Mehrere Projekt- und Abschlussarbeiten im Projekt SPR

Projektbeschreibung:

Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit der AG Keusgen der Universität Marburg soll ein SPR (Oberflächen-Plasmon-Resonanz) technisch erneuert werden. Diese Überarbeitung beinhaltet verschiedene Arbeitsbereiche, die in Projekt-, Bachelor-, oder auch Masterarbeiten abgebildet werden können. Eine Kontaktperson mit der nötigen Bedien- und Entwicklungserfahrung ist in Marburg und kann jederzeit kontaktiert werden. Ein enger Austausch in der Kooperation sollte ohnehin stattfinden.

Konzeption einer neuen Steuereinheit:

Aktuell wird das Gerät über einen veralteten Industrie-PC gesteuert. Über eine Data-Translation-Karte werden Signale und Befehle an weitere Steckkarten übermittelt. Auf dem PC laufen verschiedene Bedienprogramme mit denen der Messablauf automatisiert, überwacht und gesteuert werden kann. Die neue Steuereinheit sollte nach neuestem Stand aufgebaut werden und die Möglichkeiten bieten, durch Erweiterungen und eine höhere Konnektivität, neue Funktionen und Komponenten mit einbinden zu können.

• Analyse der Anforderungen der neuen Steuereinheit
  • Software
  • Betriebssystem
  • Bedienung
  • Hardwareanforderungen
• Bestimmung der benötigten Anschlüsse
  • Signalformen der alten Steuerung übernehmen
  • Option für neue Schnittstellen
• Beschaffung der Hardware und in Testaufbau integrieren.

Transformation der Bediensoftware:

Die Bediensoftware ist veraltet und entspricht nicht den aktuellen Standards. Für die neue Steuereinheit muss die alte Software mit den hinterlegten DLLs entsprechend transformiert werden. Hierfür gilt es die aktuelle Software zu untersuchen und ein Konzept für die Umsetzung auf einem neuen System zu erstellen. Dieses Konzept sollte dann entsprechend umgesetzt werden. Da es verschiedene Bedienoberflächen und Programme gibt, muss entsprechend eine Prioritätenliste zur Umsetzung der einzelnen Funktion erstellt werden. Eine regelmäßige Kontrolle dieser Prioritäten und Funktionen ist entscheidend für den Erfolg der Transformation.

Verbesserung einer Schrittmotorsteuerung:

Das SPR-Gerät besitzt einen Autosampler, welcher die eingesetzten Stoffe mittels Pipette in die Messkammer befördert. Dieses dreiachsige System weist eine gelegentliche Anfälligkeit auf. Diese zeigt sich darin, dass die Schrittmotoren nicht beschleunigen und stehen bleiben. Die veraltete Steuerung muss überarbeitet werden und durch einen neue ersetzt werden. Die Kommunikation der neuen Schrittmotorsteuerung muss entsprechend kompatibel sein mit der neu konzeptionierten Steuereinheit. Eine genaue Überwachung der Positionierung mittels Inkrementalgeber soll in die neue Steuerung integriert werden. Eine Neuentwicklung der Mechanik ist nicht notwendig.

Ansprechpartner:

 Prof. Dr.-Ing. Jochen Frey

Entwicklung einer steuerbaren, temperaturstabilisierten kohärenten Lichtquelle für Reflexionsuntersuchungen

Inhalte:

Im Rahmen eines Forschungsprojektes soll ein optisches Messsystem zur Bewertung der Verwendbarkeit neuartiger Nanostrukturoberflächen zur Reflexionsminderung entwickelt werden.

Aufgaben:

Für ein bereits vorhandenes Messsystem muss eine neue Strahlungsquelle entwickelt werden. Diese muss eine inkohärente Quelle (LED) enthalten, die temperaturstabilisiert ist und in ihrer Abstrahlleistung geregelt und steuerbar ist. Durch Austausch der Quelle soll die Wellenlänge änderbar sein. Für das fertige Design soll eine Platine erstellt werden.

Kenntnisse:

• Interesse an Optoelektronik
• Programmierkenntnisse C für Mikrocontroller (Arduino)
• Kenntnisse Hardwareentwicklung und Elektronik
• Kenntnisse im Layouten von Platinen

Ansprechpartner:

 Prof. Dr.-Ing. Jochen Frey, Malte Nickel M.Sc.

Erweiterung der Software eines optischen Messsystems

Inhalte:

Im Rahmen eines LOEWE3 Verbundforschungsprojekt soll ein optisches Messsystem zur Bewertung neuartiger Nanostruktur Oberflächen entwickelt werden. Diese stellen die Grundlage für eine völlig neue Verbindungstechnologie dar. Um deren Qualität bewerten zu können, müssen bestimmte Fehlerbilder detektiert werden.      

