtegehalt in Normalansicht (links) und im SWIR-Bereich (rechts). Helle Partien sind eher trocken, dunkle eher feucht 13 Kontakt · Mehr Info Tel. +49 (0) 7243 604-154 www.polytec.de/ingaas-kameras Hyperspectral Imaging Großes Potential für die Landwirtschaft Multispektralsensoren Bild 2: Spektralanalysen können aus der Luft oder von stationären Sensoren aus erfolgen – frei schwenkbar oder mit fester Blickrichtung Bild 1: Unbemannte Flugzeuge, sogenannte UAVs (unmanned aerial vehicles), werden heute bereits für die Agrarerkundung eingesetzt Optical Farming und Agri-Photonics – neue Begriffe, die eine spannende Entwicklung umschreiben, die derzeit in der indus triellen Landwirtschaft Einzug hält. Bildgebende und zugleich spektroskopische Technologien wie Hyperspectral Imaging, Floureszenzspektroskopie oder LIDAR werden in Feldversuchen und zunehmend auch in der regulären landwirtschaftlichen Produktion eingesetzt. Bei diesen Verfahren werden Bilder aufgenommen, die den sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums – also den der klassischen Fotografie – mit benachbarten Wellenlängenbereichen des optischen Spektrums kombinieren, vom Ultravioletten bis ins Infrarote. Die Aufnahmen entstehen in der Regel flächendeckend vom Flugzeug aus (Bild 1), in Ausnahmen aber auch von bodengestützten Beobachtungspunkten (Bild 2). Dabei werden landwirtschaftliche Nutzflächen, Waldregionen, Gewässer oder andere Gebiete erfasst (Bild 3). Die Einsatzmöglichkeiten sind dabei sehr vielfältig: Von der Bestimmung des Proteingehalts in Weizen über den Reifegrad von Trauben bis zur Wasser qualität in Fischgewässern oder der Schad stoffbestimmung in Gemüse reicht das Spektrum. Auch Oberflächenfeuchtigkeit, Verdunstung und Sickerwege von Wasser durch den Boden lassen sich ermitteln. Neben Ertragsvoraussagen, Ernteterminen, Qualitätsbestimmungen und Schadstoffbelastungen lassen sich auch Vorhersagen über Dürreschäden und Gegenmaßnahmen für Ernteverluste treffen. Den so genannten Hyperspectral ImagingSensoren kommt in diesem Zusammenhang besonders große Bedeutung zu. Als ideales Instrument für den luftgestützten Einsatz hat sich das Micro-HyperspecTM des US-amerikanischen Polytec-Partners Headwall Photonics erwiesen. Dies ist ein sehr kleiner, leichter und robuster Sensor, der für raue Einsatzbedingungen in der Luft- und Raumfahrt entwickelt wurde. Bild 3: Baumkronen (links) werden auf Basis spektraler Indizes automatisch analysiert (Mitte links und rechts) und in einer interpolierten Karte (rechts) dargestellt. Diese wird nach der Konzentration photosynthetischer Pigmente und der Baumkronendichte ermittelt Bisher ist der Sensor in zwei Versionen verfügbar, für den VNIRBereich von 400 – 1000 Nanometern und den NIR-Bereich von 900 – 1700 Nanometern. Das Gerät zeichnet sich durch ein telezentrisches, rein reflektives f/2-Design und weitgehende Vermeidung von Aberrationen aus. Hieraus ergeben sich heraus ragende Eigenschaften wie hohe Lichtstärke und Abbildungsgenauigkeit, minimales Streulicht und ein sehr hohes SignalRausch-Verhältnis. Die Micro-HyperspecTM-Sensoren geben dem engagierten Forscher, Agraringenieur oder Landwirt ein Instrument in die Hand, mit dem er die spektrale Signatur jedes Objekts innerhalb des Beobachtungsfeldes bestimmen kann. Nachfolgend können die Ergebnisse mit bekannten Referenz signaturen aus eigenen, anwendungsspezi fischen Bibliotheken verglichen, die Szene nach charakteristischen spektralen Markern oder Strukturen gescannt und die Auswertungsergebnisse in FalschfarbenBildern anschaulich dargestellt werden. Kontakt · Mehr Info Tel. +49 (0)30 6392-5140 www.polytec.de/hsi 14 Spektroskopie Typische Einsatzbereiche in Industrie, Pharma, Umwelt Anwendungen mobiler Spektroskopie Portable FTIR-, Raman- und UV/VIS/NIR-Spektrometer von Polytec bedienen hohe Ansprüche an Mobilität und Flexibilität bei der spektralen Analytik sowohl in der industriellen Rohstoffgewinnung, Entwicklung und Produktionskontrolle als auch für vielseitige Aufgaben in Wissenschaft und Forschung. Raman-Spektrometer Industrielle Analysen – Analyse von Pharmaka in Tabletten-, flüssiger oder Gel-Form – Endpunktbestimmung bei der Kristallisation – Rohmaterialanalyse – Qualitätskontrolle bei Warenein- und -ausgang – Echtzeit-Polymerisationsüberwachung FTIR-Spektrometer mit Probenträger n Flüssigkeitsanalyse n n Qualitätskontrolle flüssiger Rohmaterialien nBestimmung von – Wasseranteilen in Öl – Benzinanteilen in Diesel – Biodieselanteilen in Diesel n Additivabbau in Turbinenöl n Herkunftsbestimmung Medizinische Diagnostik – Erkennung von biomolekularen Veränderungen (Gewebeheilung) – Krebserkennung auf molekularem Niveau n von Pharma-Tabletten Handheld-FTIR-Spektrometer n Erkennung von Verunreinigungen auf Metalloberflächen Lebensmittelanalyse – Messung ungesättigter Fettsäuren in Speiseölen – Inhaltsanalysen (Stärkegehalt bei Weizenkörnern) n Thermische n Analyse n von Schadstoffbelastungen (Wasserbelastung mittels Surface Enhanced Raman Spectroscopy SERS) Beschädigungen von Composite-Materialien n Bestimmung von Gesteins- und Mineralzusammensetzungen n n Analyse von