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CLUSTERREPORT OPTIK
Optische Technologien und Mikrosystemtechnik
in Berlin und Brandenburg
THE GERMAN CAPITAL REGION
excellence in photonics
CLUSTERREPORT OPTIK
Optische Technologien und Mikrosystemtechnik in Berlin und Brandenburg
Titelbild: Lasermaterialbearbeitung am Institut für Optik und Atomare Physik (IOAP)
© Ulrich Dahl - Pressestelle der Technischen Universität Berlin
Der Clusterreport Optik ist eine Publikation der TSB Innovationsagentur Berlin GmbH im Rahmen des Clustermanagements, welches
gemeinsam durch Berlin Partner GmbH, OpTecBB e.V., TSB Innovationsagentur Berlin GmbH und ZukunftsAgentur Brandenburg GmbH
vertreten wird.
Dieses Projekt wird aus Mitteln der Länder Berlin und Brandenburg sowie der Investitionsbank Berlin gefördert, kofinanziert von der Europäischen Union – Europäischer Fonds für Regionale Entwicklung.
Investition in Ihre Zukunft.
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5.1.3 Optische Messtechnik und Sensorik
„Optische Messverfahren sind für die Automatisierung
ganzer Produktionslinien bedeutungsvoll“
Interview mit Prof. Dr. Norbert Langhoff zur optischen Messtechnik und Sensorik
Optische Messtechniken werden als Messverfahren immer bedeutender. Welche wesentlichen Vorteile zeichnen die optischen Messtechniken aus? Gibt es typische Schwachpunkte?
Die optischen Messverfahren haben durch die Entdeckung des Laser-Prinzips und dessen vielfältigen Einsatz in technischen Anlagen sowie Konsumgütern eine enorme Erweiterung erfahren. Das
betrifft neue Messmethoden, die Messproduktivität, die Messgenauigkeit sowie die Messwertauflösung gleichermaßen.
Sehr bedeutungsvoll ist der zunehmende Einsatz optischer Messverfahren und Geräte im prozessnahen Bereich als Voraussetzung
für die Automatisierung ganzer Produktionslinien in der Industrie.
Sie zeichnen sich insbesondere durch eine berührungslose und
zerstörungsfreie Technik aus. Als typische Schwachpunkte treten
häufig die begrenzte Lebensdauer der Lichtquellen, der Preis von
Lasern sowie der Einfluss atmosphärischer Störungen wie z. B.
Feuchtigkeit oder Staub auf.
In welchen Bereichen werden optische Messtechniken schon jetzt auf
breiter Ebene eingesetzt? Gibt es auch kommerzielle Nutzer aus der
Hauptstadtregion und für welche Aufgaben setzen diese die Technologien ein?
Der Maschinenbau, die Halbleiterindustrie, der Automobilbau
u. a. in ihrer ganzen Breite und insbesondere alle NC-gesteuerten
Anlagen sind auf optische Messtechniken angewiesen. In BerlinBrandenburg existieren eine Reihe von Großfirmen wie Siemens
(Generatorenbau), BMW (Motorräder), Mercedes-Benz (Verbrennungsmotoren), Rolls-Royce (Strahltriebwerke für Flugzeuge), die
in vielfältiger Weise sowohl in der Fertigung als auch in der Qualitätskontrolle optische Verfahren nutzen.
Wie sind Forschung und Wissenschaft aus Berlin-Brandenburg bei
den optischen Messtechniken aufgestellt? In welchen Bereichen sind
die Einrichtungen führend, wo besteht Verbesserungsbedarf?
