Studienabschlussarbeiten

Für die Erfassung von 3D-Daten von bewegten Objekten, wird eine bereits vorhandene Messanordnung analysiert. Dabei erkannte Schwachstellen werden konzeptionell optimiert und technisch überarbeitet. Hierzu werden Phasenkarten aus interferometrischen Messwerten der \mbox{(1+cos)}-Streifenmusterprojektion erstellt. Unter Anwendung von Epipolargeometrie und Phasenschieben, sollen 3D-Rekonstruktionen mit dem Messsystem ermöglicht werden. Hierfür wird ein spezielles Konzept zur Kalibrierung erarbeitet und durchgeführt, wobei eine monochromatische Kreismusterprojektion auf ein farblich komplementäres Schachbretttarget genutzt wird. Mit dieser Arbeit liegt dokumentiert der Weg dorthin vor, sowie das Vorgehen auf Basis geltender entwicklungsmethodischer Standards und unter gegebenen Fertigungsmöglichkeiten mechanischer Bauteile bzw. optischer Funktionselemente. Abschließend werden 3D-Daten mit dem überarbeiteten System erzeugt und diese sowohl qualitativ als auch quantitativ bewertet, sowie Rückschlüsse auf systematische Fehler gezogen.

Zur Visualisierung von Keimen in der Lebensmittelindustrie wird im Unternehmen Steinbeis Qualitätssicherung und Bildverarbeitung GmbH ein optisches Analysesystem entwickelt. Dieses System basiert auf dem Fluoreszenzeffekt und trägt den Namen Fluoreszenzreader. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Konstruktion einer Objektivwechseleinheit für diesen Fluoreszenzreader. Als Leitfaden für diese Arbeit dient der konstruktive Entwicklungsprozess (KEP). So wird zuerst nach den Forderungen der Auftragsfirma Kapelan GmbH eine Anforderungslis-te erstellt und präzisiert. Aufbauend auf diesen Forderungen werden Konzepte für Führungen, Getriebe, und Positioniersysteme entworfen, bewertet und kombiniert. Mit Hilfe des 3D-CAD Programms Inventor können diese Konzepte anschließend konstruiert und zu fertigungsgerechten Zeichnungen abgeleitet werden. Als Ziel dieser Arbeit steht die Realisierung eines Prototyps, welcher nach Erprobung die Marktreife erlangen soll.

Im Rahmen der vorliegenden Masterarbeit, welche in Zusammenarbeit mit der TU Ilmenau und der Steinbeis Qualitätssicherung und Bildverarbeitungs GmbH Ilmenau verfasst wurde, wird ein Fehlermanagement- und Diagnosesystem inkl. Software für die Fehlerdiagnose sowie Fehler- und Wissensdatenverarbeitung entwickelt. Die neu entwickelte Software ermöglicht die Erfassung von Fehlerdaten aus der Messsoftware. Die protokollierten Daten können im nächsten Schritt mittels Diagnoseeinheit ausgewertet werden. Detaillierte und aussagekräftige Fehlerdaten werden anhand festgelegter Kriterien generiert, die eine eineindeutige Zuordnung zum Entstehungsort eines Fehlers bzw. einer Fehlermeldung sicherstellen. Zu Beginn der Arbeit werden wichtige Grundlagen zum Thema PC-gestützte Messtechnik und deren industrielle Anwendung erläutert. Die Analyse des Ist-Zustands dient der Ableitung der Notwendigkeit eines Fehlermanagement- und Diagnosesystems, sowie wichtiger Anforderungen an deren softwaretechnische Umsetzung. Vorarbeiten zum Thema Fehlerdiagnosetools in Verbindung mit einem Expertensystem zur Wissensdatenverarbeitung werden im Unterpunkt Stand der Technik betrachtet und in der sich anschließenden Entwicklungsphase berücksichtigt. Mithilfe der Entwicklung eines konzeptionellen Ansatzes für einen Fehlermanagementprozess wird die Vorgehensweise der Auslegung und Gestaltung der benötigten Software beschrieben. Darauf basierend wird die Software für die automatische Fehlerdatenerfassung sowie für das Diagnosetool inkl. Anbindung an eine Fehlerwissensbasis konzipiert und programmiert. Der softwareseitige Entwicklungsprozess wird schrittweise erläutert und mithilfe von Graphen untermauert. Zum Ende erfolgen eine Erläuterung eventueller Optimierungsmaßnahmen sowie ein abschließender Ausblick.

