Labore
Unsere Labore in der Optotechnik und Bildverarbeitung bieten unseren Studierenden im grundständigen Bachelor OBV und konsekutiven Master OBV eine solide, praktische und forschungsorientierte Ausbildung.
Labor Bildverarbeitung
An 24 Rechnerarbeitsplätze mit professionellen Bildverarbeitungsprogrammen, Beleuchtungseinrichtung und industrietauglicher Kamera werden Objekte ins rechte Licht gerückt. Mehr erfahren
Labor Angewandte Bildverarbeitung
In diesem Labor werden Fragestellungen aus der aktuellen industriellen Anwendung und aus anwendungsbezogener Forschung und Entwicklung behandelt. Mehr erfahren
Labor Technische Optik
Versuche mit Lasern, Halogenlampen, Linsen und Prismen führen schon früh im Studium an praxisorientiertes wissenschaftliches Arbeiten heran – das Verfassen von abschließenden Berichten inklusive. Mehr erfahren
Labor Angewandte Optotechnik
Die Versuche zur Lichtausbreitung in Systemen, die aus mehreren optischen Komponenten bestehen, werden ergänzt durch die Simulationen solcher Systeme mit kommerzieller Software. Mehr erfahren
Labor Lasertechnik
Sie finden im Labor Laser, wie sie in der Industrie oder Forschung eingesetzt werden. Dies garantiert beim Wechsel von der Hochschule in die Industrie, dass Sie diese Lasertypen dort auch sofort bedienen können. Mehr erfahren
Labor Faseroptik
Hier wird gelehrt, wie Lichtwellenleiter, die z.B. als Transkontinentalverbindung oder in LAN-Netzwerken eingesetzt werden, funktionieren und welche optischen Eigenschaften sie haben. Mehr erfahren
Labor Optische Messtechnik
Begleitend zur Vorlesung gibt es hier optische Geräte zum Anfassen und Ausprobieren. Indem Sie Aufbauten zerlegen und wieder zusammensetzen, üben Sie den Umgang mit Standardkomponenten. Mehr erfahren
Labor Signalverarbeitung
Im Labor sollen Sie die Grundlagen der Elektrotechnik, die Sie aus der Vorlesung kennen, experimentell nachvollziehen, indem Sie elektronische Schaltungen selbst zusammenbauen. Mehr erfahren
Labor Lichtmesstechnik
Hier können Sie nach Belieben „rund ums Licht“ Basteln und Messen! Ganz egal, ob Sie die Beleuchtungsstärkeverteilung von Autoscheinwerfern oder Burgenbeleuchtungen, die Leuchtdichte von Displays oder die spektrale Verteilung von LEDs messen wollen. Mehr erfahren
Physik-Labor
Die Versuche im Labor beschäftigen sich überwiegend mit den physikalischen Eigenschaften von Licht, beispielsweise der Wellennatur, Interferenzfähigkeit oder der Polarisation. Sie arbeiten mit Mikroskopen, Lasern, Elektronenstrahlen uvw. Mehr erfahren
Labor Bildverarbeitung
Das Bildverarbeitungslabor ist eines der zentralen Labore des Studiengangs OBV, welches unsere Studierenden durch ihr gesamtes Studium begleitet.
24 Rechnerarbeitsplätze in zwei Räumen stehen im BV-Labor zur Verfügung. Jedem Rechner steht ein Reproständer mit Beleuchtungseinrichtung und industrietauglicher Kamera beiseite. Damit können zu prüfende Objekte ins rechte Licht gesetzt und aufgenommen werden. Zur Auswertung der Aufnahmen kann auf eine Vielzahl professioneller Bildverarbeitungsprogramme zurückgegriffen werden.
Beginnend im 2. Semester wird hier in der „Einführung in die Bildverarbeitung“ der praktische Umgang mit Beleuchtung, Kamera und Objektiven vermittelt. Dabei werden die entstehenden Aufnahmen mit der Bildverarbeitungssoftware Halcon ausgewertet und bereits kleine Projekte erarbeitet.
Im 3. Semester findet hier der dritte Teil des Labors „Computer Aided Image Processing“ (CAIP3) statt. Nachdem der Umgang mit der Programmiersprache C/C++ in den ersten beiden Semestern erlernt wurde, werden hier nun einfache Bildverarbeitungsprogramme in C++ mit grafischer Oberfläche erstellt.
