Final theses studies

In der Industrie werden hohe Anforderungen an optische Prüfsysteme gestellt. Gerade von der Automobilbranche gibt es strikte Vorschriften, die eingehalten werden müssen. Dazu gehört das Erreichen gewisser Fähigkeitskennwerte als Eignungsnachweis von Prüfprozessen. Bei diesen Prozessen spielen viele Faktoren, wie beispielsweise die verwendeten Kamera-Sensoren oder der zum Einsatz kommende Messalgorithmus, eine Rolle. Diese Faktoren haben wiederum einen Einfluss auf die Klassifizierung der geprüften Objekte. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst eine optische Prüfanlage aus einer der Schraubenproduktion untersucht. Dabei wurden verschiedene Einflussfaktoren ermittelt, welche sich negativ auf die Prüfmittelfähigkeitskennzahlen der Messanlage auswirken können. So versetzte beispielsweise die Messanlage im Betrieb die verwendeten Kameras des Prüfsystems in Bewegung. Da die Anlage außerdem regelmäßig von der Firma genutzt wurde, gestaltete es sich schwierig, die Versuchsbedingungen über mehrere Wochen konstant zu halten. Deshalb wurden an der TU Ilmenau zwei Modelle der Prüfanlage konstruiert, mit deren Hilfe einzelne Komponenten des Messsystems untersucht werden konnten. Teil dieser Modelle waren das optische Koordinatenmessgerät UNI-VIS 250 von der Mahr OKM GmbH sowie ein telezentrisches VisionMes-Modul der Firma Carl Zeiss AG mit einer Kamera von Q-Imaging. Zunächst musste sichergestellt werden, dass die Referenzmodelle dazu in der Lage sind, die geforderten Fähigkeitskennwerte zu erreichen. Anschließend konnten einzelne Komponenten des Messsystems verändert und die Auswirkungen auf die auftretende Messunsicherheit untersucht werden. Beispielsweise wurde der Einfluss verschiedener Methoden der Festlegung der sogenannten Areas of Interest (AOIs) gemessen. Des Weiteren wurde geprüft, wie die Messunsicherheit auf eine Änderung der Position des Kamera-Objektivs reagiert. Außerdem wurden verschiedene Methoden der Kantendetektion im Messalgorithmus angewandt und der Einfluss des Pixelfaktors näher betrachtet. Dabei ergab sich, dass insbesondere die Festlegung der AOIs und die Wahl des Verfahrens zur Kantendetektion einen relativ großen Effekt auf die Güte der Messergebnisse haben. Unterdessen beeinflusste die Verschiebung des Kamera-Objektivs um bis zu 4 mm die Messunsicherheit nicht signifikant. Im Fall des Pixelfaktors war es schwieriger einen eindeutigen Trend festzustellen. Deutlich wurde aber, dass durch die Verkleinerung des Pixelfaktors nicht zwingend auch eine geringere Messunsicherheit erreicht wurde.

Die Objektdetektion auf Basis von 3D-Bilddaten nimmt eine immer höhere Bedeutung in unterschiedlichen Bereichen an, insbesondere im industriellen Umfeld. Aufgrund der hohen Komple-xität und des Aufwands der Bildverarbeitung der 3D-Punktwolken ist eine Vorverarbeitung bzw. Vorsegmentierung der 3D-Daten sehr notwendig. Dafür ist das neuronale Netzwerk eine funktionsfähige Methode. Die kürzlich entwickelten neuronalen Netzwerke sind immer tiefer, breiter und komplexer in ihrer Architektur, Allerdings ist die Erkennungaufgabe im Bereich der indust-riellen Bildverarbeitung relativ simpel hinsichtlich der Objektform und des Hintergrundes, aber es werden eine hohe Stabilität und gute Echtzeitfähigkeit gefordert. In der vorliegenden Arbeit wurden einige neuronale Netzwerke, welche auf dem Konzept YOLO basieren, mit vereinfachten Architekturen im Darknet-Framework implementiert. Darüber hinaus wurden verschiedene Methoden für die Umkodierung von 3D-Daten mit einer 2D-Struktur untersucht. Die implementierten Netzwerke wurden mit einem erstellten annotierten realen Bilddatensatz trainiert, getestet und evaluiert. Zielsetzung dieser Arbeit ist es, ein neuronales Netzwerk und eine geeignete 3D-2D-Umkodierungmethode zu finden, welche die Anforderungen im industriellen Umfeld erfüllen können.

