Analyse und Bewertung von Oberflächenmessungen und -kennwerten für die Beurteilung von Verzahnungen. - Ilmenau. - 124 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Die fortschreitende Elektrifizierung des Antriebsstrangs stellt immer höhere Anforderungen an Getriebe. Hohe Drehzahlen verlangen widerstandsfähige Verzahnungen, welche durch den Wegfall des lauten Verbrennungsmotors leise laufen müssen und außerdem einen hohen Wirkungsgrad erzielen sollen. Diese Anforderungen können nur durch eine höhere Qualität der Verzahnungen erreicht werden. Speziell die Oberflächenrauheit spielt eine Rolle, da sie für die Schmierfilmbildung zuständig ist und die Tragfestigkeit mitbestimmt. Um eine gleichbleibend hohe Oberflächenqualität bei allen Verzahnungen zu gewährleisten, ist eine Fertigungsmessung erforderlich. Vor diesem Hintergrund befasst sich die Arbeit mit dem Kompetenzaufbau im Bereich Oberflächenmessung von Verzahnungen für eine Firma der Automobilbranche. Zunächst werden Grundlagen im Bereich Fertigungsverfahren der Zahnradherstellung und Oberflächenmessverfahren sowie Rauheitskennwerte, die für die Beurteilung von Verzahnungen sinnvoll sind, geschaffen. Anschließend folgen Versuchsreihen an Verzahnungen aus einem Getriebe mit den vorgestellten Verfahren, welche mit verschiedenen Kennwerten und Analysemethoden ausgewertet werden. Anhand der Versuchsreihen wird die praktische Eignung der Messverfahren für die Fertigungsmessung bewertet. Ziel ist es ein Messverfahren zu empfehlen, welches für die Fertigungsmessung der Verzahnungen in dieser Firma sinnvoll ist. In diesem Zusammenhang wird eine Strategie zur Messung der Oberflächenrauheit benötigt, die sich mit dem empfohlenen Messverfahren anwenden lässt. Zusätzlich sollen Kennwerte und Analysemethoden zur Beurteilung der Oberflächenrauheit ausgearbeitet werden.
Entwicklung und Untersuchung einer optischen Durchmessermessung von Lehrringen mit Hilfe gekoppelter Weißlichtinterferenzen. - Ilmenau. - 95 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der Konzeption eines Messaufbaus zur optischen Bestimmung von Lehrringdurchmessern. Der zu prüfende Ring besitzt einen Nenndurchmesser von 98mm. Grundlage der Messanordnung ist ein Tandemaufbau bestehend aus zwei seriell geschalteten Interferometern ähnlich dem Michelson-Interferometer. Die dabei verwendete Lichtquelle ist eine kurzkohärenteWeißlichtdiode mit einer mittlerenWellenlänge von 828nm. Die spektrale Halbwertsbreite der Diode beträgt 83nm. Eine Verwendung von Weißlicht ermöglicht die absolute Durchmesserbestimmung des Lehrrings aufgrund des auftretenden Interferenzmaximums. Zusätzlich wird eine achromatische Polarisationsoptik verwendet, um den Kontrast zu erhöhen und Nebensignaturen zu vermeiden. Zylinderlinsen werden im Aufbau zur Anpassung der Wellenfronten an das zylindrische Profil des Lehrrings genutzt. Nach der Betrachtungen des theoretischen Strahlengangs erfolgt die Bestimmung und Auslegung notwendiger Justierstellen. Diese besitzen zum Teil ein Auflösungsvermögen von 15[my]m bzw. 1'. Anschließend erfolgt die Konstruktion, der Aufbau und die Justage des gesamten Experimentalaufbaus. Durch schrittweises Verändern des Spiegelabstandes im Referenzinterferometer wird die Interferenzsignatur ermittelt. Nach dem erfolgreichen Auffinden und der Kontrasteinstellung durch feinfühlige Justierbewegungen erfolgt die Auswertung des Streifenmusters. Dabei konnte ein Kontrast von 0,15 erzielt werden.