Drogen (Identifikation, Reinheit, Qualität) Analyse metallischer Beschichtungen n Dickenmessung von Epoxy-Primer n auf Aluminium von Edelsteinen und Mineralien n Analyse von Textilien, Farben und Kunststoffen n Dehnungs- oder Biegungsmessungen (Halbleitermaterialien) n UV-VIS-NIR/ SWIR-Spektrometer n Vermessung von Lichtquellen aller Art, auch Solarstrahlung n Wellenlängenbestimmung, z.B. bei Lasern, LEDs etc. n Spektrale n Transmissions- und Reflexionsmessungen Bildschirmvermessungen n Farbmessungen (Farbkoordinaten, Farbtemperatur, Farbwiedergabeindex CRI) n Detaillierte Analyse von Sprengstoffen n Identifikation Materialidentifikation Kontakt · Mehr Info Tel. +49 (0)7243 604-173 www.polytec.de/spektrometer 15 Raman-Mikroskopie Spektroskopie Bei der Analyse von Kunstobjekten und in der Altertumsforschung wird die FTIR-Spektroskopie schon seit Jahren erfolgreich eingesetzt. Anwendungen finden sich bei der Untersuchung von Stoffen und Textilien, in der Restauration von Gebäuden oder in der Echtheits prüfung von Gemälden, Papieren, Wandteppichen, Keramiken und vielem mehr. Mobile FTIR-Spektroskopie Neue Möglichkeiten in der Analyse für Kunst und Archäologie Eine leistungsfähige Methode jetzt auch mobil einsetzbar Die Gründe für die zunehmende Beliebtheit der FTIR-Spektroskopie in Kunst und Archäologie liegen in der Empfindlichkeit und der Genauigkeit dieser Technologie. Bild 1: Das Wandgemälde “Dr. J” in Philadelphia, USA. Um das Werk und viele andere in der Stadt zu schützen, erforschen Konservatoren die Wirksamkeit verschiedener Beschichtungen mit UVStabilisatoren und anderen Additiven (Bildrechte: The City of Philadelphia Mural Arts Project and Amanda NorbutusUniversity of Deleware Preservation Studies Doctoral Program) Bisher mussten die Proben zur Untersuchung ins Labor gebracht werden. Da das nicht immer ohne Probenentnahme und damit Beschädigung des Objekts möglich ist, ist dies ein absolutes Aus schlusskriterium, wenn man beispiels weise an archäologische Artefakte, Gebäudekunst wie Wandmalereien (Bild 1) und Mosaike oder an wertvolle antike Skulpturen denkt. Der Vorteil der FTIR-Technologie kommt daher erst durch zerstörungsfreie, mobile Systeme, beispielsweise die Exoscan Spek trometer-Serie von Polytec (Titelbild), voll zur Geltung. Die Analyse erfolgt damit direkt vor Ort und mit mobilen Hand geräten auch an schwer zugänglichen Stellen, zum Beispiel in Höhlen. 16 Die beiden nachfolgend beschriebenen interessanten Anwendungen verdeutlichen das breite Einsatzspektrum mobiler FTIRSpektrometer. Untersuchung von bemaltem Holz Ein Beispiel für Untersuchungen an histo rischen Gebäuden ist der Chaotian Tempel in Beigang, Taiwan. Hier wurden bei einer Analyse des bemalten Holz-Portals (Bild 2) im Infrarot-Spektrum wechselnde Mengen an Oxalaten, Kalzium-Karbonaten und Zellulose gefunden. Dies weist auf Befall durch Pilze und Algen hin, die sich von der alten Farbe ernähren und Säuren ausscheiden, die wiederum die Farben angreifen. Durch die Untersuchung der kompletten Türen konnten sowohl befallene Stellen identifiziert als auch die Zusammensetzung der alten Farben ermittelt werden. Und dies ohne Probenentnahme und vollflächig für das ganze Portal. Brenntemperatur von Keramiken Bei einer archäologischen Untersuchung alter Töpferwaren, die auf den britischen Orkney-Inseln gefunden wurden, wollten Forscher herausfinden, ob und bei welcher Temperatur die Tonwaren gebrannt wurden. Dazu wurde Ton aus derselben Region bei verschiedenen Temperaturen zwischen 200 °C und 800 °C gebrannt und die Spektren der Proben mit den Funden verglichen. Deutliche Unterschiede gebundener und freier OH-Gruppen machten deutlich, dass die Artefakte bei ca. 500 °C gebrannt wurden, und ließen sogar Rückschlüsse auf die Art des Feuers und des Brennstoffs zu. Bild 1: Glacier™X Spektrometer (links) und Glacier™T RamanSpektrometer Verschiebung der Grenzen bei Spektrometeranwendungen Leistungsstarke Minispektrometer Herausragende Merkmale von Spektrometermodulen sind entweder ihre kompakte Bauart, wenn als Detektoren ungekühlte CCDs eingesetzt werden, oder ihre hohe Leistungsstärke, wenn sie mit thermoelektrischer Kühlung ausgestattet sind. Bei schwachen Signalen und den damit erforderlichen längeren Mess zeiten werden spektrometrische Messungen durch zunehmenden Dunkel strom eingeschränkt, der das Signal durch erhebliche Rauschanteile beeinträchtigt. Eine thermoelektrische Kühlung des Spektrometers verringert den Dunkelstrom bei hoher Temperaturstabilität maßgeblich. Dies er- möglicht die Erfassung von schwachen Signalen durch ein, verglichen mit ungekühlten Geräten, überlegenes Signal-Rausch-Verhältnis. Für Anwendungen, die sowohl eine kompakte Bauform als auch hohe Leistungsfähigkeit erfordern, mussten bislang bei der Produktwahl Abstriche gemacht werden. Das GlacierTM Minispektrometer des USamerikanischen Herstellers B&WTek (Bild 1) vereint mit seinen kompakten Maßen und einer thermoelektrischen Kühlung (Bild 2) beide Anforderungen und empfiehlt sich somit für Anwendungen, die bisher nicht oder nur eingeschränkt realisierbar waren. Diese Anwendungen liegen