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In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiges Verfahren zur Echtzeitüberwachung von Laserbohrprozessen vorgestellt. Die Untersuchungen werden an unterschiedlichen Materialien unter Einsatz eines passiv-gütegeschalteten Nd:YAG Lasers durchgeführt. Prozessbegleitend findet eine Aufzeichnung der akustischen Emissionen mit anschließender Analyse durch schnelle Fourier-Transformation statt. Hierdurch lassen sich der Durchbruch beim Bohren durch ein Material sowie der Materialübergang mehrschichtiger Systeme detektieren. Die akustischen Messungen werden durchAuswertung der Pulsfolge des Lasers mittels einer Fotodiode gestützt. Hierbei zeigt sich eine gute Übereinstimmung der im akustischen Spektrum dominanten Frequenz mit der jeweils im Laserburstauftretenden Pulsfrequenz. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht eine Echtzeitüberwachung beim Laserbohren mittels kostengünstiger und einfacher Hardware. Zudem zeichnet es sich im Gegensatz zu bestehenden Verfahren durch eine hohe Robustheit gegen äußere Störeinflüsse aus, da eine frequenzbasierte Auswertung stattfindet.
Unkonventionelle Spreng- und Brandvorrichtungen sind Bedrohungen in den weltweiten Konfliktherden und werden bei terroristischen Aktivitäten verwendet. Der Schutz von Menschen und Material erfordert daher effektive Gegenmaßnahmen. Dazu gehört auch die Anforderung an Sicherheitskräfte oder militärisches Personal, unbekannte Substanzfunde mit geringem zeitlichem und logistischem Aufwand vor Ort als gefährdend oder unkritisch einzustufen. Um Explosivstoffe von nicht-explosiven Materialien zu unterscheiden, kann die bei Explosivstoffen initiierbare, stark exotherme Reaktion genutzt werden. Diese resultiert in Strahlungsemissionen sowie in lokaler Druck- und Temperaturerhöhung. Die Messung dieser Reaktionseffekte und die Anforderung an eine mobile, einfach zu bedienende und robuste Analytik werden durch ein System ermöglicht, das Proben im einstelligen mg-Bereich durch schnelles Erhitzen auf mikrostrukturierten Heizern zum chemischen Umsatz anregt. Die emittierte Strahlung wird mit Photodioden im Bereich des sichtbaren und nah-infraroten Lichts aufgenommen, ein Sensor registriert die Druckerhöhung in einer geschlossenen Versuchskammer. In einem zweiten Aufbau werden die gasförmigen Reaktionsprodukte über ein Sensorarray von vier kommerziellen Gassensoren geleitet und die Signalantworten der Halbleitergassensoren mittels Hauptkomponentenanalyse ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die schnelle thermische Aktivierung für die untersuchten primären Explosivstoffe, Treibladungspulver, sowie Trinitrotoluol (TNT) reproduzierbar erfolgt. Nicht-Explosivstoffe werden dabei im untersuchten Umfang sicher als unkritisch erkannt. Die Auswertung der Gassensorsignale liefert eine Unterscheidung von Nitrat- und Peroxid-basierten Sprengstoffen sowie von nicht-explosiven Substanzen.
Durch Dotierung eines nematischen Flüssigkristalles mit einer chiralen Substanz wird eine helikal strukturierte Phase induziert, die in der Lage ist, einfallendes Licht wellenlängenselektiv zu reflektieren. Bei der Reaktion des Dotiermittels mit einem gasförmigen Analyten verändern sich die Ganghöhe dieser Struktur und damit die reflektierte Wellenlänge. Liegt diese im Bereich des sichtbaren Lichts, ist eine Farbänderung mit dem menschlichen Auge zu beobachten. Es ist dabei sinnvoll den Flüssigkristall z.B. in einem Polymer einzukapseln, um ihn vor mechanischen Einflüssen und Umwelteinflüssen zu schützen. Eine Möglichkeit zur Einkapselung ist das koaxiale Elektrospinnen. Vorteile sind unter anderem die Realisierung einer großen Oberfläche und einer sehr geringen Wanddicke der schützenden Schale, die die Diffusion von Gasen durch die Wand hindurch ermöglicht. Um die Funktionsfähigkeit eines solchen Sensors zu testen, wurde ein CO2-sensitiver Flüssigkristall verwendet. Dieser wurde in eine Schale aus Polyvinylpyrrolidon (PVP) versponnen und die Reaktion mit CO2 spektroskopisch analysiert.