Mit dem gemeinnützigen Verein OpTecBB hat sich in den zurückliegenden mehr als 10 Jahren in der Region Berlin-Brandenburg
ein Netzwerk entwickelt, das in vielfältiger Weise Mitglieder aus
Forschung, Entwicklung und Fertigung vereint. In der Grundlagenforschung ist auf dem Gebiet der Ultrakurzzeit-Methoden
(Femtosekunden) das Max-Born-Institut in Berlin-Adlershof weltweit führend. Ein gutes Beispiel für diese Vorrangstellung ist die
erste laserplasmagestützte fs-Röntgenquelle, die gemeinsam mit
dem IfG Institute for Scientific Instruments GmbH bis zur Marktreife entwickelt wurde. Eine besonders hohe Konzentration von
Forschungspotenzial wie HZB, PTB, BAM, MBI, TU und Unternehmen findet man in unserer Region auf dem Gebiet der Röntgenphysik und –technologie.
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In der Hauptstadtregion fehlen oft die Unternehmen, die bedeutende
Entwicklungen aus Forschung und Wissenschaft auf dem Markt platzieren. Wird das Gründungspotenzial im Bereich der optischen Messtechniken voll ausgereizt und wo gibt es Verbesserungsmöglichkeiten? Auf welche Weise können sich auch kleinere Firmen national und
international behaupten?
Der Wissenstransfer zwischen Forschungseinrichtungen und Unternehmen konnte in den letzten Jahren erheblich intensiviert
werden. Gute Beispiele findet man in Berlin-Adlershof und BerlinBuch. Seitens der TSB Technologiestiftung Berlin wurde dieser
Prozess tatkräftig unterstützt. Dennoch sind die Möglichkeiten
bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Es wäre erstrebenswert
noch mehr junge Wissenschaftler mit guten Geschäftsideen zu
Ausgründungen zu motivieren. Sehr positiv könnten sich die noch
breiteren Publikationen von Beispielen gelungener Ausgründungen auswirken. Regelmäßige Seminare mit erfolgreichen Ausgründern an den Universitäten und Hochschulen wären eine gute
Grundlage. Bei Ausgründungen spielt neben der Produkt- oder
Verfahrensidee sowie dem Startkapital die nationale und internationale Vernetzung eine bedeutende Rolle. Günstig ist es, mit
dem „Netzwerken“ bereits vor der Ausgründung zu beginnen.
Hilfreich dabei sind Publikationen mit überzeugenden Anwendungen, die den Kundennutzen aufzeigen sowie die Teilnahme an
Konferenzen, Ausstellungen und frühzeitige Kontakte zur einschlägigen Industrie.
Für die optische Prozessmesstechnik gehören die industrielle Lebensmittelherstellung, die Pharmaindustrie, die Halbleitertechnologie
und die Photovoltaik zu den Haupteinsatzbereichen. Welche Einsatzfelder werden in der Zukunft hinzukommen?
Bei den genannten Industriezweigen (Lebensmittelherstellung,
Pharma) ist die optische Messtechnik insbesondere für die Automatisierung von Herstellungsprozessen und der Qualitätsprüfung fest etabliert. Eine zunehmend wichtige Rolle spielt der
Einsatz in der Umweltanalytik (Wasser, Boden, Luft), den Ressourcentechnologien sowie bei der Gewinnung von Wertstoffen
aus Abfällen.
UV- und Röntgentechnologien sind bereits lange auf dem Markt etabliert. Welche Neuerungen gibt es auf diesem Gebiet und welche wichtigen Errungenschaften und Erkenntnisse haben die Forschungseinrichtungen aus Berlin-Brandenburg dazu beigetragen?
Die Röntgentechnologien nehmen in der Region Berlin-Brandenburg im landesweiten und europäischen Vergleich eine starke Position ein. Getragen wird diese Aussage durch die „Leuchttürme“
in der Forschung wie das Helmholtz-Zentrum Berlin mit BESSY II,
die PTB, die BAM, das MBI und die TU Berlin, sowie die auf dem
5.1.3 Optische Messtechnik und Sensorik
Der sehr aufwändige Freie-Elektronen-Laser, auch Röntgenlaser genannt, wird für die Branche immer bedeutender. Welche Möglichkeiten bietet er und kann diese Technologie in Zukunft auch auf breiterer Ebene zur Anwendung kommen?