in der UV-, VIS- und NIR-Spektroskopie, -Spektroradiometrie und -Spektralphotometrie sowie in der Langzeit-Prozessüberwachung. Die Fluoreszenz- und Raman-Spektroskopie gilt wegen der niedrigen Signalstärken ebenfalls als ideales Anwendungsfeld. Darüber hinaus sind OEM-Anwendungen, bei denen maximale Leistungsfähigkeit bei geringstmöglichem Platzbedarf gefordert sind, ideale Einsatzgebiete für dieses kostengünstige Minispektrometer. Bild 2: Untersuchung der Bemalung am Portal des Chaotian Tempels in Beigang Kontakt · Mehr Info Tel. +49 (0)7243 604-173 www.polytec.de/ftir-spektrometer Die Maße des Spektrometers liegen mit 127 x 91 x 39 Millimetern in einer Größenordnung, die bisher nur ungekühlten Geräten vorbehalten war. Es ist sowohl in Standardversionen als auch in einer Spezialversion für RamanAnwendungen verfügbar und kann für verschiedene Spektralbereiche, beginnend bei 200 bis hin zu 1050 Nano metern, konfiguriert werden. Kontakt · Mehr Info Tel. +49 (0)7243 604-154 www.polytec.de/mini-spektrometer 17 Bild 2: Dunkelstromvergleich beim Glacier™ Spektrometer modul über 30 Sekunden: Ungekühlte CCD-Sensoren (Raumtemperatur, oben) gegenüber gekühlten (bei 14 °C, unten) Spektroskopie Innovativ, zuverlässig, schnell Edelsteinanalyse mit Raman-Spektroskopie Raman-Spektrometer in der Gemmologie Als ein sehr nützliches Instrument wurde vor etwa 25 Jahren die Raman-Spektroskopie in der Gemmologie, der Edelsteinkunde, eingeführt. Bislang wandte man zu diesem Zweck die Raman-Spektroskopie mit einem Mikroskop bei konfokaler Strahlführung an. Bei 50-facher Vergrößerung können kleine Bereiche eines Wirtkristalls oder dessen Einschlüsse an und unter der Oberfläche analysiert werden. Man identifiziert also in der Regel entweder den Edelstein selbst, eingeschlossene Gastminerale oder auch organische Substanzen, die als Füllungen in Risse eingedrungen oder eingebracht worden sind. Die dazu verwendeten Raman-Systeme sind recht teuer und müssen fest auf einem erschütterungsfreien Labortisch installiert sein. Das GemRam-System (Bild 2) ist ein hochmodernes, transportables und insbesondere preisgünstiges RamanSpektrometer. Es ist mit einem sehr langlebigen roten Diodenlaser mit einer Wellenlänge von 785 Nanometern ausgerüstet. Der Messkopf ist durch einen Glasfaser-Lichtleiter mit dem Gerät verbunden. Dies erlaubt ein unproblema tisches Messen an Probenoberflächen, die räumlich beliebig orientiert sein können. Im Regelfall wird der Mess aufbau durch einen xyz-Probentisch ergänzt, der das Objekt gezielt an den Messkopf heranfährt. Transportabel und preisgünstig Einen enormen Verbesserungsschritt bedeutet daher die Einführung eines neuen Messsystems, das gemeinsam von dem international renommierten Edelsteinexperten Prof. Dr. H.A. Hänni aus der Schweiz, dem US-amerikanischen Hersteller von Spektrometersystemen B&WTek und Polytec entwickelt wurde. Bild 1: Messergebnis und Bibliotheksvergleich bei einem Grossular 18 Umfassende Spektrenbibliothek Bei der Messung werden die Daten an einen Laptop übermittelt, der die Signale verarbeitet und als Spektrum darstellt. Die gemessenen Spektren in einem Mess bereich von 175 bis 2700 cm-1 können automatisch mit den Daten einer Referenzbibliothek verglichen werden (Bild 1). Diese umfassen de Spektrenbibliothek bildet das Herz des Systems und enthält ca. 400 Vergleichsspektren von Edelsteinen, die von Prof. Dr. Hänni erstellt wurden. Die Referenzspektren beschreiben das zugrunde liegende Referenzmaterial und zeigen auch ein Farbbild des Edelsteins, der dabei gemessen wurde. Durch einen Identifikations- und Verifikationsmodus vereinfacht das Gerät die Bestimmung von Edelsteinen erheblich und spart damit Zeit und Ressourcen. Vielfältig und schnell Die Spektrensammlung enthält gängige, aber auch seltene Mineralien von Amblygonit bis Zoisit. Aufgrund des fokussierten Laserstrahls kann das GemRam-System auch sehr kleine Proben messen. Dabei können nicht nur geschliffene Steine, sondern Die Bestimmung und Analyse von Edelsteinen verlangt ein hohes Maß an Fachwissen und Erfahrung. Benötigt werden die Untersuchungs ergebnisse für die Bestimmung der Art, der Echtheit, der Qualität, der Herkunft und des Werts der begehrten Objekte. Die Anwendungsbereiche sind dabei recht vielfältig. So werden Edelsteine in gemmologischen Labors, in histo rischen oder naturgeschichtlichen Museen, in Büros von Edelstein händlern, aber auch in Auktions- häusern analysiert. auch unebene Oberflächen, wie bei Rohsteinen oder Kristallen, und darüber hinaus auch gefasste Steine analysiert werden. Die Identifikation läuft in kürzester Zeit ab, wobei stark Raman-aktive Materialien in wenigen Sekunden identifiziert werden. Autor Prof. Dr. H.A. Hänni, FGA, ehem. Leiter des Schweizerischen Gemmologischen Instituts SSEF in Basel Kontakt · Mehr Info Tel. +49 (0)7243 604-173 [email protected] www.polytec.de/raman-spektrometer Weniger Ramanaktive Proben werden in etwa einer Minute analysiert. Eine benutzerfreundliche Software zeigt das gemessene Spektrum, wahlweise allein oder mit dem passenden Referenzspektrum aus der Bibliothek. Die Resultate können in einem Messprotokoll verwaltet und ausgedruckt werden. Ähnliche Referenzspektren werden ebenfalls in der Reihenfolge eines Übereinstimmungsindexes aufgelistet. 