Modulhandbuch BaET2012_Ausgewählte Kapitel der optischen Messtechnik

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Verantwortlich: Prof. Dr. Michael Gartz

Modul

Anerkennbare Lehrveranstaltung (LV)

• F07 AKO

Organisation

Bezeichnung Lang BaET2012_Ausgewählte Kapitel der optischen Messtechnik MID BaET2012_AKO MPID

Zuordnung Studiengang BaET2012 Studienrichtung O Wissensgebiete O_WMO

Einordnung ins Curriculum Fachsemester 5-6 Pflicht Wahl O

Version erstellt 2013-05-15 VID 1 gültig ab WS 2012/13 gültig bis

Zeugnistext

de

Ausgewählte Kapitel der optischen Messtechnik

en

Selected Sections of Optical Metrology

Unterrichtssprache

Deutsch oder Englisch

Modulprüfung

Form der Modulprüfung
sMP	mündliche Prüfung

Beiträge ECTS-CP aus Wissensgebieten
O_WMO	5
Summe	5

Aufwand [h]: 150

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Prüfungselemente

Vorlesung / Übung

Form Kompetenznachweis
bÜA	Präsenzübung und Selbstlernaufgaben

Beitrag zum Modulergebnis
bÜA	unbenotet

Spezifische Lernziele

Kenntnisse

• Eigenschaften von Matrix-Sensoren kennen (PFK.2, PFK.3, PFK.4, PFK.5, PFK.7, PFK.11, PFK.13)
  • CCD-Sensoren
    • Aufbau
    • Wirkungweise
    • Empfindlichkeit
    • Rauschquellen
  • CMOS-Sensoren
    • Aufbau
    • Wirkungweise
    • Empfindlichkeit
    • Rauschquellen
  • Bildfehlerkorrekturen
    • Dunkelstromkorrektur
    • Flat Field Correction
  • Schnittstellen
    • Analog / BAS
    • Firewire 1394
    • USB
    • Ethernet / GigE
• Holographische Interferometrie kennen  (PFK.2, PFK.3, PFK.4, PFK.5, PFK.7, PFK.11, PFK.13)
  • Doppelbelichtungsholographie
    • Grundlagen
    • Aufbau
    • Auswertung
    • Anwendungen
  • Time-Average-Holographie
    • Grundlagen
    • Aufbau
    • Auswertung
    • Anwendungen
• Laserlichtschnittverfahren kennen  (PFK.2, PFK.3, PFK.4, PFK.5, PFK.7, PFK.11, PFK.13)
  • Grundlagen
  • Aufbau
  • Auswertung
  • Anwendungen
• Chromatische Längsaberrations kennen (PFK.2, PFK.3, PFK.4, PFK.5, PFK.7, PFK.11, PFK.13)
  • Grundlagen
  • Aufbau
  • Auswertung
  • Anwendungen
• Kapitel nach Wahl der Studenten (PFK.2, PFK.3, PFK.4, PFK.5, PFK.7, PFK.11, PFK.13, PSK.2)
  • Laser Materialbearbeitung
    • Grundlagen
      • kalte Ablation
      • thermische Bearbeitung
    • Lasertypen
    • Anwendungen
  • Optical Shop Testing
    • Twyman-Green-Interferometer
    • Fizeau-Interfermometer
  • Laser-Doppler-Anemometrie
    • Interferometrische Geschwindigkeitsmessung
    • Heterodyn-Prinzip
    • Anwendungen
  • ... (Vorschläge der Studenten)

Fertigkeiten

• berechnen (PFK.1, PFK.2, PFK.4, PFK.5, PFK.7, PFK.11)
  • der Dynamik eines CCD-Sensors
  • von Verformungen bei der holographischen Interferometrie
  • von Schwingungsamplituden bei der holographischen Interferometrie
  • des Arbeitsbereiches beim Chromatischen Längsaberrationssensors
  • der Auflösung beim Lichtschnittsensor
• definieren (PFK.1, PFK.2, PFK.4, PFK.5, PFK.7, PFK.11)
  • der Auflösung von Matrixsensoren
  • des Arbeitsbereiches in Abhängigkeit einer Messaufgabe
• bestimmen (PFK.1, PFK.2, PFK.4, PFK.5, PFK.7, PFK.11)
  • der Wellenfrontaberrationen
  • der Empfindlichkeit eines CDD Sensors
• beurteilen(PFK.1, PFK.2, PFK.4, PFK.5, PFK.7, PFK.11)
  • des Messignals eines Lichtschnittsensors
  • der Verwendbarkeit eines Matrixsensors für eine bestimmte Messaufgabe

Handlungskompetenz demonstrieren

• anwenden aktueller Methoden der optischen Messtechnik für praktische Aufgaben (PFK.8)
• durchführen der Lösung eines optischen Messproblems von der Aufgabenstellung bis zur Realisierung (PFK.9)
• einsetzen von Messwerterfassungskomponenten (PFK.9)
• simulieren eines Messproblems mit Hilfe des Computers (PFK.6)
• Lernfähigkeit demonstrieren (PSK.4)
• Gesellschaftliche und ethische Grundwerte anwenden (PSK.3)
• Finden sinnvoller Systemgrenzen (PFK.1)
• Abstrahieren der wesentlichen Aspekte eines fachlichen Problems (PFK.2)

Exemplarische inhaltliche Operationalisierung

Es werden Kenntnisse über Sensoren, holographische Interferometrie, Laserlichtschnittverfahren etc. aufgebaut.
Ein Kapitel soll den Studenten zur Wahl gestellt werden. Somit lernen Sie im Team zu entscheiden.
Die Studierenen erlangen die Fertigkeit den Arbeitsbereich eines Lichtschnittsensors oder eines Chromatischen Längesaberrationssensors zu bestimmen und
genau zu berechnen.
Sie erlangen die Fertigkeit, für eine gegebenen Messaufgabe die notwendige Auflösung zu berechnen.
Sie definieren die Pixelauflösung von Matrixsensoren und begreifen, wie diese die Messgenauigkeit beienflusst.
Für verschiedene Sensoren, wie z.B. den Lichtschnittsensor oder einen CCD-Matrixsensor lernen die Studierenden
die Qualtiät der Messsignale zu und die Verwendbarkeit solcher Sensoren zu beurteilen.