Zur Detektion einiger der oben erwähnten Fehlerbilder ist die Kenntnis der Oberflächenstruktur nötig. Dazu wurde ein optisches Messsystem mit Auswertungssoftware aufgebaut. 

Aufgaben:

Die vorhandene Steuer- und Messsoftware soll auf zwei Ebenen grundsätzliche umgebaut werden, um das Messsystem vom Windows Scheduler entkoppeln zu können, welcher eine Beeinträchtigung der Messgenauigkeit verursacht.

Zunächst soll die Handhabung von Events zwischen Sensor, Verfahreinheit und PC auf das Signal/Slot-Modell umgebaut werden. Dazu müssen Getter- und Setter-Funktionen zur Kommunikation der Klassen untereinander implementiert werden. Ferner ist damit die Synchronisation zwischen externer Hardware und PC zu realisieren

Im zweiten Arbeitspaket soll ein separater Thread (Multithreading) und dessen Kommunikation mit den anderen Klassen implementiert werden, der die graphische Benutzeroberfläche vom Rest des Systems entkoppelt.

Programmiert wird in der Sprache C++ mit Qt.

Kenntnisse:

• Programmierkenntnisse in C++ (Module Softwareentwicklung und Höhere Informatik)
• Kenntnisse in Multithreading-Techniken
• Kenntnisse in objektorientierter Programmierung wünschenswert
• Kenntnisse im Umgang mit Qt, speziell Signal/Slot wünschenswert

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. Jochen Frey, Malte Nickel M.Sc.

Optisches Messsystem für Nanostruktur-Oberflächen

Inhalte:

Im Rahmen eines LOEWE3 Verbundforschungsprojekt soll ein optisches Messsystem zur Bewertung neuartiger Nanostruktur Oberflächen entwickelt werden. Diese stellen die Grundlage für eine völlig neue Verbindungstechnologie dar. Um deren Qualität bewerten zu können, müssen bestimmte Fehlerbilder detektiert werden.

Zur Detektion einiger der oben erwähnten Fehlerbilder ist die Kenntnis der Oberflächenstruktur nötig. Die Auflösung in lateraler und longitudinaler Richtung sollte möglichst fein sein. Daher soll die Probe mit einem Laserstrahl abgerastert werden und an jedem Punkt das entstehende optische Signal ausgewertet werden. 

Aufgaben:

In dieser Abschlussarbeit soll ein Testaufbau entwickelt werden, mit welchem die Anwendbarkeit des Messprinzips auf die Problemstellung demonstriert werden kann. Dazu soll zunächst die Abtastung der Probe mittels Laser implementiert werden. Des Weiteren ist die Aufnahme des optischen Signals mit geeigneten Sensoren, sowie die Verarbeitung und Darstellung der Ergebnisse hieraus Teil der Aufgabe.

Kenntnisse:

• Interesse an Optoelektronik
• Interesse im Umgang mit Laserquellen
• Erste Kenntnisse Hardwareentwicklung und Elektronik wünschenswert
• Grundkenntnisse in MATLAB
• Erste Erfahrungen mit optischen Systemen wünschenswert
  

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. Jochen Frey, Malte Nickel M.Sc.

Analoge Schaltungstechnik für optischen Sensor

Inhalte:

Im Rahmen eines Forschungsprojektes am Fachbereich EI, in Kooperation mit dem Fachbereich Pharmazie der Phillips-Universität Marburg, wird ein Messsystem entwickelt, um biologische Marker quantitativ zu erfassen. Diese biologischen Marker sind sogenannte Fluoreszenz-Marker, welche häufig in der Pharmazie für verschiedenen Messmethoden eingesetzt werden.

Die nützlichen Eigenschaften der Fluoreszenz-Marker liegen darin, dass sie Energie in Form von Licht absorbieren können und unter bestimmten Bedingungen wieder als optische Energie emittieren. Das emittierte Licht wird von einem optischen Sensor, ein sogenannter Photonenmischdetektor (PMD), empfangen und das Ausgangssignal entsprechend verändert.

Aufgaben:

Im Rahmen dieser Projektarbeit soll die Umgebung für den vorhandenen Sensor entwickelt werden. Hierbei geht es darum, eine Leiterplatte zu layouten, die eine optimale Umgebung für den PMD-Sensor darstellt.