Mit der Verfügbarkeit von gepulstem Röntgenlicht höchster Intensität, das von Freien-Elektronen-Lasern generiert wird, können nunmehr Experimente durchgeführt werden, die der Untersuchung dynamischer Prozesse/Effekte auf der atomaren und
molekularen Ebene dienen. Nach Überwindung von zur Zeit noch
bestehenden technischen Problemen werden der Forschung und
Entwicklung neue Horizonte für die zeitaufgelöste Röntgenanalytik im fs-Bereich eröffnet.
Prof. Dr. Norbert Langhoff ( Jahrgang 1935) war von 19701991 Direktor des ZWG-Zentrum für wissenschaftlichen Gerätebau der Akademie der Wissenschaften der DDR. Bereits im
Jahre 1990 gründete er mit zwei weiteren Partnern die ISTCIndustrial, Science and Technology Consult GmbH. Von 19932010 war Norbert Langhoff geschäftsführender Gesellschafter der IfG-Institute for Scientific Instruments GmbH. Die
Kernkompetenzen dieses Institutes umfassen röntgenanalytische Methoden für die Stoff- und Strukturanalytik, speziell
von röntgenoptischen Systemen. Er ist Mitgründer und gegenwärtig Vorsitzender des IAP – Institut für angewandte
Photonik e.V. Norbert Langhoff gehört zu den Gründungsmitgliedern des Kompetenznetzes Optec-Berlin-Brandenburg (OpTecBB e.V.), dessen Vorstand er mehrere Jahre
angehörte. Auf seine Initiative ist die Gründung der VDI-Bezirkssektion Adlershof zurückzuführen, deren Ehrenvorsitzender er ist. 2011 wurde ihm das Bundesverdienstkreuz erster Klasse verliehen.
Gebiet der Röntgendetektoren führende Firma Bruker Nano
GmbH, bei Röntgenstrahlungsquellen die Firma rtw Dr. Warrikhoff GmbH Neuhagen sowie das IfG Institute for Scientific Instruments GmbH auf dem Gebiet von Röntgenoptiken. Durch die Erarbeitung einschlägiger Richtlinien und Normen haben diese
Firmen international beachteten Einfluss erzielt. Gemeinsame
Projekte haben die Grundlagen für die Integration von röntgenanalytischen Messköpfen in industrielle Fertigungsprozesse
gelegt. Maßgebend dafür waren die Minimierung von Strahlungsverlusten mit Hilfe von Optiken sowie aller Komponenten (Quellen, Detektoren).
Welche Merkmale hat die „Technologische Roadmap“ der UV- und
Röntgentechnik in Berlin-Brandenburg?
Ein Schwerpunkt im Rahmen der Tätigkeit von OpTecBB e.V. sind
die UV- und Röntgentechnologien. Um in kürzester Zeit und mit
einem möglichst hohem Niveau bei Vermeidung von Informationsverlusten die Zusammenarbeit zwischen Forschung und Unternehmen voranzubringen wurde in gemeinsamer Arbeit eine
„Technologische Roadmap“ erstellt, die abgeleitet aus den erkennbaren Trends der Märkte, sowie der Forschung gemeinsamer
Ziele für Produktentwicklungen kommerzielle Randbedingungen
abgesteckt hat. Im Verlauf von 10 Jahren haben die beteiligten Unternehmen ihren Gesamtumsatz nahezu verdreifacht.
Mit Ihrem Unternehmen IfG haben Sie eine Röntgenfarbkamera entwickelt. Welche Vorteile hat diese Kamera für die Medizinwelt und wie
weit ist der Entwicklungsstand?
Die Röntgenfarbkamera (RFK) ist das vorerst letzte Glied in einer
langen Entwicklungskette neuartiger Halbleiterdetektoren für
Röntgenstrahlung der letzten 15 Jahre. Ausgangspunkt dafür waren und sind die Entwicklung spezieller Detektionssysteme im
Halbleiterlabor des Max-Planck-Instituts für extraterristische Physik für Weltraumexperimente auf dem Gebiet der Röntgenastronomie.
