Einsatz von GAN-Netzwerken in Machine-Vision-Anwendungen für die industrielle Qualitätssicherung. - Ilmenau. - 75 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Die Nutbarmachung von Deep Learning in Computer Vision-Anwendungen in industriellen Umgebungen ist ein aufregendes und neues Paradigma, das die Automatisierung insbesondere im Bereich der Qualitätssicherung revolutionieren kann. Eines der Hauptprobleme, das die Verbreitung dieser Technologie einschränkt, ist die Schwierigkeit, zuverlässige Daten für die Belehrung der Netzwerke bereitzustellen. Begrenzte Daten, beispielsweise im Bereich der Bildverarbeitung, können bei industriellen Anwendungen wie der Objektklassifizierung zu einer mangelhaften Leistung führen. In der folgenden Arbeit wird ein GAN zum Zweck der Bildsimulation verwendet, um einen synthetischen Bilddatensatz zu erstellen, um die Leistung eines auf einem neuronalen Netzwerk basierenden Objektklassifikators zu verbessern. Eine umfassende Literaturrecherche zum Thema GANs und den grundlegenden Algorithmen, auf denen sie basieren, bietet einen Überblick und eine Grundlage für die Behandlung dieses Themas. Verschiedene Methoden zur herkömmlichen Augmentation von Bilddaten werden ebenfalls untersucht, einschließlich Rotation, Translation, Scherung und Spiegelung. Nach einem Vergleich verschiedener GAN-Paradigmen wird ein StyleGAN implementiert und mit dem verfügbaren Datensatz belehrt, um einen synthetischen Bilddatensatz zu erstellen. Der synthetische Datensatz in Kombination mit Augmentationstechniken wird zum Trainieren des Objektklassifikators verwendet. Eine experimentelle Bewertung des Ergebnisses wird bereitgestellt, indem die echt positive Rate des mit verschiedenen Datensätzen trainierten Objektdetektors verglichen wird. Das Ergebnis der Evaluierung ist eine Verbesserung der korrekten Klassifizierungsrate, die beweist, dass das Ergänzen von Daten durch GAN-Simulationstechniken nützlich ist, um eine bessere Generalisierungsfähigkeit für Klassifizierungsaufgaben zu gewährleisten.
Hard- und Softwareseitige Implementierung einer Schnittstelle zur Datenbündelung von Sensorsignalen zum Einsatz an einem autonomen Schweißtraktor. - Ilmenau. - 119 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Mit Hinblick auf die "Industrie 4.0" nimmt die Automatisierung von Fertigungsprozessen stetig zu. Im Rahmen des Forschungsprojekts "VOLneTT" soll eine In-Line-Prozesskontrolle von Schweißprozessen zur Anwendung auf einem Schweißtraktor entwickelt werden, um die manuelle Sichtprüfung durch eine digitale Qualitätskontrolle zu ersetzen. Schweißtraktoren kommen vor allem bei der Anfertigung von langen Schweißnähten mit geringen Losgrößen zum Einsatz. Um die Qualität der Schweißnaht bewerten zu können, sollen mehrere Kameras (Abdeckung von VIS-, NIR- und IR-Bereich) sowie ein 2D/3D-Profilscanner eingesetzt werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Konzeption eines Systems, welches die synchrone Aufnahme und Weiterleitung der Messdaten direkt am Schweißtraktor ermöglichen soll. Dafür sollen die bereits ausgewählten Sensoren hinsichtlich ihrer Tauglichkeit für das Projekt analysiert und bewertet werden. Im Anschluss wird die Anbindung der Messtechnik über die jeweiligen Programmierschnittstellen der Hersteller beschrieben, um die Messdaten später nach Auswahl einer geeigneten Hardwareplattform für die Weiterverarbeitung bündeln zu können. Um die Sensoren zueinander synchron auszulösen, wird weiterhin eine elektronische Schaltung samt dazugehöriger Platine und Software entworfen.