19 Bild 2: GemRamSystem Halbleiter-Messtechnik Dickenmessung von transparenten Schichten auf Leiterplatten Spektroskopisches Reflektometer Das spektroskopische Reflektometer ST2080-OSP Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten), ist also geeignet für die Verwendung mit bleifreien Loten. Typische Schichtdicken der OSP-Beschichtung liegen in der Größenordnung von 0,1 bis 0,5 Mikrometern. Eine optische Messung dieser Schichten mit konventionellen Reflektometern ist wegen der Oberflächenrauheit der KupferLeiterbahnen oft ungenau. Die Alternativen – herkömmliche Reflektometer, ionenstrahl basierte Instrumente oder Analyse mittels sequentieller elektrochemischer Reduktion – sind entweder ungeeignet, teuer oder sehr aufwändig in der Anwendung. In der Qualitätskontrolle ist die berührungslose und zerstörungsfreie Messung transparenter Schichten seit Jahren ein wichtiges Thema. Schichtdicken-Messsysteme finden Anwendung in der Halbleiterforschung und -industrie, im Bereich der Display-Produktion oder bei der Messung von Lackschichten unterschiedlicher Art und Zusammensetzung. Kontakt · Mehr Info Tel. +49 (0)7243 604-174 [email protected] www.polytec.de/ST2080 Transparente Beschichtungen und ihre Messung Bei der Produktion von Leiterplatten in mittleren und großen Stückzahlen kommt häufig sogenanntes OSP (Organic Surface Protection) als Oberflächenversiegelung zum Einsatz. Diese transparente Beschich tung haftet auf der Kupferschicht der Leiterbahnen und schützt diese einige Monate vor Oxidation. Die Kupferschicht bleibt somit lötfähig. OSP ist preiswert und erfüllt die Anforderungen der europäischen RoHS-Direktiven (Richtlinie zur Verwendung bestimmter gefährlicher 20 Neues, maßgeschneidertes spektro skopisches Reflektometer Aus diesem Grund hat K-MAC, der koreanische Partner von Polytec für die Messung von Schichtdicken, seine spektroskopischen Reflektometer ergänzt um ein weiteres System, das auf die Messung der Schichtdicke und Morphologie von OSP-Beschichtungen spezialisiert ist. Das ST2080-OSP misst viele Mess-Spots simultan und liefert als Ergebnis die durchschnittliche Schichtdicke sowie ein detailliertes 3D-Oberflächenprofil des jeweiligen, 135 Nanometer großen Messpunktes. Die Messung kann unmittelbar ohne Probenvorbereitung durchgeführt werden. Darüber hinaus ist das neu entwickelte System sehr einfach in der Anwendung und eignet sich deshalb besonders, um auch in produktionsnahen Umgebungen die OSP-Beschichtung zu überwachen. Faseroptische Sensorik Faser-Bragg-Sensoren in der Praxis In Windkraftanlagen werden faseroptische Sensoren nicht nur zur Überwachung, sondern auch zur Steuerung eingesetzt, z.B. zur Rotorblattverstellung aufgrund von Belastungsmessungen der Blätter Faser-Bragg-Gitter (im folgenden FBGs genannt) sind in vielen Anwendungen FBG-Technik Bei der Faser-Bragg-Technik werden durch UV-Bestrahlung diskrete, optische Reflektoren in eine Glasfaser eingeschrie ben, deren Wellenlänge auf Temperaturund Dehnungsänderungen reagiert. Diese punktförmigen Sensoren können in großer Anzahl entlang einer Faserstrecke positioniert werden, wobei jeder Einzelsensor eine charakteristische Basiswellenlänge erhält. Ein spezielles Auslesesystem tastet alle Sensoren optisch ab und berechnet aus der Wellen längenverschiebung Temperaturund Dehnungsänderungen mit einer Genauigkeit von 0.1 °C bzw. 1 µstrain. eine gute Wahl zur Messung mechanischer Größen oder Temperaturen. Insbesondere bei speziellen Umgebungsbedingungen oder bei einer großen Anzahl von Sensoren spielen FBGs ihre Vorteile aus. Vorteile faseroptischer Sensoren Die FBG-Technik ist im Kern ein rein optisches Messverfahren, bei dem das Licht die Glasfaser nie verlässt (siehe Kasten). Hieraus resultieren besondere Vorteile wie elektromagnetische Immunität, gute chemische Beständigkeit, geringe Dimen sionen und Gewichte, große Reichweiten und Multiplex-Fähigkeiten, also Eigenschaften, die elektrische Sensoren nicht oder nur eingeschränkt besitzen. FBGs sind also nicht Ersatz für ihre elektrischen Pendants, sondern häufig die einzige Lösung für spezielle messtechnische Aufgabenstellungen. 21 Praktisches Arbeiten mit FBGs Allerdings ist das Arbeiten mit „nackten“, also nicht für den beabsichtigten Anwendungszweck konfektionierten, FBGs für den Endanwender oft nicht praktikabel. Einige der wichtigsten anwendungs spezifischen Anpassungen betreffen die Fixierung des Sensors am Messobjekt, den mechanischen Schutz der Glasfaser im Sensorbereich und in den Zuleitungen, die Kompensation von Querempfindlichkeiten (beispielsweise zur Unterscheidung von Dehnung und Temperatur) sowie Lösungen zur Erfassung nicht direkt messbarer Größen. >>> bitte umblättern Faseroptische Sensorik Bild 1: Sensoren zum Kleben, Verschweißen, Verschrauben und Vergießen Bild 2: Versuchsanordnung von Dehnungssensoren an Eisenbahnschienen Bild 3: Faseroptischer Temperatursensor an einer Hochspannungsleitung Kontakt · Mehr Info Tel. +49 (0)7243 604-174 