Projekt

Form Kompetenznachweis
sMB	mündlicher Ergebnisbericht in Form von Vorträgen

Beitrag zum Modulergebnis
bPA	benotet, 50%

Spezifische Lernziele

Fertigkeiten

• optische Aufbauten justieren(PFK.4, PFK.10, PFK.12, PFK.13, PSK.5)
• Messreihen aufnehmen und dokumentieren(PFK.4, PFK.10, PFK.12, PFK.13, PSK.5)
• Diagramme erstellen(PFK.4, PFK.10, PFK.12, PFK.13, PSK.5)
• Ergebnisse auf Plausibilität überprüfen(PFK.4, PFK.10, PFK.12, PFK.13, PSK.5)
• Zusammenhänge erkennen und verstehen(PFK.4, PFK.10, PFK.12, PFK.13, PSK.5)
• Fehlerrechnung(PFK.4, PFK.10, PFK.12, PFK.13, PSK.5)

Handlungskompetenz demonstrieren

• analysieren einer  optischen Messaufgabe  (PFK.1, PFK.2, PFK.7)
  • Eigenständig erkannte Messaufgabe analysieren
  • Vorgegebene Messaufgabe analysieren
• konzipieren eines Lösungansatzes für die analysierte optische Messaufgabe  (PFK.4, PFK.5, PFK.6, PFK.8, PFK.11 )
  • Berücksichtigung der Laborresourcen
  • Berücksichtigung des verfügbaren Zeitkontingentes
• Präsentation einer Projektskizze (PFK.12, PFK.13, PSK.5, PSK.6)
  • Aufgabenstellung beschreiben
  • Lösungsansatz darlegen
  • Ergebnisse übersichtlich aufbereitet darstellen
  • Ergebnisse technisch wissenschaftliche diskutieren
• Milestone-Präsentation zur Überprüfung des Projektfortschrittes (PFK.12, PFK.13, PFK.14, PSK.5, PSK.6)
  • Aufgabenstellung beschreiben
  • Lösungsansatz darlegen
  • Ergebnisse übersichtlich aufbereitet darstellen
  • Ergebnisse technisch wissenschaftliche diskutieren
• Abschluss-Präsentation mit Darlegung des realisierten Lösungsansatzes (PFK.12, PFK.13, PFK.14, PSK.5, PSK.6)
  • Aufgabenstellung beschreiben
  • Lösungsansatz darlegen
  • Ergebnisse übersichtlich aufbereitet darstellen
  • Ergebnisse technisch wissenschaftliche diskutieren
• grundlegende optische Aufbauten selber realisieren (PFK.9, PFK.14, PSK.1, PSK.2, PSK.5)
  • aufbauen
  • justieren
  • Funktionsprüfung durchführen
• naturwissenschaftlich / technische Gesetzmäßigkeiten mit einem optischen Aufbau erforschen (PFK.2, PFK.3, PFK.5, PSK.1, PSK.5)
  • Messreihen planen
  • Fehlereinflüsse abschätzen
  • Tauglichkeit des Aufbaus überprüfen
• selbst gewonnenen Messreihen auswerten (PFK.4, PFK.5, PFK.14, PSK.4, PSK.5)
  • Messwerte graphisch darstellen
  • Implizite Größen aus Messwerten math. korrekt berechnen
  • logische Fehler entdecken und bennen
  • Messwerte mittels vorgegebener Formeln simulieren
• Komplexe technische Aufgaben im Team bearbeiten (PSK.1, PSK.3, PSK.4, PSK.5)
  • Organisieren in Teilaufgaben
  • Messergebnisse diskutieren
  • gegenseitig sinnvoll ergänzen

Exemplarische inhaltliche Operationalisierung

Die Studierenden bearbeiten im Team von 2, maximal 3, Personen eine Projektaufgabe aus dem Bereich der technischen Optik.
Bei qualifizierter Fragestellung können auch Vorschläge der Studenten/innen als Projektaufgabe bearbeitet werden.

Beispiele solcher Projektaufgaben sind: Aufbau eines Fourier-Spektrometers mit speziellen Eigenschaften,
Realisierung eines Messplatzes zur Bestimmung des Astigmatismus im menschlichen Auge,
Aufbau eines Systems zur automatisierten Digitalisierung von analogen Filmen,
Dimensionierung und Aufbau eines Wellenfrontsensors.

Zu Beginn des Themas stellt das Team in einer Präsentation einen selbst erstellten Zeitplan und eine Projektskizze vor.
Nach Ablauf der halben Zeit, erfolgt die Milestone Präsentation, bei der kritisch die erreichten Teilziele und Arbeitsergebnisse
bewertet werden. Ebenfalls werden die Lösungsvorschläge hinterfragt und  Verbesserungsmöglichkeiten diskutiert.

In der Abschlusspräsentation werden das aufgebaute System und die Messergebnisse vorgestellt und diskutiert.