AMA Sensor-Trends 2020 Teil B4 Photonische Sensorik & Messtechnik - Zuarbeit - M.Eng Paul-Gerald Dittrich, +49 (0) 1 5280 22375 ...
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Stand 150708
Zuarbeit
AMA Sensor-Trends 2020
Teil B4
Photonische
Sensorik & Messtechnik
M.Eng Paul-Gerald Dittrich, +49 (0) 1 5280 22375
pg.dittrich@spectronet.de,
Prof. Dr. Dietrich Hofmann, +49 (0) 172 360 3192
d.hofmann@spectronet.de,
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Inhaltsverzeichnis
B4 Photonische Sensorik & Messtechnik…………………………………………………………. 2
B4.1 Ausgangssituation durch neue Hightech-Strategie……………………………………....... 2
B4.2 Zielstellungen für Photonische Sensorik & Messtechnik………………………………….. 2
B4.2.1 Teilziel mobile digitale Technisierung…………………………...………………………… 2
B4.2.2 Teilziel mobile digitale Vernetzung………………………………………………………… 3
B4.2.3 Teilziel mobile digitale Internationalisierung……………………………………………… 3
B4.3 Maßnahmen für Photonische Sensorik & Messtechnik………………………………….…4
B4.4 Kollaborationen für Photonische Sensorik & Messtechnik……………………………...... 4
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 01: Kernelemente der Neuorientierung der Hightech-Strategie [01]……………….
5Fehler! Textmarke nicht definiert.Abbildung 02: Photonische Messmethoden
[03]…………………………………………………..5
Abbildung 03: Photonische Messsysteme [04] ...................................................................... 6
Abbildung 04: Aktuelle Randbedingungen für Bildgewinnung und Bildverarbeitung [05] ........ 6
Abbildung 05: Materialauswahl für photonische Mikrosensoren [06] ...................................... 7
Abbildung 06: Metrologische Normale für Form und Farbe [07] ............................................. 7
Abbildung 07: Absorptionsspektrum von Chlorophyll für sichtbares Licht [08] ....................... 8
Abbildung 08: Branchenentwicklung digitale Bildverarbeitung in Deutschland [09] ................ 8
Quellenverzeichnis
[01] http://www.bmbf.de/pub_hts/HTS_Broschure_Web.pdf
[02] https://www.dasgehirn.info/wahrnehmen/sehen/sehen-2013-k-ein-
selbstverstaendliches-wunder
[03] http://spectronet.de/portals/visqua/story_docs/intern_spectronet/vortraege/150317_21_
collab_vortraege/150317_30_hofmann_spectronet.pdf
[04] http://www.spectronet.de (intern-auf Anfrage)
[05] http://www.photonics.com/EDU/Handbook.aspx?Tag=Imaging&AID=25139
[06] http://www.hamamatsu.com/us/en/community/optical_sensors/index.html?utm_source=
ps&utm_medium=banner2A&utm_campaign=hc-osh
[07] http://www.stemmer-imaging.de/de/handbuch-der-bildverarbeitung, letzte
Umschlagseite
[08] http://www.gorgonien-lexikon.com/algen-deep-under-zonierung-und-anpasssung-an-
das-lichtklima.html
[09] http://www.spectronet.de/portals/visqua/story_docs/vortraege_2014/141104_vision/141
104_01_01_wendel_vdma.pdf
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B4 Photonische Sensorik & Messtechnik
B4.1 Ausgangssituation durch neue Hightech-Strategie
In der neuen Hightech-Strategie der Bundesregierung „Innovationen für Deutschland“ vom
August 2014 wurde herausgearbeitet:
„Innovationen sind der Schlüssel zu Wachstum, Beschäftigung, Wohlstand und
Lebensqualität. Ob die Erfindungen von Dübel, Dynamo und Dieselmotor gestern oder die
Entwicklung von Produkten zu nachhaltiger Mobilität, digitaler Produktion, Dienstleistungen
und individualisierter Medizin heute: Große und kleinere Innovationen verändern die Welt
zum Wohle der Menschen.
