Präzise manipulierte Lichtstrahlen

Ein von Ernst Csencsics entwickeltes Patent erlaubt es, kompaktere und effizientere Kippspiegelsysteme zu konstruieren.
Ein von Ernst Csencsics entwickeltes Patent erlaubt es, kompaktere und effizientere Kippspiegelsysteme zu konstruieren.(c) Die Presse (Clemens Fabry)

Der Elektrotechniker Ernst Csencsics entwickelte neuartige Kippspiegel. Eingesetzt werden diese für optische 3-D-Messsysteme in industriellen Produktionslinien.

In vielen technischen Anwendungen von der Materialbearbeitung über den 3-D-Druck oder Projektionssysteme bis zur optischen Kommunikation müssen Laserstrahlen auf einen richtigen Punkt gelenkt werden. Bei der industriellen Produktion beispielsweise von Kugellagern für die Automobilindustrie werden optische Punktmesssysteme eingesetzt, um die geforderten Toleranzen in Bezug auf die Oberflächenstruktur und die Maßhaltigkeit im Tausendstelmillimeterbereich einzuhalten.

 

Für die nächste Sensorengeneration

Der 31-jährige Ernst Csencsics, Postdoc am Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik der Technischen Universität (TU) Wien, entwickelte in seiner Dissertation am Christian-Doppler-Labor mit dem Titel „Precision Engineering for Automated Inline Metrology“ mechatronische Kippspiegelsysteme mit elektronischen und mechanischen Komponenten für die nächste Generation optischer Sensoren. Diese Systeme ermöglichen künftig das hochgenaue dreidimensionale Vermessen von Komponenten für die industrielle Fertigung. Die Kippspiegel können Lichtstrahlen präziser, schneller und energiesparender als bisherige Systeme manipulieren. Für seine Sub-auspiciis-Promotion verlieh ihm der Bundespräsident im Oktober 2018 den Ehrenring der Republik Österreich.

Csencsics hatte sich das Ziel gesetzt, Systeme zu entwickeln, die über die Leistungsgrenzen auf dem Markt verfügbarer Kippspiegelsysteme hinausgehen. Mit Erfolg. Es gelang ihm, ein im Vergleich zu High-End-Systemen optimiertes Konzept zu erarbeiten: Die Präzision konnte um den Faktor zehn gesteigert und der Scanbereich um den Faktor 60 vergrößert werden. Der Energieverbrauch wurde um den Faktor 100 reduziert.

Kippspiegelsysteme sind bewegliche Spiegel, die einen Lichtstrahl – den Laser – gezielt reflektieren. Dieses Prinzip ermöglicht bei optischen Messverfahren durch ein genaues Ablenken des Messpunkts das dreidimensionale Vermessen von gefertigten Komponenten. Genauigkeit und Schnelligkeit können mit dieser Methode im Gegensatz zu taktilen Messverfahren effektiver gemessen werden.

„Ich habe in einem integrierten Systemansatz die Interaktion zwischen den Systemkomponenten systematisch untersucht“, sagt Csencsics. Bei der Analyse bestehender Kippspiegeltechnologien ging es darum, das Zusammenspiel von Aktoren (Antrieben), Sensoren, der Mechanik und der Regelungstechnik (Elektronik) zu optimieren. Das daraus resultierende Systemverständnis erlaubte es, die Einzelkomponenten gezielt aufeinander abzustimmen.

Ein von Csencsics entwickeltes und bereits patentiertes Aktuationsprinzip basiert auf der sogenannten Reluktanzkraft, wie sie bei Elektromagneten vorkommt. Damit lassen sich Kippspiegelsysteme, welche sich aufgrund ihrer kleinen Bauweise in optische Systeme gut integrieren lassen, kompakter und effizienter konstruieren.

 

Experimentelles Forschen

Die Herangehensweise des Wissenschaftlers ist im ersten Schritt praxisorientiert und passiert im Labor. „Zum Testen einer neuen Idee können für einen ersten Prototyp zum Beispiel Komponenten eines zerlegten Transformators inklusive selbst gewickelter Drahtspulen zum Einsatz kommen“, sagt der Forscher. Von Bedeutung sei letztendlich, dass man die theoretische Funktionsweise einer These experimentell so schnell wie möglich auf ihre Tauglichkeit prüft.

Auf die Frage, wie Csencsics seine Freizeit verbringe, meint er nicht ohne Augenzwinkern, dass er eine gefährliche Sportart mit höchstem Verletzungsrisiko ausübe: „Ich spiele einigermaßen regelmäßig mit Freunden Hallenfußball.“ Als weiteren Ausgleich zu seiner Forschungsarbeit joggt der Elektrotechniker gern und betreibt vorzugsweise Sportarten im Freien wie Skifahren und Tauchen. Nachdem er sich mit seiner Frau vor Kurzem ein Haus im Süden Wiens gekauft hat, bleibt dafür momentan allerdings wenig Zeit. Umzug und Umbauarbeiten fordern ihren Tribut. Seine berufliche Zukunft sieht Csencsics aktuell in einer akademischen Forscherkarriere an der TU Wien verankert.

ZUR PERSON

Ernst Csencsics (31) ist gebürtiger Wiener. 2011 schloss er sein Bachelorstudium ab, sein Masterstudium absolvierte er 2014 mit Auszeichnung an der TU Wien. 2017 beendete er sein Doktoratsstudium mit einer Sub-auspiciis-Promotion, also unter dem Ehrenschutz des österreichischen Bundespräsidenten. Seine Dissertation wurden mit dem Dr.-Ernst-Fehrer-Preis der TU Wien ausgezeichnet.

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("Die Presse", Print-Ausgabe, 02.03.2019)