Weiterführende Methoden und Algorithmen zur Auswertung und Verarbeitung von Bildern werden im 3. und 4. Semester in der Laborveranstaltung „Bilderverarbeitung 2“ realisiert und erprobt. Themen sind hier z. B. Filterung von Bildern, Objekterkennung und Analyse, Bildtransformationen, Korrelation, Bearbeiten von Bildern im Ortsfrequenzraum.
In den höheren Fachsemestern finden im BV-Labor wechselnde Wahlpflichtveranstaltungen zum Themengebiet der Bildverarbeitung statt (Medizinische BV, 3D-Bildverarbeitung, Morphologische BV, Mustererkennung, Fallstudien der Bildverarbeitung).
Auch während des Master-Studiums werden hier weiterführende Labore wie die „Systemtheorie der Bildverarbeitung“ und „Algorithmen zur Bildverarbeitung“ durchgeführt.
Außerdem finden hier auch die Exportlehrveranstaltungen „Computer Vision“ und „Bildverarbeitung in der Robotik“ statt.
Labor Angewandte Bildverarbeitung
Das Modul "Angewandte Bildverarbeitung" beinhaltet auch Laborversuche. In diesem Labor werden Fragestellungen aus der aktuellen industriellen Anwendung und aus anwendungsbezogener Forschung und Entwicklung behandelt.
Themen sind unter anderen:
- Bewegtbildverarbeitung: Prüflinge auf einem Fließband, Ansteuerung von Weichen, Effekte bei hohe Transportgeschwindigkeiten (beispielsweise 5 m/s, 20 Teile pro Sekunde), Synchronisierung von Blitzbeleuchtung und Bildaufnahme, Auslösen der Bildaufnahme durch externen Interrupt
- Problemangepasste Beleuchtungsverfahren: Blitzbeleuchtung, Durchlicht, Koaxiales Auflicht, Dunkelfeld, Photometric Stereo, Multispektral, Infrarot.
- Erkennung von Codierungen: Data Matrix Code, Blindenschriftlesung (Braille), ..
- Programmierung intelligenter Kameras: Handhabung von Kameras mit "Prozessor an Bord"
- Spezielle Kameras: Zeilenkamera, InGaAs-Kamera, Stereo-Aufbauten, Lichtschnitt-Verfahren, ToF-Kamera (Time Of Flight)
- Robot Vision / Kamerakalibrierung: Erkennen von Objektpositionen im Raum, Greifen und Umpalettieren der Objekte mit einem Roboter
- 3D-Bildverarbeitung: Aufnehmen und Handhaben von Point Clouds, Volumenbestimmung, ...
- Umgang mit dem Mikroskop und zugehörige quantitative Bildauswertung
Labor Technische Optik
Im Labor Technische Optik finden Versuche zur experimentellen Optik statt. Im Labor stehen mehrere optische Tische, "Optikbaukästen" sowie viele verschiedene optische Instrumente zur Verfügung. Diese enthalten Lichtquellen wie Laser oder Halogenlampe, sowie Linsen, Prismen und andere optische Elemente mit den zugehörigen Halterungen. Die Versuche befassen sich mit Linsenvermessung, verschiedenen Arten von Fernrohren, Vermessung eines Laserstrahls mittels Strahlaufweitung, Mikroskop, Prismen-Spektrometer, bei dem das Sonnenlicht in seine spektralen Bestandteile zerlegt wird und schließlich das Abbe-Refraktometer bei dem beispielsweise mittels optischer Eigenschaften der Zuckergehalt von Apfelsaft bestimmt werden muss.
Die Studierenden werden damit schon früh im Studium an praxisorientiertes wissenschaftliches Arbeiten herangeführt. Zu den einzelnen Laborversuchen erfolgen Auswertungen in der auch das Vorgehen während der Versuchsdurchführung dargelegt und als Bericht schriftlich rekapituliert wird.
Labor Signalverarbeitung I und II
In den Versuchen der Signalverarbeitung I sollen Sie die Grundlagen der Elektrotechnik, die Sie aus der Vorlesung kennen, experimentell nachvollziehen. Dazu haben Sie ein Elektronik-Steckbrett mit einer Auswahl von Bauelementen, wie Widerständen, Leuchtdioden und Operationsverstärkern zur Verfügung. Mit diesen Bauelementen bauen Sie verschiedene einfache Schaltungen, wie Parallel- und Reihenschaltungen von Widerständen auf, messen die Strom-Spannung-Kennlinie einer Diode oder bauen eine Verstärkerschaltung auf. Sie werden lernen wie man eine Leuchtdiode „richtig“ beschaltet.
