Vergleich von unterschiedlichen Methoden zur Messung und Auswertung von skalenübergreifenden Abstands- und Stufenhöhennormalen. - Ilmenau. - 82 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung des besten Datenauswertungsverfahren für den mittleren Abstand der Gitterstruktur. Die Gittermessung kann mit der Nanopositionier- und Nanomessmaschine durchgeführt werden. Durch den Einsatz von unterschiedlichen Sonden-Messsystemen und Nanotools (Rasterkraftmikroskop und Autofokussensor) können verschiedene Gitterstrukturen-Messdaten gemessen werden. Bei der schnellen Fourier-Transformations und Fourier-Transformationsmethode kann der mittlere Abstand berechnet werden. Für einzelne Abstände werden die Schwerpunkt- und Spitze-Detektion-Methode eingesetzt. Zum Schluss wird mit dem Vergleich von der Standabweichung, dem Einzelteilungsfehler und Summeteilungsfehler das beste Auswertungsverfahren bestimmt.
Aufbau eines Praktikumsversuches zu Topologie- und Stufenhöhenmessungen an ebenen Proben. - Ilmenau. - 104 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung, Konzipierung und Verwirklichung eines Versuchsaufbaus zur interferentiellen Höhenmessung mittels Helium-Neon-Laser sowie einer zusätzlichen Weißlichtquelle. Als Grundlage dient ein bereits vorhandener Interferenzkomparator der Carl Zeiss Jena GmbH. Da der Aufbau zukünftig für ein studentisches Praktikum eingesetzt werden soll, richtet sich die Arbeit gleichermaßen an Lehrende als auch an Studierende. Zu Beginn wurden die wichtigsten Komponenten benannt, gemäß Bauraum und messtechnischen Anforderungen dimensioniert sowie die Komponenten des bisher im Einsatz befindlichen Interferenzkomparators dahingehend untersucht, ob eine Weiterverwendung möglich ist. Darüber hinaus benötigte Bauteile wurden bei entsprechenden Lieferanten angefragt oder selbst konstruiert und zur Fertigung in Auftrag gegeben. Im praktischen Teil wurden Probemessungen durchgeführt, um die Funktionalität des Messaufbaus zu validieren. In Bezug auf das später daran durchzuführende Praktikum wurden Unterschiedsmessungen an zwei Sätzen Parallelendmaßen, die Ermittlung einer Biegelinie sowie eine Topologiebestimmung an einem Spiegel durchgeführt. Es zeigte sich, dass die Funktionsfähigkeit gänzlich wiederhergestellt ist und die für das Praktikum notwendigen Messungen mit dem Aufbau möglich sind. Weitere Untersuchungen dienten zur Charakterisierung metrologischer Eigenschaften. Um die Bestimmung der Topologie zu erleichtern und vor allem anschaulicher zu gestalten, fanden Untersuchungen statt, ob eine softwaregestützte Vollautomatisierung möglich ist. Dafür wurden entsprechende Programme recherchiert, miteinander verglichen und auf ihre Eignung untersucht. Dabei zeigte sich, dass die angestrebte Automatisierung mit den ausgewählten Programmen nicht möglich ist, weswegen insgesamt davon abgesehen wird. Im letzten Schritt der Arbeit wurden die Praktikumsunterlagen überarbeitet und ein Musterprotokoll mit den Ergebnissen durchgeführter Messungen erstellt.
Digitalisierung und dynamische Verarbeitung von Weißlichtsignaturen mit einem Mikrocontroller. - Ilmenau. - 76 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
In dieser Arbeit werden die Möglichkeiten einer CMOS-Zeile zur schnellen Auffindung des Messbereichs eines Weißlichtinterferometers in Verbindung mit einem Mikrocontroller zur Ansteuerung und Auswertung untersucht. Dazu wird ein TMS320F28027 Controller der C2000 Familie innerhalb eines LaunchPad Boards von Texas Instruments eingesetzt. Mit diesem werden die erforderlichen Signale zum Betrieb der CMOS-Zeile generiert und das Videosignal eingelesen und ausgewertet. Die eingesetzte CMOS-Zeile mit der Bezeichnung S9227 series von Hamamatsu kann mit der maximal zulässigen Geschwindigkeit von 5 MHz Taktrate bei einer Bildrate von 9,4 kHz betrieben werden. Zur Signalauswertung werden zwei Pixel je Zeilenbild durch den 12-Bit tiefen AD-Wandler des Mikrocontrollers eingelesen und in beinahe Echtzeit ausgewertet. Im Einsatz am bestehenden Weißlichtinterferometer können durch eine hohe notwendige Belichtungszeit 377 Zeilenbilder pro Sekunde erzeugt werden.