Qualitätsorientierte Layoutneuplanung einer agilen Fertigung anhand der MetraLabs GmbH in Ilmenau. - Ilmenau. - 98 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Neuplanung eines Layouts des Produktionsbereichs für die MetraLabs GmbH. Dies findet im Rahmen eines Neubaus des Unternehmenssitzes statt. Aufgrund steigender Nachfrage im Bereich der professionellen mobilen Service-Roboter und der Fahrerlosen Transportfahrzeuge gilt es, diese durch eine deutliche Erhöhung der eigenen Produktionskapazität zu befriedigen. Dabei ist die Einhaltung der Agilität der Fertigung, wegen häufiger technischer Neuerungen und Änderungen der Kundenanforderungen, von hoher Bedeutung. Infolge der aktuellen Mietsituation und der baulichen Restriktionen und begrenzten Fläche im aktuellen Gebäude, wird die Kapazität durch den Bau eines neuen Gebäudes gesteigert. Des Weiteren soll durch den Einsatz eines Fahrerlosen Transportsystems das eigene Wissen über den Einsatz solcher Systeme gestärkt und ein Referenzbeispiel für Kunden geschaffen werden. In dieser Arbeit findet die Entwicklung eines geeigneten Layouts der Fertigung inkl. Lager- und Testfläche zur Erreichung der geplanten Produktionskapazität statt. Hierfür werden die zu montierenden Geräte, der aktuelle Produktionsprozess und die aktuelle räumliche Situation analysiert. Weiterhin wird der, für die Zunahme der Ausbringungsmenge, erforderliche Flächenbedarf kalkuliert und eine geeignete Strukturform der Montage ermittelt. Im Zuge der Neuplanung des Layouts werden verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten des Produktionsbereiches aufgezeigt, wobei konsequent vom Groben zum Feinen vorgegangen wird. Nach Bewertung der Konzepte und Auswahl einer finalen Variante werden Anwendungsmöglichkeiten für den Einsatz eines Fahrerlosen Transportsystems aufgezeigt. Abschließend wird eine Empfehlung für den sinnvollen Einsatz eines solchen Systems im neuen Produktionsbereich gegeben und Maßnahmen zur Einhaltung der geforderten Qualitätsstandards werden erläutert.
Untersuchung zum konstruktiven Entwurf eines modularen Sichtprüfgerätes für die Qualitätssicherung von Leiterplatten. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Sichtprüfungen nehmen in der industriellen Produktion des Maschinenbaus und der Kunststofftechnik sowie in weiteren Branchen einen breiten Raum ein und verursachen hohe Prüfaufwendungen. Bei der Steinbeis Qualitätssicherung und Bildverarbeitung GmbH (SQB) wird daher dasThema der Automatisierung von Sichtprüfplätzen, deren Verbesserung durch Fehlererkennung und -klassifizierung und die optimalen Gestaltung von automatisierten Sichtprüfarbeitsplätzen untersucht. Es wird ein modulares Sichtprüfgerät zur automatisierten Teileerkennung unter dem Namen "Qualileo" auf Basis eines erprobten Prototypen konzipiert und konstruiert. Ziel ist es, ein marktreifes neues Fabrikat für eine effiziente Detektion von Oberflächendefekten auf Leiterplatten nutzbarzu machen. Diese Arbeit befasst sich mit den nötigen Voruntersuchungen und erstellt einen konstuktiven Entwurf des "Qualileo". Für die Untersuchungen des konstruktiven Entwurfs eines modularen Sichtprüfgerätes wird die Entwicklungsmethodik des Konstruktiven Entwicklungsprozesses - KEP zugrunde gelegt und daher zunächst erläutert. Zudem werden Grundlagen zur Beleuchtung, zu Leiterplatten und zum Bildaufnahmesystem thematisiert. Es folgt eine ausführliche Marktrecherche zum Stand der Technik und Forschung bei Sichtprüfgeräten für die industrielle Bildverarbeitung, im Speziellen für Leiterplattenprüfsysteme bzw. -teilsysteme diverser Hersteller und anderer am Markt vorhandener Anordnungen. Zudem wird ein Blick auf nutzbare Programmbibliotheken für Maschinelles Lernen geworfen. Nach Voruntersuchungen zum modularen Sichtprüfgerät, welche Berechnungen und Festlegungenzu u.a. Leiterplatten, Kamera, Objektive, Beleuchtung und Schnittstellen enthalten, werden diese Ergebnisse und die der Marktrecherche in einer Anforderungsliste zusammengefasst. An diesen Vorgaben ist die Konstruktion gebunden. Nach der Methodik des KEP werden für die Vorgaben aus der Anforderungsliste zunächst verschiedene Teilprinzipe aufgestellt, bewertet und ausgewählt. Diese Teilprinzipe werden durch einen konstruktiven Gesamtentwurf zusammengefasst und umgesetzt. Alle Ergebnisse werden protokolliert und dokumentiert. Das Ergebnis dieser Arbeit ist der konstruktive Entwurf eines modularen automatisierten Sichtprüfgerätes für die Leiterplattendefekterkennung und die Dokumentation aller für die Konstruktion nötigen Unterlagen.