Bei den Versuchen der Signalverarbeitung I geht es hauptsächlich darum, dass Sie selbst elektronische Schaltungen aufbauen, sich mit Messgeräten (Digitalmultimeter, Oszilloskop…) und Netzteilen anfreunden und sicher mit ihnen umgehen können. Sie sollen ein Gefühl dafür bekommen, welche Eigenschaften die speziellen elektronischen Bauelemente und Schaltungen haben, die Sie später in der optischen Messtechnik einsetzen werden.
Die Versuche der Signalverarbeitung I im Einzelnen:
- Praktikum 1: Gleichsignale und Wechselsignale
- Praktikum 2: Wechselsignale, Gleichrichter und Transformatoren
- Praktikum 3: Komplexe Spannungsteiler und Filter
- Praktikum 4: Verstärkereigenschaften und OP-Schaltungen I
- Praktikum 5: OP-Schaltungen II: Addierer, Integrierer, Transimpedanzverstärker, Optokoppler
In den Versuchen der Signalverarbeitung II sind Sie bereits mit dem Aufbau einfacher Schaltungen und mit der Bedienung der (Mess-)Geräte vertraut.
Die Versuche der Signalverarbeitung II im Einzelnen:
- Elektronik 1: Nach der vorlesungsfreien Zeit machen Sie sich kurz wieder mit den Geräten vertraut. Anschließend fangen Sie Licht verschiedener Lichtquellen mit einer Photodiode auf und beschreiben Ihre Beobachtungen. Sie lernen wie die Empfindlichkeit der Photodiode über einfache Messmethoden bestimmt werden kann und vergleichen Ihre Messergebnisse mit Angaben aus dem Datenblatt
- Elektronik 2: In diesem Versuch bauen Sie einen Strom/Spannungswandler mit einem Operationsverstärker auf. Sie verwenden die Schaltung dann, um den Photostrom einer Photodiode als Funktion der Bestrahlungsstärke zu vermessen. Aus den Messdaten bestimmen Sie erneut die Empfindlichkeit der Photodiode und vergleichen sie mit der Angabe im Datenblatt.
Labor Angewandte Optotechnik
In dem Labor zur angewandten Optotechnik I lernen Sie zunächst „händisch“ wie sich Strahlen in einem System, das aus mehreren optischen Elementen besteht, ausbreiten. Anschließend simulieren Sie diese Systeme mit kommerziell verfügbarer Software. Sie lernen unterschiedliche Qualitätskriterien kennen, mit deren Hilfe Sie die Eigenschaften optischer Systeme beurteilen können.
Die Labore der angewandten Optotechnik II finden im 7. Semester statt.
Im Laufe Ihres bisherigen Studiums haben Sie bereits kennengelernt, wie es ist in einem Team an einer bestimmten Aufgabe – an einem Projekt – zu arbeiten. In den Laboren zur angewandten Optik II wählen Sie einen der angeboten Laborversuche aus. Diesen Laborversuch sollen Sie selbstständig in Ihrem Team bearbeiten.
Sie haben dabei die Möglichkeit sich mit einem Themengebiet nochmals intensiver zu beschäftigen, Ihr Wissen auf diesem Gebiet zu vertiefen und nochmals Projektarbeit zu üben. In jedem Laborversuch beschäftigen Sie sich mit der entsprechenden Theorie, führen Messungen durch und vergleichen Ihre Messergebnisse mit Simulationen.
In Kurzvorträgen werden Sie am Ende des Semesters Ihre gewonnenen Erkenntnisse Ihren Kommilitonen und Kommilitoninnen vorstellen.
Die Versuche der Angewandten Optik im Einzelnen:
- Beleuchtung
- Dünne Schichten
- Polarisation
- Interferenz
- Erbium-dotierter Faserverstärker
- Planarer Wellenleiter
Labor Faseroptik
Die Faseroptik (Lichtwellenleiter = LWL, Lichtleitfasern) findet immer mehr Verbreitung in der Kommunikationstechnik. Eingesetzte Faserlängen bewegen sich hier im Bereich von 1000 km ohne Zwischenverstärkung (Transkontinentalverbindungen). Weitere Einsatzgebiete sind LAN-Netzwerke (lokale Rechnervernetzung z. B. in Hochschulen oder Firmen), Verbindungen zwischen High-End-Audiogeräten (CD-Spieler an digitalem Verstärker), faseroptische Sensoren ("Faserkreisel"-Kompass), Faserlaser sowie beleuchtende und abbildende Optiken (z. B. Endoskopie in der Medizin).