Aufbau- und Verbindungstechniken für die Erstellung komplexer Mikrooptiken. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Um komplexe Mikrooptiken erstellen zu können, soll das Fügeverfahren des Ansprengens auf dessen Anwendbarkeit hin untersucht werden. Interessant ist das Verfahren, da keine potenziell störende Zwischenschicht an Verbindungsstellen die Funktion von Präzisionsoptiken beeinträchtigen könnte. Um den Anspreng-Vorgang zum Erfolg zu bringen, kommt es vor allem auf die Vorbereitung der zu versprengenden Oberflächen an. Des Weiteren gibt es verschiedene Verfahrensparameter, die den Vorgang beeinflussen. Diese Arbeit setzt sich zunächst ausführlich mit der Literatur zum Thema Ansprengen auseinander. Die Fachliteratur kommt vor allem aus den Bereichen Optik und Halbleitertechnik. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse über verschiedene Verfahren im Zusammenhang mit dem Ansprengen von Oberflächen werden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, wobei die Verfahrensparameter gezielt variiert werden. Ziel ist es, ein Verfahren zu finden, das es zuverlässig ermöglicht, zwei dazu geeignete Oberflächen miteinander zu versprengen. Die Versuche im Rahmen der Untersuchungen werden zunächst manuell durchgeführt. Anschließend wird eine Anspreng-Vorrichtung konzipiert, gefertigt und schließlich durch weitere Versuche erprobt. Durch die Mechanisierung des Vorgangs soll der Vorgang reproduzierbarer werden. Ergebnis der Untersuchungen ist ein Reinigungsverfahren, das Oberflächen auf einen erfolgreichen Anspreng-Vorgang vorbereitet. Der Vorgang gelingt sowohl manuell als auch unter Zuhilfenahme der Anspreng-Vorrichtung.
Time-of-Flight-Sensorik für autonome mobile Roboter. - Ilmenau. - 119 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist die Entwicklung eines Sensornetzwerks als Prototyp zur Hinderniserkennung für autonome mobile Roboter basierend auf optische Sensoren, die Objekte auf Basis des Time-of-Flight-Prinzips (Laufzeitmessung) erfassen. Dazu wurde ein Vergleich mehrerer ausgewählter Sensoren anhand theoretischer Eigenschaften und empirischer Erprobungen durchgeführt. Durch Analyse und in Betracht gezogene Randbedingungen künftiger Einsatzgebiete wurde das bestgeeignete Modell gewählt. Danach erfolgte die gleichzeitige Entwicklung der nötigen Elektronik und Software. Anschließend wurde das System zusammengebaut. Für die Einbaumaßnahmen wurde ein Befestigungssystem unter Berücksichtigung von Staub- und Sturzschutz für einen bestimmten Robotertyp entwickelt. Ausführliche Tests der Funktion und Genauigkeit des Systems unter Betrachtung der Auswirkung der Änderung verschiedener Rahmenbedingungen und Einfügung nötiger Systemkomponenten begleiteten alle Entstehungsphasen des Prototyps, zeigten z.T. unerwartete Problemstellungen auf und regten Lösungsfindungen an. Der realisierte Prototyp ist ein software- und hardwaremäßig anpassbares und in verschiedene Roboter einbaubares mikrocontrollergesteuertes Sensornetzwerk, das gute Ergebnisse liefert und ggf. Systemfehler durch ständige Überwachung der Funktionalität und möglicher Hardwareabstürzte behandelt und/oder meldet. Mit einer Einbauhöhe von 4 cm werden mit dem entstandenen Sensornetzwerk Hindernisse ab einer Höhe über Boden von 1 cm in einem Entfernungsbereich zwischen 11 und 35 cm erfasst. Größere (höhere) Hindernisse können, je nach Farbe und Höhe über Boden, in einem Entfernungsbereich von 1 bis 40 cm erfasst werden.
Erstellung einer Software zur effizienten Berechnung und Optimierung von Mehrfach-Antireflexionsschichten. - Ilmenau. - 83 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
In dieser Arbeit wurde eine (funktionsfähige) Software entwickelt, um die optimale Antireflexbeschichtung für Photodetektoren zu berechnen. Sie bestimmt schnell und zuverlässig die optimale Schichtfolge hinsichtlich des minimalen Reflexionsgrades in vorgegebenen Grenzen. Dazu wurde die Grundlage für Stehende-Welle-Interferometer gelegt und die Anwendung beschrieben. Folglich wurden beispielhafte Sensoren dargestellt und als Testeingabe angewendet. Die Grundlage für die Berechnung des Reflexionsgrades wurde mit Hilfe verschiedener literarischer Quellen recherchiert. Es wurden zwei Optimierungsalgorithmen vorgestellt und implementiert. Das Programm selbst wurde in C++ geschrieben und mit einer intuitiven Oberfläche auf Basis von Qt erweitert. Dazu wurden verschiedene Bibliotheken wie "OpenMP" zum Multithreading und "qwt" beziehungsweise "QtDataVisualization" zur Darstellung der berechneten Daten eingebunden.
