Logo der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

Virtuelle Experimente

Arbeitsgruppe 8.42

Übersicht

In einem virtuellen Experiment wird ein Messprozess mathematisch modelliert und auf dem Computer simuliert. Dabei wird angestrebt, das physikalische Experiment möglichst realistisch abzubilden. Mittels virtueller Experimente lassen sich unterschiedliche Szenarien in einfacher Weise durchspielen und Messverfahren können so auf dem Computer entworfen und spezifiziert werden. Darüber hinaus lassen sich mit virtuellen Experimenten die Genauigkeiten realisierter Messsysteme abschätzen. Durch Sensitivitätsanalysen können dominante Unsicherheitsquellen identifiziert und quantitativ untersucht werden, was dann zur Optimierung eines Messsystems genutzt werden kann. Virtuelle Experimente sind auch bei der Entwicklung von Methoden der Datenanalyse für reale Experimente hilfreich. So können unterschiedliche Schätzverfahren unter realistischen Bedingungen verglichen und Annahmen über die Verteilung von Messwerten geprüft werden.

Virtueller Nachbau eines Tilted-Wave Interferometers (links) und eine virtuelle 3D Messung einer optischen Oberfläche (rechts) mittels SimOptDevice.

Forschung

Forschungsschwerpunkte in der Arbeitsgruppe 8.42 der PTB sind virtuelle Experimente für optische Messvorrichtungen und die zugehörige Entwicklung von Datenanalyseverfahren für die Messdatenauswertung. Hierzu wurde die Simulationsumgebung SimOptDevice als Softwarebibliothek entwickelt, mit der mittlerweile eine Vielzahl von Anwendungen für die Formmessung, Photometrie, sowie der Längen- und Koordinatenmesstechnik realisiert worden sind. SimOptDevice wird ständig gepflegt und in seiner Funktionalität erweitert. Ein aktueller Schwerpunkt bei den Anwendungen von SimOptDevice ist das Tilted-Wave Interferometer zur Messung von Asphären- und Freiformoberflächen. Dabei werden Datenanalyseverfahren zur Lösung des dazugehörigen inversen Problems, sowie zur Justage des Messverfahrens entwickelt und mittels virtueller Experimente erprobt. Weitere Forschungsfragestellungen in der Arbeitsgruppe 8.42 der PTB sind die Ermittlung von Messunsicherheiten bei realen Messungen unter Zuhilfenahme virtueller Experimente sowie die Untersuchung von Möglichkeiten, Methoden des „deep learning“ im Zusammenhang mit virtuellen Experimenten einzusetzen. So lässt sich etwa mittels virtueller Experimente eine große Datenbank generieren, die dann für das Trainieren eines neuronalen Netzes zur Auswertung experimenteller Daten genutzt werden kann.