Konstruktion und Inbetriebnahme eines kompakten Weißlichtinterferometers für Kavitätslängenmessungen. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Das in dieser Arbeit optimierte Weißlichtinterferometer dient zum Messen von großen Kavitätslängen. Es basiert auf dem Grundprinzip nach Michelson, besitzt aber Polarisationsoptiken, um die Intensitätsanteile in Referenz- und Messarm einzustellen. Die eingesetzte Weißlichtquelle besitzt ein FWHM von 100 nm bei einer mittleren Wellenlänge von 540 nm. Hieraus ergibt sich eine Kohärenzlänge von 3,2 [my]m, die bei einem Arbeitsabstand von ca. 120 mm genutzt werden kann. Der vom Kollimator ausgehende Lichtstrahl wird durch ein Achromatenduplett mit einer Brennweite von 12,7 mm chromatisch korrigiert. Darüber hinaus ist das Interferometer neben einer CMOS-Kamera auch mit einer CMOS-Zeile für die schnelle Erfassung von Weißlichtsignaturen versehen. Die CMOS-Zeile ist mit einer passenden Zylinderlinse der Brennweite von 25 mm ausgestattet. Um das Polarisationsverhältnis weiter zu erhöhen, wurden verschiedene Polarisatoren hinsichtlich ihrer Eignung untersucht. Für die Polarisatoren gibt es nun Aufnahmen, um deren Transmissionsachse in Schritten von 1,2˚ zu rotieren und so die Intensität in beiden Interferometerarmen genauer einzustellen. Die Spiegeljustierung ist neu konstruiert worden, um eine feinfühligere Kippung zu erlauben. Gleichzeitig wurde der Drehpunkt verlegt, um parasitäre Bewegungen der Spiegeloberfläche beim Justieren zu vermeiden. Es wird nun eine Einstellgenauigkeit von 4,41' erreicht. Um Blenden und Ausgleichsglasplatten schnell und ohne Aufwand in den Strahlengang einzubringen, gibt es eine neue Wechselautomatik. Zur Positionierung von Zylinderlinse und CMOS-Zeile sind entsprechende Justierstellen ausgelegt und konstruiert worden. Durch den gewählten, modularen Aufbau lässt sich der Bereich zwischen zwei Interferenzsignaturen auf bis zu ca. 300 mm erweitern.
Kalibrierung eines neuen Messaufbaus für die Kraftmessung. - Ilmenau. - 48 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
In der vorliegenden Masterarbeit wurde ein Torsion Messaufbau beschreiben, welcher ein Teil der Lorenzkraft-Anemometrie ist. Die Anwendung dieses Messaufbaus ist die Strömungsgeschwindigkeit niedrig leitfähiger Flüssigkeiten zu Messen. Zuerst wurde die Neigungsempfindlichkeit des Messaufbaues mit Hilfe eines präzisen Kipptisches untersucht, dann wurde die Neigungsempfindlichkeit durch selber konstruierte Gewichte kompensiert. Des Weiteren wurde mit einem Autokollimator der Drehwinkel des Messaufbaus beobachtet, dadurch wurde das Ausgangssignal des Positionssensors als elektrische Spannung in einen Drehwinkel umgewandelt. Die Faktoren sind KDW1= -0.4325 ± 0.0004 mrad/V, KDW2= -0.4288 ± 0.0005 mrad/V. Außerdem wurde der Messaufbau durch eine bekannte Neigungskraft zur Bewegung geführt, dann wurde das Ausgangssignal des Positionssensors auch in eine Kraft umgerechnet. Die Faktoren sind KK1= -40.0243 ± 0.0659 [my]N/V, KK2= -39.6740 ± 0.0681 [my]N/V. Auch die Langzeitstabilität wurde getestet. Die Experimente wurden zweimal durchgeführt, einmal als die Temperatur stabil war und das andere Mal, als sich die Temperatur veränderte. Durch das erste Experiment wurde festgestellt, dass nach ca. 12 Stunden eine Stabile Situation im Messaufbau erreicht wurde und die Eigenfrequenz bei 0.064 Hz liegt. Auch die beiden Standardabweichungen aus dem Originalsignal des ersten Sensor S1 = 0.0537 [my]N und aus dem gefilterte Signal dieses Sensors S1 = 0.0052 [my]N wurden berechnet. Zum Filtern wurde der Durchschnittsfilterwert mit dem Filterkoeffizient 25 verwendet. Aus den gewonnenen Daten des zweiten Experiments kann man sagen, dass die Temperatur beeinflusst die Messung. Für die Datenerfassung der Positionssensoren, des Autokollimator, der Temperaturwiderstände und der Verarbeitung der Messdaten, sowie für die Erstellung von Grafiken, wurden mehrere Codes im Programm MatLab geschrieben.