Kameras in Smartphones werden mit immer mehr Pixeln ausgestattet und verfügen über zunehmend bessere Sensortechnologien. Im Vergleich zu herkömmlichen Modulen aus der Industrie sind sie jedoch mit Preisen von meist unter 50 Euro erheblich günstiger. Ziel dieser Arbeit ist es, photometrische, geometrische und dynamische Eigenschaften von Smartphone- bzw. Low-Cost-Kamerasensoren für einen Einsatz in der industriellen Bildverarbeitung zu untersuchen. Basierend auf einem Vergleich der momentan verfügbaren Sensoren und Kamera-Module in Industrie und auf dem privaten Absatzmarkt, wurden geeignete Module für die Tests ausgewählt. Die Sensoren und Module, die in Smartphones eingesetzt werden, unterliegen aus Knowhow-Schutz-Gründen der Geheimhaltung und nicht hinreichend genug Informationen bzw. Datenblätter zu erhalten. Da sich die Sensoren für Smartphones und Webcams überschneiden und ebenfalls auf dem Low-Cost-Markt angesiedelt sind, wurden auch Webcam-Sensoren für die Recherche herangezogen. Diese sind standardmäßig mit einer USB-Schnittstelle ausgerüstet, die die Auswertung der Bilder im Gegensatz zu der im Smartphone-Bereich eingesetzten MIPI-Schnittstelle vereinfacht. Problematisch erweisen sich bei diesen Modulen jedoch die Komprimierung der Daten und die Lebenszykluszeiten, da Verfügbarkeiten nicht genau angegeben werden können. Für die Untersuchungen wurden drei Webcam-Module mit Sensoren der größten Anbieter in den Low-Cost-Kamera-Sensoren herangezogen (Sony, OmniVision und On Semiconductor) und zunächst photometrische Eigenschaften nach dem EMVA1288-Standard geprüft. Da bei diesen die Belichtungszeit nicht auf selbst gewählte Integrationszeiten in Sekunden eingestellt werden konnte, mussten die Webcam-Module nach Messemethode II (variable Bestrahlungsstärke, konstante Belichtungszeit) getestet werden. Durch den nichtlinearen Systemzusammenhang der Module konnten nur vereinzelt Parameter für den Vergleich berechnet werden. Bei der Prüfung geometrischer Eigenschaften nach DIN EN ISO 10360 gaben alle drei Module die gemessenen Kreise der Chromschablone an verschiedenen Positionen des Sensors gut wieder und besaßen nur Abweichungen im Mikrometer-Bereich. In beiden Untersuchungen zeigt der Sony-Sensor die besten Ergebnisse. In der dynamischen Untersuchung hinsichtlich der möglichen Triggerung wurde deutlich, dass keine Hardware-Triggerung möglich ist. Auch der Software-Trigger ist für die industrielle Bildverarbeitung nicht zweckmäßig, da zu große Schwankungen während der Bildaufnahme mit Matlab zu verzeichnen sind. Die vorliegende Masterarbeit kann als Basis für weiterführende Tests dienen. Eine endgültige Empfehlung für den Einsatz von Low-Cost-Kamera-Modulen in der Bildverarbeitung konnte noch nicht getroffen werden. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit jedoch, dass die drei Module gute Ergebnisse bei der Untersuchung der photometrischen und geometrischen Eigenschaften erzielten.

Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Darstellung und der Vergleich zweier Arten der Beladeplanerstellung von Feuerwehrfahrzeugen. Das zweidimensionale Konstruieren im Programm AutoCAD und das dreidimensionale Konstruieren im Programm CREO. Vorab erfolgt eine Vorstellung der Fahrzeugtypen und deren Aufbauvarianten, die im Werk der Ziegler Feuerwehrgerätetechnik GmbH & Co. KG in Mühlau gefertigt werden. In Anlehnung an die Entwurfs- und Ausarbeitungsphase des Konstruktiven Entwicklungsprozesses wurden für die in der Fahrzeugvorstellung erläuterten Varianten neue Beladeplanvorlagen im 3D-Konstruktionprogramm erzeugt. Die Konstruktion umfasst die Erstellung und Kombination von Koffervarianten und Einbaukomponenten. Die neu entwickelte 3D-Beladeplanvorlagen wurden den bisher genutzten 2D-Beladeplanvorlagen unter Bewertung verschiedener Kriterien in einem Variantenvergleich nach VDI-Richtlinie 2225 gegenübergestellt. Er ergab unter der Berücksichtigung von funktionalen Faktoren, der Bedienung und den Kosten in Verbindung mit dem Zeitaufwand ein höherwertiges Ergebnis der 3D-Variante im Vergleich zur 2D-Variante. Die einzelnen Haupt- und Teilkriterien des Vergleichs wurden erläutert und diskutiert. Um die theoretischen Ergebnisse der Bewertung anhand eines Praxisbeispiels validieren zu können, wurde der bereits in 2D erstellte Beladeplan des Vorführfahrzeugs MLF mit Koffertyp II auf einem MAN-TGL-Fahrgestell in 3D nachkonstruiert. Dieser ergab speziell an kritischen Stellen der Beladungsplanung eine bessere Übersichtlichkeit als der zweidimensionale Beladeplan. Im 3D-Beladeplan können im Gegensatz zum 2D-Beladeplan alle Bauraumverfügbarkeiten gemessen und sehr übersichtlich eingesehen werden. Die in 2D nur schwer oder nicht erkennbaren Kollisionen lassen sich in den neu konstruierten 3D-Beladeplänen vor der Fertigung des Fahrzeugs erkennen und anpassen. Der dreidimensionale Beladeplan gibt dem Konstrukteur und der Fertigung eine hohe Genauigkeit in der Beladeplanerstellung und wird zukünftig schrittweise den 2D-Beladeplan ablösen.