Mit Unterstützung der IfG GmbH hat die Firma Röntec GmbH
(heute Bruker Nano GmbH) in Berlin Adlershof auf vertraglicher
Basis gemeinsam mit dem Halbleiterlabor eine neue Generation
von Silizium-Driftkammer-Detektoren (SDD) auf den Markt gebracht, die dazu führte, dass weltweit die bis dahin verwendeten
Si (Li)-Detektoren abgelöst wurden. Jährlich werden mehrere Tausend solcher SDD-Detektoren verkauft.
Für die RFK wird eine spezielle pn-CCD mit ca. 70.000 Pixeln verwendet, wobei jeder einzelner Pixel wie ein energiedispersiver
Detektor mit hoher energetischer Auflösung (150 eV) funktioniert. Der pn-CCD-Detektor wird mit einer Glas-Kapillarlinse zu einer vollwertigen Röntgenkamera komplettiert. Die Polykapillarlinse wirkt dabei wie ein 2-dimensionaler Kollimator, so dass die
einzelnen Bildpunkte jeweils abgebildet werden auf einzelne Pixel. Die bisher erreichten Ortsauflösungen mit vergrößernden Optiken liegen bei <10 µm. Die RFK ermöglicht somit die ParallelMessung von 70.000 Spektren eines Bildausschnittes von 10 x 10
mm² (mit 50 µm Ortsauflösung) bzw. 3 x 3 mm² (mit 10 µm Ortsauflösung).
Die bisherigen Applikationen konzentrieren sich auf analytische
Problemstellung (Elementanalyse) in den Materialwissenschaften
sowie Biologie. Anwendungen in der medizinischen Forschung
sind in der Vorbereitung. Für die Fluoreszenzanregung werden sowohl Synchrotronstrahlung als auch Laborröntgenquellen genutzt.
Das Interview führten Markus Wabersky und Arild Eichbaum
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9 Impressum
Impressum
CLUSTERREPORT OPTIK
Optische Technologien und Mikrosystemtechnik in Berlin und
Brandenburg
Herausgeber
Herausgeber dieses Reports ist die TSB Innovationsagentur Berlin
GmbH
TSB Innovationsagentur Berlin GmbH
Bereich Optik
Bereichsleiter Prof. Dr. Eberhard Stens
Fasanenstraße 85
10623 Berlin
porären Stand eines kontinuierlichen Arbeitsprozesses ab. Obwohl bei der Zusammenstellung der Informationen größte Sorgfalt angewandt wurde, kann die TSB Innovationsagentur Berlin
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Gewähr übernehmen.
In keinem Fall kann die TSB Innovationsagentur Berlin GmbH für
etwaige Schäden irgendwelcher Art verantwortlich gemacht werden, die durch die Benutzung oder im Zusammenhang mit der Benutzung der hier bereitgestellten Informationen entstehen, seien
es direkte oder indirekte Schäden bzw. Folgeschäden einschließlich entgangenen Gewinns.
Die TSB Innovationsagentur Berlin GmbH dankt allen Beteiligten
für die Mitarbeit zu diesem Clusterreport, einschließlich für die
Bereitstellung des Bildmaterials. Die Auswahl der portraitierten
Unternehmen und Forschungseinrichtungen ist exemplarisch für
die Region und erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
Alle Angaben ohne Gewähr.
Vertretungsberechtigter Geschäftsführer
Dr. Adolf M. Kopp
www.tsb-berlin.de
Redaktionelle Leitung:
Gerrit Rössler
Mit freundlicher Unterstützung der
ZukunftsAgentur Brandenburg GmbH
Steinstraße 104 – 106
14480 Potsdam
Projektassistenz:
Florian Oswald, Elisa Radtke
www.zab-brandenburg.de
Layout + Graphik:
Heike Rusch, Markus Wabersky
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Inhalt
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Druck:
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Bildnachweis:
Titelbild: Lasermaterialbearbeitung am Institut für Optik und
Atomare Physik (IOAP)
© Ulrich Dahl-Pressestelle der Technischen Universität Berlin
Berlin, Februar 2012