www.polytec.de/fo-sensorik Polytec bietet deshalb eine umfassende Palette fertig konfektionierter FBG-Sensoren an, die die genannten Anforderungen für eine Vielzahl von Anwendungen erfüllen. Die Messgrößen, die derzeit erfasst werden können, sind Temperatur, Dehnung, Beschleunigung und Neigung. Alle Sensortypen lassen sich sowohl einzeln als auch in einer Messkette betreiben, wobei sich Sensoren für unterschiedliche Parameter auch gemischt nutzen lassen. Die einzelnen Sensoren werden durch ihre charakteristische Wellenlänge auf jedem Messkanal voneinander unterschieden. So entstehen auf einfache Weise komplette Sensornetzwerke, die mehrere Messgrößen gleichzeitig erfassen. Dehnungssensoren (Bild 1) Für Dehnungsmessungen im Labor ist ein Polyimid-basiertes Patch verfügbar, das von seinem Handling einem klassischen elektrischen Dehnungsmessstreifen (DMS) entspricht. Das heißt, nach der Ober flächenbehandlung des Messobjekts wird das Patch auf den Messpunkt geklebt und überträgt so die Dehnungen des Messobjekts auf den eingebetteten FGBSensor. Für raue Umgebungsbedingungen, insbesondere im Außenbereich, ist zusätzlich eine Karbonfaser-verstärkte Variante erhältlich. Die Bilder 2 bis 5 zeigen einige interessante Außenanwendungen. Für Einsätze, bei denen Kleben nicht mög lich ist, stehen Sensoren zum Aufschrauben zur Verfügung, die aufgrund ihrer ausgedehnten Länge (10 oder 100 cm) integral arbeiten. Für den Dauereinsatz beispielsweise in Betonbauteilen gibt es zudem vergussfähige Ausführungen (Bild 5), die direkt bei der Herstellung in das Bauteil integriert werden können. Um die prinzipiell in FBGs vorhandene Querempfindlichkeit zwischen Temperatur und Dehnung zu unterdrücken, kann man die Temperatur mit einem separaten Temperatursensor in der Nähe des Mess- ortes erfassen, so dass der unbeabsichtigt gemessene Temperatureffekt heraus gerechnet werden kann. Eine elegante Alternative besteht in der Verwendung von athermischen FBGs, bei denen der Temperatureffekt durch den inneren Aufbau des Gesamtsensors kompensiert ist. Für den Anwender agiert dieser Sensor als reiner Dehnungssensor. Der Messbereich der Dehnungssensoren liegt zwischen 0 und 4000 µm/m bei einer Auflösung von 1 µm/m. Temperaturmessung Durch ein geeignetes Gehäusedesign kann ein FBG auch als reiner Temperatursensor konfiguriert werden, zum Beispiel durch stressfreie Lagerung im Inneren eines kompakten Gehäuses. Um die thermische und mechanische Anbindung an das Messobjekt möglichst einfach zu halten, sind eine Reihe unterschiedlicher Gehäuseformen entwickelt worden. Neben dem Universalgehäuse kann ein schweißbares oder ein vergussfähiges Gehäuse genutzt werden. Der Temperaturbereich reicht von –20 °C bis +80 °C für Standard sensoren und bis +150 °C für Hoch temperatursensoren. Beschleunigungs- und Neigungsmessung Wenn andere als die bisher betrachteten mechanischen Größen mit einem FBG erfasst werden sollen, muss die Messgröße auf eine Dehnung beziehungsweise Stauchung der Faser zurückgeführt werden. Dies geschieht durch einen mechanischen Überträger, so dass man über einen entsprechenden Eichfaktor aus der Wellenlängen-Änderung des Bragg-Gitters die Messgröße erhält. Polytec hat beispielsweise einachsige Beschleunigungsauf nehmer im Programm, die Beschleunigungen bis ±40 G erfassen. Durch die Verkettung von drei Sensoren können auf diese Weise auch Messwerte in allen drei Raumrichtungen aufgenommen werden. Des weiteren sind Neigungssensoren erhältlich, die Neigungen bis zu 10 Grad mit einer Genauigkeit von 0,01 Grad nachweisen. Diese hohe Sensibilität macht den Sensor auch für Sicherheitsanwendungen interessant. Bild 5: Vergussfähiges Dehnungssensor vor dem Betonverguss in einer Brücke Bild 4: Installation eines Dehnungssensors an der Oberfläche eines tragenden Brückenteils 22 Laser Femtosekundenlaser in der Praxis Ultrakurze Laserpulse eröffnen neue Methoden in Materialbearbeitung und Medizintechnik Die stetige Weiterentwicklung von Ultra-Kurzpuls-Lasern ermöglicht eine immer größere Breite an Anwendungen in unterschiedlichsten Bereichen wie zum Beispiel der Mikromaterialbearbeitung, der Medizintechnik, der nichtlinearen Optik oder der Charakterisierung neuer Materialien. Faserbasierte Laser nehmen dabei mit ihrer kompakten Bauweise eine besondere Stellung ein. Sie erreichen zwar nicht die kürzesten Pulsdauern, erlauben aber einen äußerst zuverlässigen Dauerbetrieb mit sehr stabilen Lichtpulsen im Bereich von 100 bis 600 Femtosekunden. Ein bedeutender Vorteil besteht darin, dass langwierige Justagen oder sonstiges Eingreifen durch den Anwender – wie man es beispielsweise von Ti:Sa-Lasern kennt – nicht erforderlich ist. Mit der neusten Generation des CazaderoLasersystems ist es nun möglich, Femtosekunden-Pulse mit Pulsenergien bis zu 20 Mikrojoule hochstabil zu erzeugen. Repetitionsraten bis in den Megahertz bereich und mittlere Ausgangsleistungen von bis zu 4 Watt sind dabei erreichbar. Der Cazadero-Laser ist aufgrund seiner hohen Zuverlässigkeit und des wartungsfreien Betriebs eine perfekte Quelle für eine Vielzahl von Anwendungen im mittleren Leistungsbereich. So ist etwa