Beitrag zur Anwendung etablierter Methoden im Rahmen einer sicherheitsgerichteten Produktentwicklung am Stand der Technik - Beispiel Sonderfahrzeugbau. - Ilmenau. - 114 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Normen und etablierte Standards im Bereich der technischen Sicherheit beschreiben die Anforderungen an eine zeitgemäße Produktentwicklung in Teilen nur lückenhaft und uneindeutig. Dies gilt im Besonderen für die Anwendung normativ geforderter Methoden zur Risikoanalyse. Fallspezifische Herausforderungen im Bereich des Sonderfahrzeugbaus machen weitere Interpretationen zur Notwendigkeit. Diese Anwendungsprobleme bringen potentielle Konsequenzen wirtschaftlicher und juristischer Natur mit sich. Das eine Extrem bildet eine unwirtschaftliche Produktentwicklung durch zu konservative Annahmen - das andere Extrem bilden Gesetzesverstöße und Todesopfer. Die Kapitel eins bis drei erleichtern dem Leser den Einstieg in die vorliegende Arbeit und beschreiben neben der Aufgabenstellung auch die Vorgehensweise des Verfassers. In den Kapiteln vier und fünf findet der Leser Informationen zum Stand der Technik und eine Beschreibung grundlegender rechtlicher Vorgaben - diese sind für das Verständnis der folgenden Kapitel wichtig. Kapitel sechs umfasst die Erarbeitung eines Ablaufdiagramms zur Definition zielführender Anwendungsbereiche der DIN EN 61508 und der ISO 26262. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet die Entwicklung eines branchenspezifischen Verfahrens zur Ermittlung des SIL in Kapitel sieben. Dieses ist schlanker, transparenter und anwendungsfreundlicher als alle bisher existenten Alternativen. Darauf folgt in Kapitel acht die Entwicklung eines Konzepts zur Nachweisführung modifizierter sicherheitsrelevanter Bestandssysteme nach Vorbild veränderter Maschinen. Ergebnis ist auch hier ein Ablaufdiagramm. Kapitel neun und zehn erleichtern die Anwendung des 2019 veröffentlichten AIAG & VDA-FMEA-Handbuchs. Neben einer abgestimmten Zielsetzung für die Methoden DFMEA und FMEA-MSR werden hier schlanke Bewertungskataloge unter Berücksichtigung firmenspezifischer Besonderheiten erarbeitet. In einem nächsten Schritt können die erarbeiteten Artefakte in einen oder mehrere Unternehmensprozesse eingebettet werden und so die Kultivierung einer rechtssicheren und dennoch pragmatischen Produktentwicklung nachhaltig unterstützen.
Cell classification using deep neural network for autofocusing application. - Ilmenau. - 77 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Diese Arbeit konzentriert sich auf das Problem der visuellen Objekterkennung und Segmentierung von Zellbildern. Der Nachweis von Zellen in biomedizinischen Bildern mit unterschiedlichen Kontrastbedingungen ist eine sehr herausfordernde Aufgabe. Die Zellenform, Hintergrundrauschen und unerwünschte Partikel im Hintergrund machen diese Aufgabe schwieriger. Für die Autofokussierung wurden verschiedene klassische Methoden verwendet. Bei den kontrastarmen Bildern war der Erfolg jedoch gering. Darüber hinaus sind klassische Methoden langsam. In dieser Arbeit wurde ein Deep-Learning-Verfahren verwendet, um den interessierenden Bereich zu finden (Zellen) für die Autofokussierungsanwendung. Für die semantische Segmentierung von Bildern wurden modernste U-Net und Seg-Net-Modelle verwendet. Insgesamt 154 Bilder wurden vom Objektträger von Knochenmarkszellen extrahiert. 30 Bilder nach der Größenänderung auf die Dimension 512 × 512 px wurden für die semantische Segmentierungsaufgabe verwendet. Zellen belegen fast mindestens 23 Pixel und höchstens 90 Pixel in den Bildern. U-Net hat sowohl bei Bildern mit geringem als auch bei hohem Kontrast mit einem Schnittpunkt über der Vereinigung von 0,66 sehr ermutigende Ergebnisse gezeigt. Alle Zellen werden erkannt. Während unerwünschte Hintergrundpartikel nicht in der vorhergesagten segmentierten Ausgabe enthalten waren. Insgesamt 154 Bilder nach Größenänderung auf 640 × 480 px wurden für die Objekterkennungsaufgabe verwendet. Das Objekterkennungsmodell YOLO hat sich bei kontrastreichen Bildern als wirksamer erwiesen als bei kontrastarmen Bildern mit einer mittleren durchschnittlichen Genauigkeit von 0,82.
