Spurensicherung per Laser: Unsichtbares wird sichtbar und messbar

IR-Lasertechnologie von Scanovis revolutioniert die Kriminaltechnik, Ophir Messtechnik vereinfacht Justage der Optiken

Geht es nach den Entwicklern bei Scanovis, einem Start-up-Unternehmen mit Sitz in Koblenz, sind die Zeiten von Pinsel, Puder und Chemie zur Spurensicherung an Tatorten bald vorbei. Das Unternehmen entwickelte eine laserbasierte Lösung, die u.a. Fingerspuren am Tatort mit IR-Laserstrahlung findet, in einem 3D-Scan in Minutenschnelle sichtbar und digital verfügbar macht. Entscheidend für den Durchbruch der Technologie sind die Präzision der durch den Laserscanner gelieferten Ergebnisse und die einfache Handhabung der Lösung. Doch wie lassen sich Optiken einstellen, wenn ein relativ schwacher Laser im mittleren Infrarot-Spektrum (MIR) verwendet wird? Gemeinsam mit den Messtechnik-Experten von Ophir kombinierte das Unternehmen erfolgreich unterschiedliche Messmethoden.

Laser forensics: The invisible, revealed and measured
BU: Das Scannersystem von Scanovis nutzt einen Infrarot-Laser, um Spuren von Körperflüssigkeiten, natürlichen Ölen oder Schweiß auf Oberflächen zu entdecken.

Laser in der Kriminaltechnik
Die Vorteile des neu entwickelten Systems liegen auf der Hand: Mit dem MIR-Laserscanner sind Ergebnisse sofort verfügbar, Fingerabdrücke werden digital erfasst und direkt abgeglichen, DNA-Spuren nicht durch den Einsatz chemischer Substanzen verändert und die Mitarbeitenden müssen nicht mit giftigen Substanzen hantieren. Die grundsätzliche Funktion basiert darauf, dass Reste von Körperflüssigkeiten, natürliche Öle und Schweiß Strahlen im Infrarot-Bereich absorbieren. Die Scan-Lösung von Scanovis lenkt einen fokussierten Laserstrahl über ein Schwingspiegelsystem auf ein Objekt. Anschließend wird der gleiche optische Weg für den reflektierten Strahl genutzt und dieser mit einer Photodiode gemessen. Wird eine Fläche mit Fingerabdruck vom Laserstrahl getroffen, wird - im Gegensatz zu spurenfreien Bereichen - nur ein Teil des Signals reflektiert. Nach diesem Prinzip wird der gesamte Raum analysiert. Durch die Verwendung eines Schwingspiegelsystems ist es möglich, die Oberflächen punkt- und linienweise zu rastern und somit ein Bild zu generieren.

Laser forensics: The invisible, revealed and measured
BU: Messprinzip des Scanovis Systems basiert auf der geringeren Reflektion des ausgesendeten IR-Laserstrahls beim Auftreffen auf eine Fingerspur.

Herausforderung Justage
Um präzise Ergebnisse zu liefern, muss das Lasersystem genau justiert werden. Bei sichtbaren Laserstrahlen lassen sich einige Einstellungen direkt durch Beobachtung justieren, bei dem Scanovis System wird aber nichtsichtbare IR-Laserstrahlung verwendet. Einzig durch thermochrome Substanzen könnte der Strahl temporär sichtbar gemacht werden, eine präzise Vermessung des Strahls wäre damit allerdings auch nicht möglich.

Zur korrekten Justage der Kollimationslinsen griffen die Entwickler von Scanovis bis dato auf Methoden wie das manuelle Verfahren eines Ein-Punkt-Detektors im Strahl zurück. Sven Kern, Vertriebsingenieur bei Ophir, empfahl stattdessen eine schlitzbasierte Messung mit einem Ophir NanoScan-Pyro in Kombination mit einem Ophir Starbright-Laserleistungsmessgerät. Der schlitzbasierte Sensor besteht aus einer Scantrommel mit Encoder und Motor für die optische Positionierung, Scan-Schlitzen sowie einer pyroelektrischen Sensorfläche. Einfach und ohne zusätzliche optische Komponenten lässt sich der Laserstrahl damit vermessen. Vincent Gewiese, Entwicklungsingenieur bei Scanovis, erklärt dazu: "Die Messungen mit dem schlitzbasierten Messgerät erwiesen sich als deutlich schneller und präziser als sämtliche Messmethoden, die wir zuvor angewendet hatten."