die FemtoLasik im Bereich der Augenheilkunde eine Anwendung, in der die Stärken des Systems voll zum Tragen kommen. Femto-Lasik – Augenkorrektur ohne Messer In der Materialbearbeitung unter scheiden sich Femtosekunden-Laser fundamental von anderen Puls- oder CW-Lasern. Bei Pulsdauern im Femto sekunden-Bereich erfolgt der Material abtrag nämlich nur in den unmittelbar getroffenen Bereichen sehr hoher Licht intensität. Thermische Prozesse, die sich bei längeren Pulsdauern auf die Nach barregionen ausdehnen und Material abtragen könnten, finden nicht statt. >>> bitte umblättern 23 Bild 1: Der Femtosekundenlaser erzeugt durch fokussierte und extrem kurze Einwir kung Blasen in einer vorbestimmten Hornhaut tiefe. Diese bewirken eine Art Perforation, um den Flap als dünne Schicht abtrennen zu können Bildwiedergabe mit freundlicher Genehmigung von Technolas Perfect Vision GmbH Laser Infolge dessen lassen sich mit einem Femtosekundenlaser die Bereiche der Materialabtragung viel genauer definieren und somit sehr präzise Schnitte durchführen. Aufgrund der sehr hohen Spitzenintensitäten kann darüber hinaus über nichtlineare Wechselwirkungen auch transparentes Material bearbeitet werden. Durch geeignete Fokussierung lässt sich dies nicht nur an der Oberfläche, sondern auch in der Tiefe des Materials erreichen. Bei der konventionellen laserbasierten Augenoperation (Lasik) wird eine dünne Schicht der Hornhautoberfläche (ca. 0,10 bis 0,16 Millimeter, was in etwa der Stärke zweier Haare entspricht) mit einem Hornhauthobel eingeschnitten und weggeklappt. Der Hobel besteht meist aus einem Saugring zur Positio nierung auf der Augenoberfläche und einem beweglichen Schneidekopf mit oszillierender Klinge. Femtosekunden-Laser sind damit ideal für Anwendungen in der Augenheilkunde zur Bearbeitung des Hornhautmaterials. Beispielsweise hat sich in den letzen Jahren die Femto-Lasik, eine Weiter entwicklung der herkömmlichen Lasik, als vollständig lasergestütztes Opera tionsverfahren zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten etabliert. Daraufhin wird mit einem Laser Hornhaut in dem Maße abgetragen, dass die Fehlsichtigkeit des Auges korrigiert wird, und danach die Hornhautlamelle (Flap) mit ca. 9 Millimeter Durchmesser zurückgeklappt. Bei der Femto-Lasik wird der Hornhauthobel durch einen Femtosekunden-Laser ersetzt, der die Hornhaut mit winzigen Blasen in vorgegebener Tiefe perforiert. Entlang dieser Perforation wird die Hornhaut dann getrennt (Bild 1, S. 23). Durch die ca. 100-fach höhere Genauigkeit der Laserschnitte des Lasers im Vergleich zum Hobel kann die Hornhautscheibe erheblich dünner sein (bis 0,08 Millimeter; entspricht der Stärke eines einzelnes Haares). Die Dicke und der Durchmesser des Flaps können für jeden Patienten individuell eingestellt werden und die Perforation heilt schneller aus als ein Schnitt. Schon bisher ist die Lasik ein sicheres Verfahren mit extrem seltenen Komplikationen, die dann überwiegend auf den Flap-Schnitt zurückzuführen sind. Die Femto-Lasik sorgt hier für eine weitere Reduzierung dieser ohnehin geringen Rate. Kontakt · Mehr Info Tel. +49 (0)7243 604-174 www.polytec.de/pulslaser Neuer Polarisationswandler „Donuts“ für optische Fallen und konfokale Mikroskopie Polarisationsoptiken bilden einen wichtigen Teil des Zubehörprogramms und bieten oft die entscheidende Anpassung im Rahmen komplexer Laseranwendungen. Der neu entwicklete Polarisationswandler CON1064PC erzeugt – je nach Eingangs polarisation des Laserstrahls – eine radiale oder azimutale Polarisation (Bild 1). Eingangspolarisation Eingangspolarisation Bei einer nachfolgenden Fokussierung entsteht in der Brennebene ein ring förmiges Intensitätsprofil – ähnlich einem „Donut“ – ideal für eine Reihe verschiedener innovativer Anwendungen wie beispielsweise in der FluoreszenzmikroAusgangspolarisation skopie. Ausgangspolarisation Bild 1: Polarisationsänderung Bild 2: Keil-Design 12 Segmente aus Halbwellenplatten mit anisotropen 12 Segmente Halbwellenplatten mit anisotropen opt. Achsen opt. Achsen Der Polarisationswandler wird mit geringsten Fertigungstoleranzen aus Halbwellenplatten geschnitten. Zwölf 30°-Keilsegmente werden hierfür hochpräzise kreisförmig mit jeweils um 15° gedrehter Orientierung der optischen Achse angeordnet (Bild 2). 12 Segmente Halbwellenplatten mit anisotropen opt. Achsen 24 Ein großer Erfahrungsschatz des Herstellers CONOPTICS in Connecticut, USA, verbunden mit innovativer Fertigungsund Montagetechnologie, gewährleistet den sicheren Einsatz des Polarisationswandlers bei Laserleistungen bis über 190 Watt pro cm² und einer Wellenlänge von 1064 Nanometern. Damit wird der Polarisationswandler auch für Anwendungen in der Lasermaterialbearbeitung interessant, wo eine radiale Polarisation – im Vergleich mit zirkularer oder linearer Polarisation – eine höhere Schnittgeschwindigkeit erlauben sollte. Kontakt · Mehr Info Tel. +49 (0)30 6392-5140 www.polytec.de/polarisator Kundenservice/Dienstleistung Vielseitiger Service bei Polytec Das Polytec-Serviceteam mit seinen erfahrenen Ingenieuren bildet die Schnittstelle zwischen Anwendern und