Frequenzstabilisierung eines polarisierten 1-Moden He-Ne Lasers. - Ilmenau. - 50 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frequenzstabilisierung eines Ein-Moden-HeNe-Lasers für messtechnische Anwendungen unter Einbezug der Intensität des Laserlichtes. Dazu sind ein Versuchsaufbau konstruiert und gefertigt sowie ein Regelkreis aufgebaut worden. Anschließend konnte die Möglichkeit einer Frequenzstabilisierung untersucht werden.
Optimierung einer Methode zur optischen Winkelmessung mit einem Kösters-Prisma. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Im Rahmen der Arbeit wurde ein kompakter Interferometeraufbau zur Winkelmessung realisiert. Das divergente Licht einer fasergekoppelten LED wird in eine Anordnung aus einem Kösters-Prisma und einem Messspiegel eingekoppelt und erzeugt ein Weißlichtinterferenzmuster. Die Winkellage und der Abstand der Interferenzstreifen ändern sich in Abhängigkeit des Winkels des Messspiegels und werden mittels einer Kamera erfasst. In Experimenten konnte das Interferenzmuster in einem Winkelbereich von 16' ausgewertet werden. Die Winkelfehler (Schielfehler) der verwendeten Kösters-Prismen haben dabei einen entscheidenden Einfluss auf die Ausbildung des Interferenzmusters. Zwischen der Kippung des Messspiegels und der Neigung der Interferenzstreifen besteht ein Zusammenhang in Form einer Arkustangens-Funktion. Je größer der Schielfehler ist, desto flacher ist der Anstieg am Nullpunkt dieser Arkustangens-Funktion. Zudem wurde herausgefunden, dass die Abstände der Interferenzstreifen mit größer werdendem Versatz der Lichtpunkte auf der CMOS-Zeile immer schmaler werden. Das Verhältnis zwischen Streifenneigungs- und Spiegelkippwinkel im Experiment beträgt am Umkehrpunkt 1˚=0,67'' (Versuchsreihe 3, Messreihe 2).
Gravimetric compensation system for LNG calibration. - Ilmenau. - 160 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Die Kalibrierung ist in der Messtechnik ein unverzichtbares Mittel zur präzisen Charakterisierung von Messgeräten für die Forschung, Wirtschaft, Industrie und den Privatgebrauch. Um hohe Zusatzkosten bei der Nutzung zu vermeiden, werden immer geringere Kalibrierunsicherheiten von den Messgeräten gefordert. Ein Beispiel dafür sind Durchflussmessgeräte, welche an Tankstellen, am Gas- und Wasserzähler oder bei der Auffüllung der heimischen Gas- bzw. Öltanks eingesetzt werden. Damit hohe Genauigkeiten der Messgeräte erreicht werden, müssen optimale und präzise Versuchsstände zur Kalibrierung entwickelt werden. Ein Versuchsaufbau zur Kalibrierung von Durchflussmessgeräten für LNG (Flüssigerdgas) befindet sich am VSL - dem Niederländischen Metrologischen Institut - in Delft. Um die Genauigkeit der Durchflusskalibrierung zu steigern, befasst sich die vorliegende Masterarbeit mit der Entwicklung eines gravimetrischen Kompensationssystems für die LNG Kalibrierung. Zur systematischen Umsetzung des Themas werden zunächst die Entwicklungsaufgabe und die Hintergründe des Projektes analysiert und mit Hilfe einer Anforderungsliste präzisiert. In diesem umfangreichen Anforderungskatalog werden die verschiedenen Teilmodule abgegrenzt, welche es im folgenden Entwicklungsprozess umzusetzen gilt. Hierzu gehören unter anderem die Auswahl aller benötigten elektrischen Komponenten, die Konstruktion der mechanischen Bauteile und die Auswahl und Programmierung einer industriellen Steuerung. Die Durchführung der Entwicklung wird durch Berechnungen, Simulationen und/oder Testmessungen unterstützt. Unter Beachtung der Vorschriften für explosionsgeschützte Umgebungen, deren Berücksichtigung aufgrund des Einsatzes von LNG dringend erforderlich ist, den benötigten Genauigkeiten und vorherrschenden Kraftverhältnissen wird ein vollständiges und funktionierendes Kompensationssystem entwickelt, welches in den vorhandenen Versuchsaufbau integriert wird und zu einer signifikanten Steigerung des Kalibrierergebnisses führt.