Das Faseroptik-Labor besteht weitgehend aus einem Experimentiersatz nach dem Baukastenprinzip und ist in zwei Koffern verpackt. Dies hat den Vorteil, dass die zunächst verwirrende Vielzahl von Bauelementen überschaubar angeordnet ist.
Der Schwerpunkt des Praktikums liegt nicht, wie in ähnlich genannten Labors der Elektrotechnik, in der Technik der Informationsübertragung, sondern im Verstehen der Funktionsweise und der optischen Eigenschaften von Lichtleitfasern und in der Messtechnik.
Wer das Labor absolviert hat kann:
- Fasern abisolieren
- Fasern abschneiden und die Endflächen beurteilen (besonders wichtig zur effektiven Ein- und Auskopplung des Laserstrahls)
- den Laserstrahl in den Faserkern einkoppeln
- vieles mehr, was später einmal im Berufsleben auf einen Optotechniker zukommen kann und als "Grundlagenwissen" auch in Zukunft nicht von der rasanten Entwicklung überholt wird.
Ausstattung des Labors:
- Newport Experimentiersatz Lichtwellenleiter verpackt in zwei Koffern: 50 m und 500 m Multimode-LWL, 2 x 20 m Einmoden-LWL, Faserhalter, Einkoppler, Montagebrett, Schmelzkoppler, Arbeitsbuch, Stifte und Stifthalter zur Montage der Bauteile, Mikroskopobjektive, 1mW HeNe-Laser, GRIN-Linsen, Strahlteiler, u. v. m.
- Fasermikroskop mit einer CCD-Kamera zur Beurteilung der Faserendflächen, gleichzeitig kann die eingekoppelte Lichtwelle im Nahfeld (direkt an der Faserendfläche) betrachtet werden, angeschlossen an einen Bildverarbeitungsrechner zur Verarbeitung und Dokumentation der aufgenommenen Bilder
- Hochpräzisions-Faserschneider
Für die Teilnahme am Faseroptik-Labor ist eine jährliche Laserschutzunterweisung Pflicht. Sie wird jeweils am Anfang des Wintersemesters gehalten.
Labor Lasertechnik
LASER ist die Abkürzung für "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", dt.: Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung. Im Lasertechnik-Labor werden Laser aus diskreten Bauteilen aufgebaut, d. h. die "Lichtverstärkung" und die "stimulierte Emission" kann man selbst in die Hand nehmen und daran herumschrauben (das ist natürlich nur symbolisch zu verstehen).
Im Labor findet man Laser, wie sie in der Industrie, z. B. in der Materialbearbeitung, oder Forschung, z. B. Analytik, eingesetzt werden. Dies garantiert beim Wechsel von der Hochschule in die Industriepraxis, dass man die Lasertypen, die man kennen gelernt hat, sofort auch dort bedienen kann.
Die Ausbildung im Laserlabor erfolgt begleitend zu der Vorlesung Lasertechnik, so dass viele der in der Vorlesung kennengelernte Aspekte des Laservorganges bzw. von Lasergeräten dann im Laborbetrieb handgreiflich vertieft werden können.
Ausstattung des Labors:
- Herzstück des Labors ist ein schwingungsisolierter optischer Tisch: 2,40x1,20m, ca. 500 kg schwer
- optische und mechanische Bauteile zum Aufbau eines HeNe-Lasers und eines frequenzverdoppelten Nd:YAG-Lasers
- Hochleistungsdiodenlaser (ca. 45 W) der Firma DILAS, Mainz
- Nd:YAG-Laser (ca. 30 W) der Firma IDAR-Laser, Idar-Oberstein
- Laserleistungsmessgeräte (Fieldmaster) der Firma Coherent
- Spektrumanalysator zum Messen der Frequenzeigenschaften des Laserlichtes
- Laserstrahlanalysator zur Bestimmung des Strahlprofiles
- Fourier Transform Interferometer mit der Funktion als Spektrumanalysator
Hier ein Blick auf einige Versuche:
- HeNe-Laser mit offenem Resonator: Aufbau eines HeNe-Lasers aus diskreten Bauelementen, Justierung der optischen Komponenten, Berechnen und Messen der Strahlparameter und Resonatoreigenschaften. Ein besonderes Erfolgserlebnis ist garantiert, wenn der selbst aufgebaute Laser zum ersten Mal "anschwingt"! Hier werden auch praktische Dinge, wie z. B. das Putzen von Resonatorspiegeln, erlernt.