Herstellern. Dabei agieren sie mit ihrer Erfahrung nicht selten als wertvolle Ratgeber bei Neu- oder Weiterentwicklungen einerseits und als Problemlöser bei Anwendungsfragen andererseits. So vielfältig wie das Polytec-Produktspektrum sind auch die Servicefälle in der Praxis. Zwei Beispiele geben einen kleinen Einblick in die Bandbreite der Projekte. Service-Übersicht Service n Anwendungsberatung n Vermietungen & Leihstellungen n Auftragsmessungen n Kalibrierungen n Wareneingangs- und Funktionskontrolle aller Dritthersteller-Geräte Reparaturen & Support Reparaturen n Vor-Ort-Service & Telefonsupport n Installationen & Abnahmetests n Ersatzteilbeschaffung n Schulungen & Trainings Produkt- & Anwendungsschulungen n Trainings & Seminare n Vor Ort, in Polytec-Labors/-Schulungsräumen, per Telefon oder Webkonferenz n HochgeschwindigkeitsAnalyse bei alternativer Heilmethode Im Bereich der alternativen Heilver fahren wird die Viametik als nervlichmuskuläre Impulstechnik in der Therapie von Wirbelsäule und Nervensystem eingesetzt. Da bei dieser Behandlung die Dauer, Beschleunigung und Geschwindigkeit des Fingerdrucks auf die Körperstelle große Bedeutung hat, sollte dieser Vorgang per Highspeedaufnahme dokumentiert und analysiert werden. Dazu wurde ein Versuchsaufbau im Polytec-Labor installiert, bei dem zwei synchronisierte Hochge schwindigkeitskameras aus verschiedenen Aufnahmewinkeln die Fingerdruckbewegung des Therapeuten auf eine Kopfatrappe dokumentierten. Auf den Ergebnisfilmen konnten nach der softwarebasierten Analyse für den Thera peuten wertvolle Erkenntnisse über Druck dauer, Geschwindigkeit, Fingerposition und -winkel und deren Auswirkungen auf den Körperdruckpunkt gewonnen werden, um so die Effektivität der Behandlungstechnik zu verbessern. Benzin- & Reifenanalyse beim Porsche Carrera Cup Im Rennsport können bereits minimale Manipulationen an Reifen oder Treibstoff Einfluss auf die Ergebnisse haben. Im Quali fying entscheiden Sekundenbruchteile in den Rundenzeiten über die Startposition. Die einfache Behandlung von Reifen mit Bremsenreiniger, Motor-, Getriebeöl oder Benzin kann spürbare Auswirkungen auf die Gummimischung und damit auf die Bodenhaftung haben. Kleine Mengen von Additiven – in wenigen Sekunden dem Kraftstoff beigemischt – können die Motor leistung entscheidend beeinflussen. Bisher war eine wirksame Kontrolle kaum möglich, da die Ergebnisse einzelner Stichproben erst Tage oder Wochen später von externen Labors vorlagen. 25 Polytec-Serviceingenieure haben in einem erfolgreichen Feldversuch Messungen beim Porsche Carrera Cup auf dem Nürburgring durchgeführt und mittels mobiler FTIR-Handspektrometer Reifen und Treibstoffe analysiert. Vor Ort, ohne Unterbrechung des Rennbetriebs, und mit großem Erfolg. Damit wurde der Weg für eine zukunftsweisende neuartige Kontrolltechnik geebnet, welche die Zukunft des Rennsports beeinflussen wird. Kontakt · Mehr Info Tel. +49 (0)7243 604-158 www.polytec.de/service Produktübersicht 1 2 3 4 Polytec-Produktübersicht 1 Beleuchtungssysteme 5 Laser und Zubehör Polytec bietet Beleuchtungssysteme für die industrielle Bildverarbeitung, Analytik und zum Sintern/UV-Härten von Lacken und elektronischen Schaltungen. Mit über 40 Jahren Laser-Know-how ist Polytec in der Lage, die passenden Laser für nahezu alle Anwendungen zu liefern. n LED-Beleuchtungen n Dauerstrich- und Pulslaser n Stroboskope n Pockels-, Bragg- und Faraday-Zellen n Faseroptische Beleuchtungssysteme n Depolarisatoren n Xenon-Blitzlampen n Laser-Leistungs- und -Energie-Messgeräte, Korrelatoren n UV-Niederdruck-Lampen für die Analytik 2 Kameras, Objektive und Zubehör 6 Optische Strahlungsmessgeräte und Komponenten für individuelle und anspruchsvolle Aufgabenstellungen im Bereich der industriellen Bildverarbeitung: für die Messung und Auswertung von Intensität und Spektralverteilung optischer Strahlung: n Kameras & Zubehör n Lichtmesstechnik n Objektive & Zubehör n Mini-Spektrometer für UV, VIS und NIR n Hochgeschwindigkeitskameras n Spektroradiometer/Farbmessgeräte n InGaAs Zeilen- und Flächenkameras n Laserstrahldiagnose n Hyperspektral-Imager n Detektoren für 200 nm – 40 µm n InGaAs-Kameras 3 Kamerasysteme und Software Kamerasysteme beinhalten alle Komponenten eines abgestimmten Bildverarbeitungsystems wie Kamera, Auswertesoftware und Hardware. n Smartcam-Systeme n Vision Software n Multikamera-Vision-Systeme 7 Elektro-optische Testsysteme Einzelkomponenten und Subsysteme sowie komplette elektro-optische Test- und Simulationssysteme. 4 Spektrometer und Spektral-Imager Messgeräte für die Analytik in Forschung und Industrie für Prozess-, Labor- und Feldeinsatz. 8 n NIR-Spektrometersysteme und OEM-Komponenten n Mini-Spektrometer und Module n Raman- und FTIR-Spektrometer n Hyperspektral-Imager n Spektralphotometer, Spektroradiometer 9 n Schwarzkörperstrahler, Kollimatoren und Zubehör n F LIR-, CCD-, Laser-, Multisensor- und Boresighting-Teststationen n IR-Signalsimulatoren und IRCM-Tester n Radiometer und Spektroradiometer 8 Optische Telekommunikation/ LWL-Messgeräte Messgeräte und Komponenten für die optische Datenübertragungstechnik sowohl für Entwicklung, Qualitäts sicherung und Produktion, als auch für den Feldeinsatz bei Installation und Wartung. 