Konstruktion, Aufbau und Untersuchung eines neuartigen hochauflösenden Tiltmeters. - Ilmenau. - 67 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Analyse, Optimierung und der messtechnischen Untersuchung monolithischer Tiltmeter, mit nanorad Auflösung, basierend auf dem Pendelprinzips. Die Anwendungsgebiete liegen in der Geodäsie, Gehophysik und Präzisionsmesstechnik. Zu Beginn wird durch Analyse eines Prototypen die Anforderungsliste für das Gesamtsystem abgeleitet. Anhand analytischer Betrachtungen kann das statische und dynamische Verhalten der Pendel beschrieben werden. Mit Hilfe der Modelle kann ein stehendes und ein hängendes Pendel als Messsystem optimiert ausgelegt werden. Die statischen und dynamischen Eigenschaften werden anhand von FEM-Simulationen verifiziert. Aus den Umgebungsbedingungen und Einflussfaktoren werden Designrichtlinien für ein Gehäuse abgeleitet. In der messtechnischen Untersuchung werden die Positionssensoren bezüglich ihrer Langzeitstabilität, sowie den Temperatur- und Feuchtekoeffizienten untersucht. Die Ergebnisse der Untersuchung ermöglichen eine relative Qualifizierung der Sensoren. Das dynamische Verhalten kann mit Hilfe der Messung der Übertragungsfunktion bestätigt werden. Abschließend zeigt eine Untersuchung des statischen Verhaltens von zwei stehenden Pendeln eine erwartete Erhöhung der Empfindlichkeit. Ausblickend werden weitere Optimierungen bezüglich der Fertigung, sowie Anwendungsmöglichkeiten in anderen Bereichen der Messtechnik aufgezeigt.
Schwingungsuntersuchungen sowie Optimierungen an einer ultrapräzisen Koordinatenmessmaschine. - Ilmenau. - 95 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Die Positionierung und Messung von Bauteilen und Strukturen im Nanometerbereich ist für die weitere industrielle Entwicklung sehr wichtig. Steigende Anforderungen an Produkte mit Strukturen und Oberflächen von höchster Genauigkeit schaffen die Notwendigkeit für geeignete Messmaschinen. An der TU Ilmenau, im Kompetenzzentrum NPMM 200, kann im Bereich Längenmessung schon heute ultrapräzise gemessen werden. Die Messgenauigkeit steht allerdings in Abhängigkeit zu einer stabilen Messumgebung ohne Störeinflüsse. Zu den Störeinflüssen zählen auch Schwingungen, welche die Messgenauigkeit herabsetzen. Diese Arbeit befasst sich mit der schwingungstechnischen Untersuchung der Nanopositionier- und Nanomessmaschine NPMM-200 und umfasst die Bereiche Schwingungstechnik, Messtechnik und Signalverarbeitung.
Charakterisierung der Nichtlinearitäten eines 3-Achs-Heterodyninterferometers. - Ilmenau. - 56 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Diese Masterarbeit handelt über die Inbetriebnahme und die anschließenden Untersuchungen an einen Drei-Strahl-Heterodyninterferometer, welches im Fachgebiet Präzisionsmesstechnik entwickelt wurde. Dieses Interferometer ist vom optischen Grundaufbau so gestaltet, dass periodische Nichtlinearitäten infolge von Strahlüberlagerung weitgehend vermieden werden können. Bei den Untersuchungen wurden die übrigen periodischen Nichtlinearitäten ermittelt sowie eine Diskussion hinsichtlich ihrer Ursachen vorgenommen. Dabei fanden sowohl Tests der Auswertungselektronik mittels eines Funktionsgenerator als auch Untersuchungen der drei Teilstrahlen im laufenden Betrieb statt. Zwecks dazu war die Konzeption und die Realisierung geeigneter Versuchsaufbauten notwendig um die periodischen Nichtlinearitäten bei der Längenmessung und der Winkelmessung erfassen zu können. Weitere Anstrengungen betrafen die Entwicklung einer Software in LabVIEW zum Auslesen der von der Phasenmessung ermittelten Messwerte. Es gelang die Identifizierung mehrerer sowohl aperiodischer als auch periodischer Fehlerquellen für den Messbetrieb. Diese Fehlerquellen wurden hinsichtlich ihrer Ursachen und den Maßnahmen zwecks ihrer Vermeidung diskutiert.