Wissenschaftliche Durchbrüche und innovative Lösungen schaffen Chancen, den Erhalt der
natürlichen Lebensgrundlagen und die Beachtung der Tragfähigkeit der Ökosysteme mit
einer dynamischen wirtschaftlichen Entwicklung und dem sozialen Zusammenhalt der
Gesellschaft zu verbinden“ [01] und (Abbildung 01).
Die Neuorientierung der Hightech-Strategie der Bundesregierung Deutschland richtet sich
auf folgende Kernelemente:
1. Prioritäre Zukunftsaufgaben für Wertschöpfung und Lebensqualität
2. Vernetzung und Transfer
3. Innovationsdynamik in der Wirtschaft
4. Innovationsfreundliche Rahmenbedingungen
5. Transparenz und Partizipation.
Gegenwärtig sind sehr viele Arbeitskräfte in hohem Maße nur dafür tätig, bei zunehmend
technisierten Prozessen, Produkten und Dienstleistungen normale und/oder kritische
Situationen zu erkennen, zu deuten, zu verarbeiten und gegebenenfalls steuernd und/oder
regelnd einzugreifen. Das gilt sowohl für den Funktionsablauf, als auch speziell für die
Qualitätssicherung. Es ist bekannt, dass etwa 80% der subjektiv erkannten Situationen über
die Augen erfasst und mit dem Gehirn verarbeitet werden [02].
Der Einsatz von Arbeitskräften in technischen Systemen ist in der Regel unbequem,
unzuverlässig und teuer.
Deshalb muss angestrebt werden, in technischen Systemen die subjektive Einschätzung
von Situationen mit Augen und Gehirnen durch objektive Erfassung und Steuerung von
Situationen mit technischen Mitteln zu ersetzen.
B4.2 Zielstellungen für Photonische Sensorik & Messtechnik
Zur nachhaltigen Realisierung der Kernelemente der strategischen Neuorientierung der
Hightech-Strategie der Bundesregierung Deutschland ist es erforderlich, das photonische
Zukunftsfeld „Vernetztes mobiles digitales Sehen & Verstehen“ kurzfristig zu entwickeln
und nachhaltig umzusetzen.
B4.2.1 Teilziel mobile digitale Technisierung
Die mobile digitale Technisierung von Sehen & Verstehen wird sich zu einem innovativen
Zukunftsfeld mit herausragender Bedeutung für Beschäftigung, Arbeitsproduktivität und
Wettbewerbsfähigkeit in der digitalen Gesellschaft entwickeln. Dadurch lassen sich Industrie,
Biologie/Medizin, Landwirtschaft/Umweltschutz sowie Verwaltung und Sicherheit mit
technischer Intelligenz ausstatten.
B4.2.2 Teilziel mobile digitale Vernetzung
Die mobile digitale Vernetzung von Unternehmen, Forschungseinrichtungen und technischen
Ausrüstungen erfährt durch die mobile digitale Technisierung von Sehen & Verstehen einen
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Paradigmenwandel. Aufgaben die bisher von Arbeitskräften durch visuelle Inspektionen und
manuelle Steuerungen gelöst wurden, können dann allumfänglich durch Maschinen gelöst
werden. Dadurch erhöhen sich Arbeitsproduktivität und Wachstumschancen.
B4.2.3 Teilziel mobile digitale Internationalisierung
Durch fortschreitende Globalisierung bei der Entwicklung der Produktivkräfte ist die mobile
digitale Internationalisierung unverzichtbar, wenn die mobile digitale Technisierung von
Sehen & Verstehen in mobiler digitaler Vernetzung erfolgversprechend und produktiv
betrieben werden soll.
