Final theses studies

Durch die fortschreitende Entwicklung im Bereich der Produktion von Bauteilen mit einer Mikro- oder Nanostruktur ist es erforderlich deren Güte zu bewerten. Um die dazu erforderlichen Messungen erfolgreich durchführen, werden Sensoren benötigt, die derartig kleine Strukturen ertasten können. Eine erfolgreiche Messung ist von der richtigen Auswahl der Sensoren, sowie der Prüfstrategie abhängig. Aufgrund der Neuartigkeit der Mikro- und Nanostrukturen verfügen Prüftechniker derzeit über nur geringe Erfahrung in deren Umgang. Das Assistenzsystem SPMAS wurde entwickelt, um diesen Mangel auszugleichen. In der vorliegenden Arbeit wird SPMAS bewertet. Im Zuge der Bewertung werden Schwachpunkte deutlich, die aufgenommen und verbessert werden. Zugleich wird das Tool um eine interaktive Hilfe ergänzt. Des Weiteren werden Vorüberlegungen zu einer Ergänzung für die Integration eines Messstrategieassistenten getroffen.

Entsprechend den spezifischen Materialeigenschaften von Elastomeren werden diese Werkstoffe in großem Umfang für die Realisierung von Dichtungsaufgaben angewandt. Um diese Eigenschaften untereinander zu vergleichen und Wechselwirkungen zueinander in Relation zu setzen, wurden im Laufe der Anwendungsentwicklung dieser Werkstoffe eine ganze Reihe von Testverfahren entwickelt und standardisiert. Darüber hinaus macht sich für konkrete Anwendungsbereiche die Durchführung weitergehender Tests unter Berücksichtigung von speziellen Funktions- und Umgebungsbedingungen erforderlich, um die anwendungsbezogene Materialeignung und den Produktlebenszyklus einschätzen und Fehler im Materialeinsatz rechtzeitig vermeiden zu können. Gegenstand dieser Arbeit ist es, einen Prüfstand zur Ermittlung der Abriebfestigkeit von Elastomeren nach DIN ISO 4649 und darüber hinaus zur Untersuchung des Abriebverhaltens von Elastomeren unter anwendungsspezifischen Umgebungsbedingungen zu konstruieren und herzustellen.

In der optischen Präzisionsmesstechnik werden heutzutage vermehrt Kameras mit integrierter Bildvorverarbeitung verwendet. Dabei kommen immer häufiger auch Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) zum Einsatz. Die damit mögliche hohe Parallelisierbarkeit bietet gerade im Hinblick auf die Verarbeitung großer Bilddatenmengen Vorteile gegenüber vergleichbaren Technologien. Die vorliegende Arbeit umfasst die FPGA-basierte Entwicklung eines Bildverarbeitungssystems zur automatischen Beleuchtungsoptimierung auf VHDL-Basis. Die Steuerung der Peripheriegeräte Kamera und Beleuchtung geschieht dabei über einen im Zuge dieser Arbeit entwickelten I2C-IP-Core. Das System erlaubt die Eingabe von bis zu vier AOIs (Areas Of Interest) durch den Benutzer. Innerhalb dieser Bereiche findet eine Beleuchtungsoptimierung hinsichtlich des Kontrasts statt. Mithilfe eines entwickelten Verfahrens zur virtuellen Kontrasterweiterung wird ein mehrfachoptimiertes Ergebnisbild generiert, welches nachfolgende Messungen vereinfacht und eine verbesserte Messgrundlage schafft.

Bei der Montage von medizintechnischen Einwegprodukten wird häufig der Prozess Mikrodosierung bzw. Mikrodispensen von verschiedenen Medien benötigt. Dabei müssen die kleinen Tropfen positionsgenau auf das Werkstück aufgetragen werden. Durch die unterschiedlichen Werkstückgeometrien wird diese Forderung zusätzlich erschwert. Außerdem ist bei vielen Anwendungen die applizierte Flüssigkeitsmenge entscheidend. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Prozessbaukasten entwickelt, der aufgrund der gesamtheitlichen Betrachtung, der hohen Funktionssicherheit der Einzelkomponenten und einer 100 %-Messung des dispensten Tropfenvolumens die Auflagen zur Validierung erfüllt. Die im medizintechnischen Bereich zu dispensenden Medien reichen von niederviskosen wässrigen Lösungen über Silikonöle und Klebstoffe bis hin zu hochzähen Schmierfetten. Der ermittelte Viskositätsbereich erstreckt sich von 0,43 bis ca. 50 000 mPas. Die zu dispensenden Tropfenvolumen bewegen sich zwischen 1 nl und 15 nl. Diesen großen Volumen- und Viskositätsbereich kann ein Dosierventil nicht abdecken. Dispensverfahren können allgemein in berührende und berührungslose Verfahren unterschieden werden. Bei berührenden Verfahren wird die Flüssigkeit durch Berührung des an einer Nadel hängenden Tropfens mit dem Werkstück auf dieses übertragen. Bei berührungslosen Verfahren wird der Tropfen durch einen Impuls, der die Oberflächenspannung des Fluids übersteigt, auf das Werkstück geschossen. Aufgrund der Vorteile von berührungslosen Dispensverfahren (bspw. Ausgleich von Werkstücktoleranzen, kurze realisierbare Taktzeiten und hohe Flexibilität) wurden diese für das Mikrodosiersystem ausgewählt. Als Messsystem für den Prozessbaukasten sollen analoge Laserlichtschranken zur quantitativen Tropfengrößenbestimmung oder digitale Laserlichtschranken zur qualitativen Prozessüberwachung eingesetzt werden. Als Referenz und zur Kalibrierung der analogen Laserlichtschranken kann eine Analysewaage eingesetzt werden. Zur Tropfengrößenbestimmung mittels Laserlichtschranken wurden die theoretischen Grundlagen hergeleitet und in einer Messdatenauswertung implementiert. Durch experimentelle Untersuchungen konnte die Laserlichtschranke als Messsystem zur Bestimmung von Tropfenvolumen frei fliegender Tropfen qualifiziert werden. Neben dem Nachweis der Funktionsfähigkeit von Einzelkomponenten wurden ausgewählte Mikrodosierapplikationen mit den passenden Systemkonfigurationen realisiert. Somit ist der gesamte Prozessbaukasten für die Mikrodosierung im medizintechnischen Bereich geeignet. Abschließend wurden die Schlussfolgerungen aus den gesammelten Informationen und Erfahrungen in einem Leitfaden zum Einsatz von Mikrodosiersystemen zusammengefasst. Darin wird für den Konstrukteur und Benutzer von Mikrodosiersystemen die Vorgehensweise von der Festlegung der Applikationsparameter bis zur Inbetriebnahme und Überwachung des Mikrodosierprozesses beschrieben.

Ziel dieser Arbeit war es eine Halte- und Justiervorrichtung eines Oberflächenspiegels und eine automatische Zuführeinrichtung zu konstruieren. Dabei wurde besonders darauf geachtet, dass alle Anforderungen an die Konstruktion erfüllt wurden. Neben bereits bekannten Prinzipen wurden neue Prinzipe entwickelt und unter verschiedenen Kriterien bewertet und die besten Prinzipe umgesetzt.