Aufbau, Justierung und Stabilitätsuntersuchung von AFM-Aufsätzen für einen AFM-Fokussensor. - Ilmenau. - 137 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Für Messungen mit einem Atomkraftmikroskop (AFM) ist es erforderlich, den hierfür eingesetzten Cantilever (mikromechanischer Federbalken) mit Akribie in den Fokuspunkt des zur Positionsdetektion verwendeten optischen Systems einzustellen, dauerhaft zu sichern und auf Langzeitstabilität zu untersuchen. Die dafür weiterentwickelten AFM-Aufsätze sind vor allem für Messanwendungen in der Nanopositionier- und Nanomessmaschine konzipiert. Diese werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit zunächst mit Hilfe von ausgearbeiteten Montagevorschriften aufgebaut. Weiterhin wird die Lage des Cantilevers relativ zum Fokuspunkt, anhand von im Voraus sorgfältig erarbeiteten Justierunterlagen, justiert und fixiert. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme der beiden AFM-Aufsätze, durch ihre Integration in die Nanopositionier- und Nanomessmaschine, werden diese messtechnisch untersucht. Dafür werden zahlreiche Dauermessungen durchgeführt, um relevante Eigenschaften -- wie Langzeitstabilität -- anhand von erhaltenen Messdaten zu ermitteln. Weiterhin werden beide AFM-Aufsätze in Bezug auf die sich ergebenden messtechnischen Eigenschaften miteinander verglichen. Anschließend wird eine Optimierung für beide AFM-Aufsätze durchgeführt, indem alle aufgetretenen Kritikpunkte analysiert und verbessert werden.
Konzeption einer vakuumtauglichen Lastwechseleinheit für einen hochgenauen automatischen Massekomperator. - Ilmenau. - 86 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen auf dem Gebiet der Massemetrologie angestellt. Die Betrachtungen umfassen das Handling von Massenormalen und den daraus resultierenden Einfluss auf Wägevorgänge und deren Ergebnisse. Auf Grundlage der Analyse zum Stand der Technik wurden neue Konzepte erarbeitet und verglichen. Um diese bewerten zu können, wurden Modelle der technischen Mechanik genutzt und ausgewertet, aber auch numerische Verfahren angewandt. Für den Abgleich der Ergebnisse mit der Realität wurde ein Demonstrator konstruiert.
Analyse der Staubsaugerprüfung nach DIN EN 60312-1 mit anschließender Konzepterstellung zur Erweiterung und Automatisierung der Prüfanlage. - Ilmenau. - 132 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Im Zuge des Inkrafttretens der EU-Verordnungen Nr. 665/2013 und Nr. 666/2013 sind sämtliche Staubsaugerhersteller dazu aufgerufen, ihre Geräte in der Leistungsaufnahme einzuschränken und kundenrelevante Informationen wie die Energieeffizienzklasse und Reinigungsklasse anzugeben. Letztere sind in einem genormten Verfahren, dem Prüfverfahren zur Bestimmung der Gebrauchseigenschaften bezogen auf Staubsauger für den Hausgebrauch, in der DIN EN 60312-1 zusammengefasst. Dieses Prüfverfahren, durchgeführt auf einer normgerechten Prüfanlage, eignet sich aufgrund des geringen Informationsgehalts nur eingeschränkt zum Entwicklungseinsatz. Aus diesem Grund wird die Prüfnorm und der Ist-Stand der Anlage in dieser Arbeit eingehend untersucht, Einflussgrößen analysiert und in Anbetracht dieser Analyse ein Konzept für die Anlage hinsichtlich der Automatisierung und Messwerterweiterung zur Entwicklungsarbeit erstellt. Im Vordergrund stehen hierbei ein anpassbarer Prüfablauf, geeignete Sensorik und Programmansteuerung. Ebenfalls werden aufgrund der Signifikanz für die Konzepterstellung Verfahren zur Inline-Staubmessung und Volumenstrommessung im Detail analysiert und die Eignung in Praxistests soweit möglich erprobt.
Messtechnische Qualifizierung eines Variable Height Kalibrier-Normals (Rampen-Normal). - Ilmenau. - 74 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Die vorliegende Masterarbeit beschreibt die messtechnische Qualifizierung eines Variable Height Stufenhöhen-Kalibrier-Normals. Zunächst werden die angewandten Messverfahren vorgestellt und die durchgeführten Messungen inklusive der dazugehörigen Ergebnisse am Kalibrier-Normal mittels Laserfokus-Sensor, Atom-Kraft-Mikroskop, verschiedenen Weißlichtinterferometer-Aufbauten und dem Rasterelektronenmikroskop aufgezeigt. Die Reproduzierbarkeit der Stufenhöhe und die optimale Datenpunktweite wurde mit dem Laserfokus-Sensor untersucht. Die Ableitung der Strukturparameter (Line Edge Roughness, Corner Rounding, Side Wall Angle und Stufenhöhe) aus den Daten aller Messprinzipien inklusive der Korrelation zwischen den Messverfahren wurde behandelt und beschrieben. Weiterhin wurde die Ableitung von Aussagen zur geometrischen Form der Strukturen und deren Unsicherheit betrachtet und geschildert. Abschließend und um weitere Untersuchungen zu ermöglichen, wurde zusätzlich eine Datenbank mit Laserfokus-Sensor-Daten angelegt.