B4.3 Maßnahmen für Photonische Sensorik & Messtechnik
Zur Umsetzung der obengenannten Teilziele sind folgende Maßnahmen erforderlich:
• Allumfassende Miniaturisierung & Modularisierung bei der Technisierung von
photonischen Messungen (Abbildung 02)
• Ablösung konventioneller thermischer Leuchten durch energiesparende
miniaturisierte LEDs und OLEDs (Abbildung 03),
• Ablösung konventioneller kompakter Sensoren für photonische Messgrößen
durch Miniaturisierung & Standardisierung von Sensoren zur Messung von
- ein- und mehrdimensionalen Formen,
- natürlichen und technischen Farben sowie
- Multi-, Hyper-, Ulta- und Full-Spektren in sichtbaren VIS und nichtsichtbaren UV, IR
Bereichen elektromagnetischer Wellen (Abbildungen 03, 04 und 05),
• Modularisierung & Vereinheitlichung von Software für digitale Bildverarbeitung zur
Messung von Formen, Farben und Spektren
• Erhöhung der Einheitlichkeit und Richtigkeit von photonischen Messungen durch
Rückführung der Messungen auf metrologische Normale (Abbildungen 06 und 07),
• Ablösung konventioneller ortsfester Rechner durch mobile Smartpads,
Smartphones und Smartwatches,
• Standardisierung von Schnittstellen (Interfaces) zur Erhöhung der Kompatibilität und
Flexibilität von Hardware- und Software-Modulen bei Applikationen
• Institutionalisierung der Kollaborationsstrukturen,
• Förderung der Gründungsdynamik durch Beratung und Orientierungsangebote,
• Erschließung ausländischer Potenzialmärkte,
• Ausgleich der strukturellen und inhaltlichen Kleinteiligkeit von KMU,
• dauerhafte politische Flankierung der photonischen Innovationsprozesse,
• beschleunigte Kommerzialisierung von Forschungsergebnissen durch Cross-Clustering
• ortsfeste und mobile Aus- und Weiterbildung für Hersteller, Verteiler und Anwender.
B4.4 Kollaborationen für Photonische Sensorik & Messtechnik
Zur Unterstützung der Maßnahmen unter Punkt B4.3 ist zu empfehlen, in der AMA eine
Arbeitsgruppe Photonische Sensorik & Messtechnik zu gründen und mit der Plattform
www.spectronet.de zu verknüpfen.
Durch Kollaboration konnte der Jahresumsatz für digitale Bildverarbeitung von 1995 mit etwa
200 Mio EUR bis 2015 auf knapp 2 Mrd EUR erhöht werden (Abbildung 08).
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Abbildungen
Abbildung 01: Kernelemente der Neuorientierung der Hightech-Strategie [01]
Abbildung 02: Photonische Messmethoden [03]Seite 6 von 8
Abbildung 03: Photonische Messsysteme [04]
Number of Spectral
ode Capability Availability
Spectral Bands Resolution
Imaging None None, sensitivity Image brightness Now
depends on detector
spectral response
Multispectral Few to tens Medium, many Detects solids and Now
tens of nm liquids
Hyperspectral Hundreds to ~thousands Narrow, few nm Detects and Now
identifies solids
and liquids
Ultraspectral Thousands Very narrow Detects and Emerging technology
identifies solids, but very expensive
liquids and gases and processor hungry
Full spectrum Thousands to Very narrow Detects and Proposed technology
"continuous spectra" identifies solids, and data processing
over full optical spectral liquids and gases system
range from UV to IR
Abbildung 04: Aktuelle Randbedingungen für Bildgewinnung und Bildverarbeitung [05]Seite 7 von 8 Abbildung 05: Materialauswahl für photonische Mikrosensoren [06] Abbildung 06: Metrologische Normale für Form und Farbe [07]
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Abbildung 07: Absorptionsnormale von Chlorophyll für sichtbares Licht [08]
2000
1980
Umsatz in Mio EUR
1800
1500 1613
1507 1492
1260
1206
1000 1109 1148
1016
950 955
833
724
500 565
656
440
363
230 256 297
0
Abbildung 08: Branchenentwicklung digitale Bildverarbeitung in Deutschland [09]Sie können auch lesen