10 n Messgeräte für Labor & Produktion n LWL-Messgeräte/Spleißgeräte für den Feldeinsatz 11 5 6 9 Faseroptische Sensorsysteme 7 13 Oberflächenmesssysteme Ein- und mehrkanalige Sensorsysteme mit Messpunkten am Faserende, Systeme mit kontinuierlicher Messpunktfolge entlang der Faser und mit diskret verteilten Messpunkten entlang der Faser. Gemessen werden: n Die von Polytec entwickelten Top-Map TopographieMesssysteme sind hochgenaue 3D-Profilometer zur Vermessung von 3D-Profilen rauer, glatter und stufiger Oberflächen. Temperatur n Dehnung, Neigungswinkel, Beschleunigung und Schwingung 10 PV- und Halbleiter-Messgeräte Komplexe Messtechnik im Bereich Photovoltaik und Halbleiter: n Ebenheit und Parallelität n Formparameter n Oberflächenparameter n Höhen und Stufen n Volumina, Tribologie 14 Mikrosystem- & MEMS-Analyzer n Vier-Spitzen-Messsysteme n CV/IV-Messsysteme n Optische Schichtdickenmessgeräte Die Produktlinie von mikroskop-basierten Analyse systemen ist ideal geeignet zur Messung der Dynamik und Topographie von MEMS und Mikrosystemen. n Doppelbrechungsanalyse n Scanning n InGaAs-Kameras Vibrometrie zur Charakterisierung von Out-of-Plane-Schwingungen n Stroboskopische Video-Mikroskopie für Messungen von In-plane-Bewegungen und Schwingungen 11 Schwingungsmesssysteme n Weißlicht-Interferometrie zur Untersuchung der Oberflächenbeschaffenheit Laservibrometer von Polytec sind weltweit anerkannter Standard für berührungslose Schwingungsmessung. n Einpunkt-Vibrometer n Scanning-Vibrometer n Spezial-Vibrometer zur Messung von differentiellen Schwingungen, Rotationsschwingungen u. v. m. n n 15 Dehnungs- und Spannungsmesssysteme Mit dem Polytec StrainProcessor und dem flächenhaft und berührungslos messenden PSV-3D Scanning Vibrometer steht ein leistungsfähiges Werkzeug zur Verfügung, um die Größe und die Ursache von dynamischen Spannungs- und Dehnungseffekten zu bestimmen. Mikroskop-basierte Vibrometersysteme 12 Längen- und GeschwindigkeitsSensoren Polytec Laser Surface Velocimeter helfen bei der Über wachung von Bahnwaren im Produktionsprozess. 12 n Zuschnittsteuerung, Stückgut-Längenmessung n Geschwindigkeitsmessung und -steuerung n Reckgradmessung, Massenflussregelung n Schlupfmessung und -kompensation n Messradkalibrierung 13 Geometrie-Datenerfassung 14 15 Messen und Events Messen und Events Datum Messe Ort Polytec-Schwerpunkt 11. – 13.10.2011 Semicon Europa Dresden PV- und Halbleiter-Messgeräte 08. – 10.11.2011 VISION Stuttgart Bildverarbeitung 17. – 20.04.2012 analytica München Spektrometer 08. – 10.05.2012 The Vision Show Boston, USA Bildverarbeitung 08. – 11.05.2012 Control Stuttgart Bildverarbeitung 22. – 24.05.2012 SENSOR & TEST Nürnberg Optische Messsysteme, faseroptische Sensorik 22. – 25.05.2012 OPTATEC Frankfurt a.M. Polytec-Produktprogramm 18. – 22.06.2012 ACHEMA Frankfurt a.M. Polytec-Produktprogramm 19. – 21.06.2012 LOPE-C München Photonisches Sintern, PV- und Halbleiter-Messgeräte 16. – 20.09.2012 ECOC Amsterdam, Niederlande Optische Telekommunikation, faseroptische Sensorik 09. – 11.10.2012 Semicon Europa Dresden PV- und Halbleiter-Messgeräte 06. – 08.11.2012 VISION Stuttgart Bildverarbeitung Änderungen der technischen Spezifikationen vorbehalten. PH_IF_73_2011_09_6000_D Polytec InFocus – Magazin für optische Messsysteme und Sensoren Neben der vorliegenden Polytec INFO erscheint zweimal jährlich das InFocus-Magazin 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. Die Ausgabe 2/2012 erscheint im Oktober mit dem Schwerpunkt „zerstörungsfreie Prüfung“. Gerne senden wir Ihnen das InFocus-Magazin regelmäßig und kostenlos zu. www.polytec.de/infocus Polytec online interaktiv Besuchen Sie uns auf unserer Homepage und im Web 2.0 Abonnieren Sie die neuen RSS-Feeds oder unseren Newsletter und besuchen Sie uns auf Twitter, Facebook und Youtube. Oder greifen Sie zum Telefon – den Direktkontakt zu Ihrem Produktspezialisten finden Sie auf jeder unserer Webseiten. Wir freuen uns auf den Dialog mit Ihnen! Impressum Polytec INFO · Magazin für Photonische Technologien Ausgabe 2011 – ISSN-Nummer 2191-3609 Copyright © Polytec GmbH, 2011 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, Dr. Arno Maurer Produktion:Regelmann Kommunikation Advancing Measurements by Light www.polytec.de/news Bildnachweise S. 1, 3, 5, 6, 10, 12, 13, 18, 19, 21, 23, 24, 25: istockphoto.com; S. 4, 5, 27: Tordivel AS; S. 6, 7: AOS Technologies AG; S. 9: Navitar Inc.; S. 11: Xenon Corp.; S. 12, 13, 27: Sensors Unlimited Inc.; S. 14, 25: dreamstime.com, Headwall Photonics Inc.; S. 15, 16, 17: Agilent Technologies Inc.; S. 15, 17, 18, 19, 26: B&WTek Inc.; S. 16: City of Philadelphia Mural Arts Program; S. 17: Wikimedia commons, http://zh.wikipedia.org; S. 20: dreamstime.com, K-MAC; S. 22: FiberSensing S.A.; S. 23: Technolas Perfect Vision GmbH; S. 24: Conoptics Inc.; S. 26: Allied Vision Technologies GmbH, Basler AG, Luna Innova tions Inc., Optocon AG, Four Dimensions Inc.; S. 27: CI Systems Ltd. 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