Ausgangssituation, Problemstellung oder Motivation
Die europäische Industrie befindet sich im schnellen Übergang zu grüner und intelligenter Fertigung, während Bereiche wie Photovoltaik und Mikroelektronik stark wachsen. Schon Schwankungen in der Produktionsausbeute von nur 1–3 % können hier zu Verlusten in Millionenhöhe führen. Gleichzeitig stoßen bestehende Messverfahren an ihre Grenzen: Punktspektroskopie misst nur einzelne Stellen, flächige hyperspektrale Verfahren sind zu langsam, und klassische Machine-Vision bleibt trotz sehr hoher Bildraten nahezu „blind“ für chemische Unterschiede. Wichtige Fehlerquellen wie Verunreinigungen, Änderungen von Schichtdicken, Mikrorisse oder Porosität werden dadurch oft nicht erkannt. Damit zeigt sich ein grundlegender Konflikt zwischen räumlicher/spektraler Auflösung, Geschwindigkeit und chemischer Empfindlichkeit – ein Konflikt, der zuverlässige Materialdiagnostik im industriellen Maßstab bis heute erschwert.
Ziele und Innovationsgehalt
Dieses kooperative F&E-Projekt greift direkt das Ausschreibungsthema „Laserbasierte Qualitätskontrolle“ auf. Ziel ist die Entwicklung einer wissenschaftlich fundierten industriellen Forschungslinie, die ein neuartiges Messprinzip für die spektrische Inline-Inspektion untersucht. Im Zentrum steht die Verbindung von Coded Aperture Snapshot Spectral Imaging (CASSI) – einer Technik, die ein komplettes hyperspektrales Datenpaket in nur einer einzigen codierten Aufnahme erfasst – mit dem Konzept der Fisher-Information (FI). FI beschreibt, wie viele verwertbare Informationen eine Messung über eine bestimmte Materialeigenschaft liefern kann; vereinfacht gesagt, wie gut kleinste Unterschiede erkennbar werden. Je höher die FI, desto präziser lassen sich minimale Veränderungen identifizieren und desto leistungsfähiger kann ein Messsystem werden. Durch FI-optimierte optische Codes und gezielte Abtaststrategien soll – bei vergleichbarer räumlicher und spektraler Auflösung – eine mehr als zehnfache Reduktion des Datenvolumens (≈10 % der üblichen Datenmenge) erreicht werden, bei gleichzeitig sehr hohen Bildraten im Millisekundenbereich, wie sie für laserbasierte Prozesse nötig sind. Der zentrale wissenschaftliche Ansatz lautet: Die Auflösung eines Messsystems ist keine fixe Eigenschaft des Sensors, sondern kann aktiv gestaltet werden, indem der Informationsfluss im optischen Aufbau und der nachgelagerten Auswertung optimiert wird. Dadurch entsteht ein neuer, physikalisch begründeter Weg zu sehr schneller und chemisch empfindlicher Spektroskopie.
Erwartete Ergebnisse oder Erkenntnisse
Das Projekt prüft experimentell, ob CASSI-Codierung, FI-gesteuerte Abtastung und physikalisch basierte KI ein gemeinsames, informationsorientiertes Messprinzip bilden können – und damit deutlich über klassische, heuristische hyperspektrale Verfahren hinausgehen. Die Leit hypothese lautet, dass spektrale Auflösung, Robustheit und chemische Sensitivität aktiv gestaltbar sind. Unter kontrollierten Laborbedingungen werden alle codierten Daten vollständig auf Edge-Hardware mit leichtgewichtiger, physikalisch basierter KI rekonstruiert; ausgegeben werden nur kompakte Qualitätsindikatoren im Sinne von Datenminimierung und AI Act. So liefert das Vorhaben grundlegende Einsichten in informationsgesteuerte Spektroskopie und bereitet den Weg für neue Generationen ultraschneller hyperspektraler Messsysteme in der europäischen Industrie.