Publikationen

G. Kok, v. M. Dijk, G. Wübbeler;C. Elster
Metrologia,
2023.
L. Harren née Hoffmann
PhD Thesis
2022.
G. Kok, G. Wübbeler;C. Elster
Metrology, 2
311--319,
2022.
G. Wübbeler, M. Marschall, K. Kniel, D. Heißelmann, F. Härtig;C. Elster
Metrology, 2(1),
114--127,
2022.
G. Scholz, I. Fortmeier, M. Marschall, M. Stavridis, M. Schulz;C. Elster
Metrology, 2
84--97,
2022.
I. Fortmeier, M. Stavridis, M. Schulz;C. Elster
Measurement Science and Technology, 33(4),
2022.
L. Hoffmann, I. Fortmeier;C. Elster
tm - Technisches Messen,
2021.
M. Fischedick, M. Stavridis, G. Bartl;C. Elster
Metrologia, 58(6),
064001,
2021.
L. Hoffmann, I. Fortmeier;C. Elster
Machine Learning: Science and Technology,
2021.
L. Hoffmann;C. Elster
Journal of Sensors and Sensor Systems, 9
301--307,
2020.
M. Schenker, M. Stavridis, M. Schulz;R. Tutsch
Opt. Eng., 59(3),
034101,
2020.
I. Fortmeier, R. Schachtschneider, V. Ledl, O. Matousek, J. Siepmann, A. Harsch, R. Beisswanger, Y. Bitou, Y. Kondo, M. Schulz;C. Elster
Journal of the European Optical Society-Rapid Publications, 16(2),
2020.
R. Schachtschneider, M. Stavridis, I. Fortmeier, M. Schulz;C. Elster
Journal of Sensors and Sensor Systems, 8(1),
105--110,
2019.
R. Schachtschneider, I. Fortmeier, M. Stavridis, J. Asfour, G. Berger, R. B. Bergmann, A. Beutler, T. Blümel, H. Klawitter, K. Kubo, J. Liebl, F. Löffler, R. Meeß, C. Pruss, D. Ramm, M. Sandner, G. Schneider, M. Wendel, I. Widdershoven, M. Schulz;C. Elster
Measurement Science and Technology, 29(5),
055010,
2018.
I. Fortmeier
Berichte aus dem Institut für Technische Optik
2016.
I. Fortmeier, M. Stavridis, A. Wiegmann, M. Schulz, W. Osten;C. Elster
Opt. Express, 24(4),
3393--3404,
2016.
I. Fortmeier, M. Stavridis, A. Wiegmann, M. Schulz, W. Osten;C. Elster
Optics express, 22(18),
21313--25,
2014.
F. Schmähling, G. Wübbeler, M. Lopez, F. Gassmann, U. Krüger, F. Schmidt, A. Sperling;C. Elster
Applied optics, 53(7),
1481--7,
2014.
G. Ehret, M. Schulz, M. Baier;A. Fitzenreiter
Journal of Physics: Conference Series, 425(15),
152016,
2013.
A. Wiegmann, M. Schulz;C. Elster
tm - Technisches Messen, 78(4),
184--189,
2011.
A. Wiegmann, M. Stavridis, M. Walzel, F. Siewert, T. Zeschke, M. Schulz;C. Elster
Precision Engineering, 35(2),
183--190,
2011.
M. Schulz, G. Ehret, M. Stavridis;C. Elster
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 616(2-3),
134--139,
2010.
A. Wiegmann, M. Schulz;C. Elster
Optics express, 18(15),
15807--19,
2010.
A. Wiegmann
PhD Thesis
2009.
A. Wiegmann, M. Schulz;C. Elster
Optics Express, 17(13),
11098,
2009.
M. Schulz, A. Marquez, A. Wiegmann;C. Elster
DGaO Proceedings
2008.
A. Wiegmann, C. Elster, M. Schulz;M. Stavridis
DGaO Proceedings
2008.
M. Schulz, A. Wiegmann, A. Marquez;C. Elster
Opt. Pura Apl, 41
325,
2008.
(Open Access)
A. Wiegmann, M. Schulz;C. Elster
Optics Express, 16(16),
11975,
2008.
M. Schulz, A. Wiegmann;C. Elster
DGaO Proceedings
2007.
A. Wiegmann, C. Elster, R. D. Geckeler;M. Schulz
DGaO Proceedings
2007.
C. Elster, I. Weingärtner;M. Schulz
Precision Engineering, 30(1),
32--38,
2006.
M. Schulz;C. Elster
Optical Engineering, 45(6),
2006.
I. Weingärtner;C. Elster
Precision Engineering, 28(2),
164 - 170,
2004.
C. Elster, J. Gerhardt, P. Thomsen-Schmidt, M. Schulz;I. Weingärtner
Optik - International Journal for Light and Electron Optics, 113(4),
154 - 158,
2002.
C. Elster
In P. Ciarlini, A.B. Forbes, F. Pavese, D. Richter, Editor, Band Advanced Mathematical & Computational Tools in Metrology and Testing IV aus Series on Advances in Mathematics for Applied Sciences
Kapitel 5, Seite 76-87
Herausgeber: World Scientific Singapore,
53 Edition
2000.
C. Elster
Appl. Opt., 39(29),
5353--5359,
2000.
C. Elster
Journal of Computational and Applied Mathematics, 110(1),
177--180,
1999.
C. Elster;I. Weingärtner
Applied Optics, 38(23),
5024,
1999.
C. Elster;I. Weingärtner
Journal of the Optical Society of America A, 16(9),
2281,
1999.
Export als:
BibTeX, XML