Fused Filament Fabrication ermöglicht die Fertigung komplexer Bauteile, die kostengünstig und auf individuellen Lösungsbedarf angepasst sind. Aufgrund dessen sind Anwendungsbe-reiche neben der Automobil- auch die Luft- und Raumfahrtindustrie. Für letzteren Bereich sind die Anforderungen besonders hinsichtlich leichter und stabiler Werkstoffe hoch. Für die Ferti-gung derartiger hochstabiler Bauteile werden dem thermoplastischen Filament gewisse Stoffe zugesetzt (z.B. Metalle). Dadurch ergibt sich ein erhöhter Verschleiß am Werkzeug und somit ein negativer Einfluss auf die Lebensdauer der Werkzeuge. Diese Arbeit konzentriert sich auf den abrasiven Prozess den Filamente mit Zusatzstoffe wie Kupfer, Stahl oder Kohlenstofffasern auf Bauteile der Fused Filament Fabrication Anlage ha-ben. Im Fokus stehen hierbei Düsen aus Messing und 316L Edelstahl, mit denen das geschmolzene Filament ausgebracht wird. Zur Abrasion zählen neben der Mikrozerspanung noch weitere Mechanismen, die mit Hilfe von Rasterelektronenmikroskopen, Röntgengeräten und Koordinatenmessgeräten untersucht wurden. In Folge des Abriebs ist eine verkürzte Lebensdauer der Düse. Deshalb erfolgte die Evaluierung von geeigneten Gegenmaßnahmen und deren Analyse, um den Verschleißprozess zu minimieren oder gänzlich einzustellen. Untersuchte Maßnahmen waren das Sol-Gel Verfahren, Chemisch-Nickel Beschichtungen und zusätzlich für die Stahldüsen das Härten. Auf Grundlage dieser Arbeit und der darin angewendeten Methodik sind die Auswirkungen von Filamenten mit abrasiven Zusatzstoffen auf Messing- und Stahldüsen zu erkennen. Ferner wurden Maßnahmen zur Qualitätsverbesserung angewendet, deren Effektivität allerdings abhängig vom verwendeten Düsenmaterial sind. Aus den Untersuchungen ging hervor, dass das Filament mit Kohlenstofffasern den stärksten Abrieb verursacht. Einen wirksamen Schutz vor Verschleiß der Stahldüse bietet das Sol-Gel Verfahren mit einem Aluminiumoxid Sol, sowie eine Temperaturbehandlung über einen Zeitraum von mehreren Stunden.

Die optische 3D-Messtechnik wird ein immer wichtiger Bestandteil in der modernen Produktion und Qualitätssicherung. Ein Verfahren der optischen 3D-Messtechnik ist die Streifenprojektion. Es werden sinusförmige Muster mit einem Projektor auf das Messobjekt projiziert. Die 3D-Oberfläche wird aus einer Sequenz von Sinusmustern rekonstruiert. Das Phasenschiebeverfahren wird bei Musterprojektionen häufig eingesetzt. Die Oberfläche des Messobjektes wird mit Phasenwerten kodiert. Durch den Vergleich der Phasenwerte wird die Korrespondenz zwischen entweder Projektor und Kamera oder zwei Kameras ermittelt. Die projizierten Sinusmuster sind phasenverschoben. Aus der Überlagerung der Muster lässt sich ein Phasenwert bestimmen. Der Phasenwert wird für den Abgleich verwendet. Inhalt dieser Arbeit ist die Implementierung eines FPGA-basierten Streifenlichtsensors mit dem Ziel der algorithmischen Beschleunigung des Phasenschiebeverfahrens. Der Schwerpunkt liegt auf der Recherche und dem Implementieren verschiedener Möglichkeiten zum Verstetigen der Phasenkarte. Im Stand der Technik wird ein Überblick über verschiedene Methoden gegeben. Die unterschiedlichen Methoden werden verglichen und bewertet. Es werden drei Methoden ausgewählt und in Software umgesetzt. Die Methoden werden anhand von Musteraufnahmen verifiziert und hinsichtlich Geschwindigkeit und Genauigkeit bewertet. Abschließend werden die Methoden untereinander verglichen.

In der vorliegenden Masterarbeit wird eine Konstruktionsrichtlinie für elektrische Maschinen auf Systemprüfständen entwickelt. Dafür werden die für den Prüfaufbau-Konstrukteur benötigten Informationen erfasst und übersichtlich dargestellt. Im Rahmen der Entwicklung der Richtlinie wurden Standardkomponenten konstruiert, die die Prüfaufbauten schneller auf die Prüfstände bringen und vereinheitlichen sollen. So soll es zukünftig unter anderem einen standardisierten Haltewinkel für die Prüflinge geben, der durch verschiedene Adaptionen auf den Prüfling eingestellt und mit dem der Prüfling auf dem Prüfstand ausgerichtet werden kann. Weiterhin wurden Kugellager ausgewählt, die den hohen Anforderungen der Prüfabläufe entsprechen und für künftige Projekte benutzt werden können. Für diese Kugellager wurde im Rahmen der Arbeit eine Standardlagereinheit entwickelt, die direkt für Prüfstandsaufbauten oder als Vorlage für eigene Konstruktionen genutzt werden kann. Um dem Konstrukteur die benötigten projektspezifischen Informationen zur Verfügung zu stellen, wurde zusätzlich eine vorhandene Checkliste überarbeitet, die von den Auftraggebern des Versuchs auszufüllen ist.