Simulation und Erprobung von Methoden und Algorithmen zur ortsaufgelösten Spektralwertrekonstruktion mit multispektralen Filter-On-Chip CMOS-Sensoren. - Ilmenau. - 82 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Die Entwicklung von neuartigen Multispektralkameras mit Filter-On-Chip CMOS-Sensoren ist in den vergangenen Jahren schnell vorangeschritten. Für die Anwendung dieser neuartigen Multispektralkameras in der Messtechnik bedarf es jedoch der Entwicklung und Erprobung von ausgewählten Methoden und Algorithmen für die Sensorrohdatenkorrektur bzw. Spektralwertschätzung, um eine zuverlässigere und vergleichbarere Auswertung der aufgenommenen Orts- und Spektralinformationen zu gewährleisten. In dieser Arbeit wird die Sensorrohdatenkorrektur bzw. Spektralwertschätzung mit entwickelten und erprobten linearen als auch nichtlinearen Methoden und Algorithmen untersucht. Bei den untersuchten linearen Methoden wie Moore-Penrose Pseudo Inverse und kleinste Quadrate Methode wird mit unterschiedlich idealisierten Sensorkennlinien gearbeitet (Rechteck und Gauß). Weiterhin werden nichtlineare Methoden wie Polynom-Entwicklung und PCA (Principal Component Analysis) für Berechnung einer Korrekturmatrix zur Sensorrohdatenkorrektur untersucht. Durch die Berechnung des GFC (Goodness of Fit Coefficient) werden die korrigierten bzw. rekonstruierten Pixelwerte, unter Verwendung der unterschiedlichen linearen und nichtlinearen Methoden bewertet und gegenübergestellt. Nach der Korrektur bzw. Rekonstruktion können die spektralfilterabhängigen Pixelwerte als unabhängig von störenden Sensoreigenschaften und der verwendeten Lichtquelle verstanden werden.
Untersuchung der Qualität von veralteten Bohrhakensystemen in deutschen Sportklettergebieten. - Ilmenau. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
In der vorliegenden Arbeit wird die Gefahr, die von veralteten Bohrhaken in deutschen Sportklettergebieten ausgeht, mittels einer empirischen Studie ermittelt. Zu diesem Zweck wurden 111 Bohrhaken, die in vier deutschen Sportklettergebieten in Kalkstein verbaut waren, durch zerstörende Prüfung auf ihre Bruchlasten hin überprüft. Getestet wurden vor allem Kronenbohrhaken, Gerüstösen, verzinkte Expressanker und einzelne Exemplare von anderen, teils gebietsspezifischen Hakentypen. Bei der Durchführung wurden die Haken jeweils in axialer oder radialer Richtung belastet, bis es zum Versagen des Hakens oder zum Überschreiten der in der Norm EN 959:2018 genannten Mindestbruchlast von 15kN in axialer Zugrichtung und 25kN in radialer Zugrichtung kam. Nach ihren Bruchlasten wurden die Haken in fünf unterschiedliche Kategorien eingeordnet, die mit dem Ampel-Prinzip visualisiert wurden. Die Kategorien spiegeln die Gefahr wider, die von diesem individuellen Haken bei weiterem Verbleib im Felsen ausgegangen wäre. Dabei bedeuten die oberen drei Kategorien eine in der Praxis ausreichende Festigkeit, während die unteren beiden Kategorien auf konkrete Gefahr hinweisen. Anders als zunächst erwartet, wurden relativ viele Haken als gut eingestuft: Über 80% der getesteten Haken wurden in die oberen beiden Stufen eingeordnet, wobei über 60% die von der Norm EN959:2018 geforderten Bruchlasten übertrafen. In der mittleren der fünf Stufen wurden etwa 14% als ausreichend bewertet, nur bei etwa 5% der Haken wurden die Festigkeiten als unzureichend klassifiziert. Parallel wurde eine bautechnische Beurteilung der einzelnen Hakensysteme vorgenommen, in der die konstruktiven Gefahren und korrosionstechnischen Probleme der einzelnen Hakensysteme erörtert werden. Gemeinsam mit den Ergebnissen der empirischen Messungen wurde für jedes Hakensystem eine individuelle Gefährdungsbeurteilung vorgenommen.