Im Rahmen der Forschungsprojekte FeGeb und SPAI wurden bei zahlreichen Probanden Hautproben an mehreren Stellen des Gesichts, sowie der Arme und Hände, mit einem Nahinfrarot-Spektrometer (NIR, auch „Short Wave Infrared“, SWIR) erfasst und die Gesichter der Probanden zusätzlich mit einer hochwertigen Farb-Kamera, sowie einem selbst entwickelten multispektralen NIR-Kamerasystem aus mehreren Perspektiven aufgenommen. Vorrangiges Ziel dieser Messreihe war es, die Robustheit des an der Hochschule entwickelten Verfahrens zur berührungslosen Hauterkennung mittels multispektraler Nahinfrarotsensorik nachzuweisen. Haut ist im nahinfraroten Spektralbereich unabhängig von Geschlecht, Alter und Hauttyp sehr gut von anderen Materialien unterscheidbar. Weiterhin konnte mit Hilfe der so aufgenommenen Daten ein Klassifikator trainiert werden, der auch „Fälschungen“ wie beispielsweise Latexmasken zuverlässig von echter Haut unterscheiden kann.
Ein Teil der aus dieser Messreihe entstandenen Datenbank kann zum Download angefordert und für wissenschaftliche und akademische Zwecke in Forschung und Lehre kostenfrei verwendet werden.
The device (10) has a handrail (18) provided with an optical contactless monitoring device formed as an active sensor system, where the monitoring device is arranged in a region of a guide (14) of the handrail at a front base (16) of an escalator (12) or a moving pavement. The monitoring device has two transmission paths (28, 30) with wavelength bands that are different from each other, where one of the paths includes the handrail. Ratio or difference between signals of the paths is used for recognizing foreign bodies e.g. hands of adults and children.
At previous SIAS conferences, we presented a novel opto-electronic safety sensor system for skin detection at circular saws jointly developed with the Institute for Occupational Safety and Health of the German Social Accident Insurance (IFA). This work now presents the development results of our consecutive research on a prototype of a sensor system for more general production machine applications including robot workplaces. The system uses offthe shelf LEDs and photodiodes in combination with dedicated optics and a microcontroller system to implement a so-called spectral light curtain.
Microcontroller-based sensor systems offer great opportunities for the implementation of safety features for potentially dangerous machinery. However, in general they are difficult to assess with regard to their reliability and failure rate. This paper describes the safety assessment of hardware and software of a new and innovative sensor system. The hardware is assessed by standardized methods according to norm EN ISO 13849-1, while the use of model checking is presented as an approach to solve the problem of validating the software.
In this paper, we introduce an optical sensor system, which is integrated into an industrial push-button. The sensor allows to classify the type of material that is in contact with the button when pressed into different material categories on the basis of the material's so called "spectral signature". An approach for a safety sensor system at circular table saws on the same base has been introduced previously on SIAS-2007. This contactless working sensor is able to distinguish reliably between skin, textiles, leather and various other kinds of materials. A typical application for this intelligent push-button is the use at possibly dangerous machines, whose operating instructions include either the prohibition or the obligation to wear gloves during the work at the machine. An exemple of machines at which no gloves are allowed are pillar drilling machines, because of the risk of getting caught in the drill chuck and being turned in by the machine. In many cases this causes very serious hand injuries. Depending on the application needs, the sensor system integrated into the push-button can be configured flexibly by software to prevent the operator from accidentally starting a machine with or without gloves, which can decrease the risk of severe accidents significantly. Especially two-hand controls are incentive to manipulation for easier handling. By equipping both push-buttons of a two-hand control with material classification properties, the user is forced to operate the controls with his bare fingers. That limitation disallows the manipulation of a two-hand control by a simple rodding device.
Design of an Active Multispectral SWIR Camera System for Skin Detection and Face Verification
(2016)
Biometric face recognition is becoming more frequently used in different application scenarios. However, spoofing attacks with facial disguises are still a serious problem for state of the art face recognition algorithms. This work proposes an approach to face verification based on spectral signatures of material surfaces in the short wave infrared (SWIR) range. They allow distinguishing authentic human skin reliably from other materials, independent of the skin type. We present the design of an active SWIR imaging system that acquires four-band multispectral image stacks in real-time. The system uses pulsed small band illumination, which allows for fast image acquisition and high spectral resolution and renders it widely independent of ambient light. After extracting the spectral signatures from the acquired images, detected faces can be verified or rejected by classifying the material as "skin" or "no-skin". The approach is extensively evaluated with respect to both acquisition and classification performance. In addition, we present a database containing RGB and multispectral SWIR face images, as well as spectrometer measurements of a variety of subjects, which is used to evaluate our approach and will be made available to the research community by the time this work is published.
The use of manually fed machines (e.g. table saws) bares risks of injury that are clearly above the average level of other high risk workplaces.
The wide use of such machines causes severe problems for occupational safety and implies high costs for medical treatments and accident annuities.
This thesis presents a new concept of a multispectral sensor to monitor an area in front of a danger zone to detect the user’s limbs and trigger safeguarding measures to prevent an accident in time.
The sensor concept realizes a contact-free material classification, which comprises the development of a system design and specific safety requirements with respect to international safety standards.
Furthermore, a prototypical implementation using four wavebands, which were determined for skin detection through an analysis of reflectance spectra acquired specifically for this purpose, was built.