Des Weiteren geht es um eine saubere Signalführung der analogen und digitalen Signale. Zur Wandlung der analogen in digitale Signale sollte ein passender ADC ausgewählt werden, der entsprechend in die Umgebung integriert wird.

Die Ansteuerung des PMD-Sensors und des ADCs erfolgt über einen Mikrocontroller. Hierfür muss der benötigte Code programmiert und getestet werden.

Kenntnisse:

• Interesse an optischen Sensoren
• Fachkenntnisse Hardwareentwicklung
• Fachkenntnisse Mikrocontroller-Programmierung
• Grundlegende Kenntnisse Layoutsoftware (EAGLE, ...) und Baugruppendesign
• Erfahrung mit der Bestückung von SMD-Bauteilen von Vorteil
• Fachkenntnisse analoger & digitaler Signalverarbeitung

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. Jochen Frey, Jonathan Bier M.Sc.

Ansteuermodul für Laserdiode

Inhalte:

Im Rahmen eines Forschungsprojektes am Fachbereich EI, in Kooperation mit dem Fachbereich Pharmazie der Phillips-Universität Marburg, wird ein Messsystem entwickelt, um biologische Marker quantitativ zu erfassen. Diese biologischen Marker sind sogenannte Fluoreszenz-Marker, welche häufig in der Pharmazie für verschiedenen Messmethoden eingesetzt werden. 

Die nützlichen Eigenschaften der Fluoreszenz-Marker liegen darin, dass sie Energie in Form von Licht absorbieren können und unter bestimmten Bedingungen wieder als optische Energie emittieren.

Für dieses Forschungsprojekt soll das Licht einer Laserdiode zum Einsatz kommen, um die biologischen Marker entsprechend anzuregen.

Aufgaben:

Im Rahmen dieser Projektarbeit soll eine Ansteuerung für eine vorhandene Laserdiode weiterentwickelt werden. Hierfür gibt es bereits zwei Ansätze, welche näher auf das jeweilige Schaltverhalten untersucht werden sollen. Aus diesen Untersuchungen heraus soll die Ansteuerung weiter optimiert werden und weitere Komponenten wie Stromquelle, Regelung der Laserdiode entwickelt werden.

Für die gesamte Ansteuerung soll eine Leiterplatte konstruiert werden, welche in ein passendes Gehäuse eingebaut werden kann. Dieses Gehäuse muss so konstruiert werden, dass der austretende Lichtstrahl möglichst parallel ist und der Schutzklasse I entspricht.

Kenntnisse:

• Interesse an Laserdioden und dazugehöriger Optik
• Fachkenntnisse Hardwareentwicklung
• Grundlegende Erfahrungen mit Simulationsprogrammen (LTSpice, ...)
• Fachkenntnisse Mikrocontroller-Programmierung
• Grundlegende Kenntnisse Regelungstechnik
• Grundlegende Kenntnisse Layoutsoftware (EAGLE, ...) und Baugruppendesign
• Erfahrung mit der Bestückung von SMD-Bauteilen von Vorteil

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. Jochen Frey, Jonathan Bier M.Sc.

Sinus-Rechteck-Wandler

Inhalte:

Im Rahmen eines Forschungsprojektes am Fachbereich EI, in Kooperation mit dem Fachbereich Pharmazie der Phillips-Universität Marburg, wird ein Messsystem entwickelt, um biologische Marker quantitativ zu erfassen. Diese biologischen Marker sind sogenannte Fluoreszenz-Marker, welche häufig in der Pharmazie für verschiedenen Messmethoden eingesetzt werden. 

Für dieses Messsystem werden drei phasen-synchrone Rechtecksignale benötigt. Zwei dieser Signale müssen im Gegentakt zueinander liegen und das dritte sollte einen möglichst kurzen Puls (30-40ns) aufweisen. Die Anstiegs- und Abfallzeiten sollten im Bereich < 10ns liegen. Ein vorhandenes DDS-Board liefert bereits phasen-synchrone Sinussignale.

Aufgaben:

Mit dieser Projektarbeit soll ein Modul entwickelt werden, welches aus den vorhandenen Sinussignalen die benötigten Rechtecksignale wandelt. Durch Steuersignale sollen die Rechtecksignale EIN bzw. AUS geschaltet werden. Im ausgeschalteten Zustand soll der anliegende Pegel gehalten werden.

Kenntnisse:

• Fachkenntnisse Hardwareentwicklung
• Grundlegende Kenntnisse Layoutsoftware (EAGLE, ...) und Baugruppendesign
• Erfahrung mit der Bestückung von SMD-Bauteilen von Vorteil

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. Jochen Frey, Jonathan Bier M.Sc.