Konzeptentwicklung einer Überwachung der Absetzposition einer Leiterplatte auf einem Warenträger. - Ilmenau. - 97 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Die vorliegende Bachelorarbeit behandelt die Konzepterstellung einer Abstellmaßnahme zum toleranzreduzierten Fügen einer Leiterplatte auf einen Warenträger. Dazu wird die vorhandene Problematik eines Torsionbruchs im Kondensator C4 zusammengefasst und die Ursache erläutert. Anschließend wird das Gesamtsystem des Nutzentrenners Divisio 5100 der Fa. ASYS analysiert und dabei besonders auf die theoretischen und realen Toleranzen eingegangen. Es werden Lösungsvarianten vorgestellt und nach aufgestellten Zielen bewertet, um das beste Konzept auszuwählen. Dabei lässt sich ein deutlicher Unterschied zwischen telezentrischen und entozentrischen Optiken eines Bildverarbeitungssystems feststellen. Die telezentrische Optik zeichnet sich dabei durch ihre hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit aus, bei gleichzeitig geringen Kosten und einem einfach umzusetzenden Überprüfungskonzept. Die entozentrische Optik und die mechanischen Systeme können unter diesen Voraussetzungen nicht mithalten und liegen in der Bewertung weit zurück. Aufgrund dieser Entscheidungsanalyse werden Bildverarbeitungssysteme in die Nutzentrenner der DS-M Linien der Robert Bosch Fahrzeugelektrik Eisenach GmbH verbaut.
Entwurf und Umsetzung eines Verfahrens zur Erstellung einer digitalen Übersichtskarte in der industriellen Bildverarbeitung. - Ilmenau. - 166 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Bildverarbeitung hat sich die Anwendung der industriellen Bildverarbeitung zunehmend verbreitet. Bei der Erkennung großer oder sich bewegender Objekte ist ein größerer Bildaufnahmebereich erforderlich. Obwohl eine einzelne Weitwinkelkamera einen großen Betrachtungswinkel hat, hat sie auch hohe Kosten und große Verzerrungen. Daher kann ein Kamera-Array, das aus kostengünstigen Kameras besteht, eine bessere Bildaufnahme-Lösung sein. Um die Bilder vom USB-Kamera-Array in dieser Übersichtskarte zu kombinieren, wurde ein Algorithmus mit Image Stitching entwickelt. Das Zusammenfügen mehrerer Bilder basiert auf dem Algorithmus zum Zusammenfügen von zwei Bildern, von denen der ORB-Algorithmus und das Federungsverfahren für die Bildregistrierung und -fusion verwendet werden. Durch Experimente wird der Algorithmus unter verschiedenen Modi, Parametern und Bildtypen getestet. Zusätzlich wird die Homographiematrix verwendet, um die Stabilität und Rotationsinvarianz des Algorithmus zu verifizieren. Schließlich wird die Struktur des Algorithmus verbessert, um Echtzeit-Image-Stitching zu realisieren. Ein Musterbild dient dazu, die Transformationsmatrix des Bildes im Voraus zu erhalten. Diese Methode verbessert die Effizienz des Zusammenfügens von Bildern erheblich und realisiert das Zusammenfügen von Videos. Darüber hinaus wird der Einfluss der Bildauflösung auf das Zusammenfügen von Videos untersucht. Schlüsselworte: Zusammenfügung von Bilder, Kamera-Array, Echtzeit, Übersichtskarte, Homographiematrix