- Aufbau eines diodengepumpten Nd:YAG-Lasers: Ähnlich wie beim Versuch zum He-Ne-Laser werden die Eigenschaften eines Diodenlasers gemessen. Die Diode wird zum Betrieb des Nd:YAG-Lasers benutzt (optisches Pumpen), der dann später, frequenzverdoppelt, grünes Licht produziert (hier ist das zweite Erfolgserlebnis garantiert).
- Hochleistungsdiodenlaser: Die Strom-Leistungskennlinie von Hochleistungsdiodenlasern wird analysiert. Strahleigenschaften direkt am Auskoppelspiegel des Diodenlasers (Nahfeld) werden ebenso untersucht wie Strahleigenschaften in großem Abstand von der Diode. Temperatureinflüsse auf den Diodenlaserbetrieb werden gemessen.
- Nd:YAG-Laser höherer Leistung: Ein moderner Nd:YAG-Laser, angeregt mit Hochleistungsdiodenlasern, wird aus diskreten Elementen aufgebaut. Werkstoffe werden bearbeitet.
Für die Teilnahme am Lasertechnik-Labor ist eine jährliche Laserschutzunterweisung Pflicht. Sie wird jeweils am Anfang des Wintersemesters gehalten.
Labor Optische Messtechnik
In diesem Labor lernen Sie einfache optische Aufbauten zur Messtechnik kennen. Die meisten Versuche werden von Ihnen komplett „zerlegt“ und wieder neu aufgebaut. Dadurch erlernen Sie den Umgang mit gängigen mechanischen Standardkomponenten, wie z.B. Linsenhalter, Blenden oder Lineartischen. Aus den Prinzipskizzen, die Sie in der begleitenden Vorlesung kennen lernen, werden so optische Geräte zum Anfassen und Ausprobieren.
Nach der Justage und Kalibrierung der optischen Aufbauten führen Sie Messungen durch, dokumentieren Ihre Ergebnisse in einem Laborbuch und beurteilen die Messgenauigkeit der von Ihnen aufgebauten Systeme.
Die Versuche der optischen Messtechnik im Einzelnen:
- Michelson-Interferometer
- Lichtschnitt-Mikroskop
- Ausgedehnte Lichtquelle
- Mach-Zehnder Interferometer
- Triangulationssensor
- Weisslicht Interferometrie (Sub-Nano-Messtechnik)
Labor Lichtmesstechnik - unser lichttechnischer Kreativraum
Hier können Sie nach Belieben „rund ums Licht“ Basteln und Messen!
Ganz egal, ob Sie die Beleuchtungsstärkeverteilung von Autoscheinwerfern oder Burgenbeleuchtungen, die Leuchtdichte von Displays oder die spektrale Verteilung von LEDs messen wollen.
Hier steht Ihnen eine Vielzahl von Messgeräten zur Verfügung, die nur darauf warten von Ihnen verwendet zu werden! Einige der Messgeräte, wie das Zweiachsphotogoniometer kennen Sie vielleicht schon aus den Laborversuchen der angewandten Optik oder einem studentischen Projekt.
Mit der Funktionsweise anderer Messgeräte möchten Sie sich vielleicht im Rahmen Ihrer Bachelor- oder Masterarbeit beschäftigen…
Ein kleiner Auszug der im Lichtmesstechniklabor zur Verfügung stehenden Messgeräte:
- Goniometer zur Vermessung von „großen“ Leuchten
- Zweiachsphotogoniometer zur Vermessung von LEDs
- Leuchtdichtekamera
- Imaging Sphere
- Spektrometer mit programmierbarer Lichtquelle
- Heißtransmissionsmesstechnik
- …
Labor Physik
Das Modul befasst sich mit der Untersuchung verschiedener physikalischer Phänomene:
- Arbeiten mit Mikroskopen, Erkennen und Bestimmen von Auflösungsgrenzen und deren limitierende Bauteile
- Nachweis der Wellennatur des Lichts durch Analyse des Interferenzmusters eines HeNe-Lasers und einer HgCd-Lampe im Einzel- und Doppelspaltversuch
- Experimentelles Bestimmen der Elektronenmasse und –ladung durch das Ableiten eines Elektronenstrahls im Fadenstrahlrohr mittels eines Helmholtz-Spulenpaares
- Beobachten und Messen des Effekts von Polarisatoren auf die Leistung einer Lichtquelle