Fokusdurchmesser schnell messen
Diese Erfahrung wiederholte sich bei der Messung des Fokusdurchmessers, anhand dessen die tatsächliche Performance bestimmt wird. Diese Messung wurde bis dato nach der Knife-Edge-Methode durchgeführt, bei der eine Rasierklinge Stück für Stück in den Strahl geschoben wird. Mit dem Ophir NanoScan ließen sich die Messungen schneller durchführen, und die gelieferten Ergebnisse waren zudem deutlich präziser. Da der Laser im Fokus nur eine Leistung von 2mW aufweist, benötigte der NanoScan 30 Sekunden als Akkumulationszeit. Störungen durch Beugung und Reflexion wie bei der Knife-Edge-Methode konnten hier weitestgehend ausgeschlossen werden.

 

Methode Laser bei 3,5 µm Justagezeit Messzeit
  Short axis Long axis    
Knife-Edge (13,5 %) 52,1 ±5,0 83,5 ±5,0 1 h 5 min
NanoScan (13,5%) 52,4 ±1,9 80,2 ±2,9 <5 min <2 min
BU: Ergebnisse der Bestimmung des Fokusdurchmessers nach der Knife-Edge-Methode bzw. mit einem Ophir NanoScan.

 

Kalibration der Scaneinheit und Scannerachsen
Gerade Funktionen, wie die Nachführung der Fokussierung bei gekrümmten Objekten, erfordern, dass das Lasersystem exakt auf die geometrische Anordnung der einzelnen Komponenten kalibriert wird. Der Scanner muss individuell auf die Messgeometrie eingestellt werden. Um dies zu erreichen, muss die Position des Laserfokus in allen drei Dimensionen genau gemessen werden. Zur Messung der Position vor allem in lateraler Richtung, empfahlen die Ophir Experten die Pyrocam. Die hochauflösende, breitbandige pyroelektrische Kamera verfügt über ein Halbleiter-Array, das den Laserstrahl sehr schnell erfasst und über die BeamGage Software sofort die Strahlposition ausgibt. Um den Scanovis Scanner zu kalibrieren, werden die bei der Messung ermittelten Werte mit den berechneten Werten abgeglichen und bei Bedarf Anpassungen vorgenommen. Neben der geforderten Präzision - die Messung muss auf 100 Mikrometer genau erfolgen - überzeugte die pyroelektrische Messung auch hinsichtlich der Messzeit. Diese ist bei der Ophir Pyrocam im Vergleich zu anderen Messmethoden deutlich kürzer, und es entfallen komplexe mathematische Transformationen, die bei anderen Messmethoden erforderlich sind. Durch schrittweises Verfahren der PyroCam mittels passendem Achssystem lassen sich auch größere Bereich auf einmal vermessen.

Um die Scannerachsen zu kalibrieren, wird der Laserstrahl vom Scansystem in einem rechteckigen Muster verfahren, die Seitenlänge der Rechtecke mittels der pyroelektrischen Kamera gemessen, und anhand der Daten werden die lateralen Achsen kalibriert.

Qualitätskontrolle zwingend
Für Vincent Gewiese steht fest: "Jedes unserer Scannersysteme muss in der Produktion überprüft werden, um die Qualität des Tatortscans zu gewährleisten. Die Messung des Fokusdurchmessers mit dem Ophir NanoScan liefert uns die verlässliche Aussage, dass der Scanner korrekt arbeitet. Die Pyrocam Messungen vereinfachen die Kalibrierung enorm. Die Beratung durch das Ophir Team hat uns hier maßgeblich bei Lösung unserer messtechnischen Herausforderungen geholfen." Mit dem neuen Scannersystem lassen sich im Übrigen nicht nur Tatorte sehr schnell untersuchen: In der Medizin nimmt die Einhaltung der Hygienevorschriften in Krankenhäuser durch die Verbreitung resistenter Keime immer stärker in den Fokus. Auch hier leistet das System wertvolle Hilfe bei der Überprüfung der Sauberkeit in kritischen Bereichen. Und auch in der industriellen Fertigung kann die Messmethode aufgrund ihrer Schnelligkeit zur Qualitätssicherung bei Materialeingangsprüfungen oder Abschlussprüfungen genutzt werden. Die korrekte Funktion des Lasersystems – auch zum Schutz der Anwender – sicherzustellen, ist in allen Fällen unerlässlich.

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