Rechnergestützte Verarbeitung und Auswertung von Messdaten in der interferenzoptischen Formmesstechnik. - 57 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Die Formabweichungsmessung an gekrümmten Oberflächen wurde mit einem interferenzoptischen Rundheitsprüfgerät am Institut für Prozessmess- und Sensortechnik der TU Ilmenau durchgeführt. Das Gerät wurde am selbigen Institut entwickelt und gebaut. Für die spätere Messdatenauswertung wurden die Messwerte in Textdateien gespeichert. Die gespeicherten Daten müssen nachfolgend verarbeitet und ausgewertet werden. Mit dieser Masterarbeit wird die entwickelte und realisierte Verarbeitung der Rundheitsmessdaten dokumentiert. Dadurch ist es möglich, Formabweichungen wie Rundheit und Zylinderform automatisch zu ermitteln. Die ermittelte Rundheitsabweichung für das in der Arbeit betrachtete Beispiel liegt zwischen 0,06 [my]m und 0,09 [my]m. Der Betrag der Zylinderformabweichung für dieses Beispiel entspricht 0,9 [my]m. Um diese Ergebnisse zu erzielen, wurden umfangreiche Analysen zu Fehlereinflüssen in den optischen Messungen durchgeführt und Lösungsansätze für die Datenverarbeitung erstellt. Unter anderem wurde die Möglichkeit geschaffen, den Lagerfehler des Rundtisches zu bestimmen und zu korrigieren. Die Verarbeitung und die Auswertung der vom Messgerät gelieferten Daten wurden in einem Programm realisiert. Die Erstellung des Programmes wurde mit der Software LabVIEW durchgeführt.
FEM-Betrachtung des dynamischen Verhaltens des metrologischen Rahmens einer Nanopositionier- und Nanomessmaschine. - 52 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Die vorliegende Masterarbeit widmet sich der Untersuchung der dynamischen Charakteristik des metrologischen Rahmens der an der Technischen Universität Ilmenau entwickelten Nanopositionier- und Messmaschine NPMM-200. Zunächst erfolgen eine Betrachtung der für die dynamische Modellierung technischer Systeme meist gebräuchlichen Methoden und eine begründete Auswahl der Finite-Elemente-Methode als die geeignetste Vorgehensweise für die Lösung der gestellten Aufgaben. Im weiteren Verlauf stehen die Analyse des Systemaufbaus und die Ermittlung relevanter Parameter innerer und äußerer Anregungen im Vordergrund, um anschließend Abstraktionsmaßnahmen für die FE-Modellbildung vorzunehmen. Unter Verwendung der Simulationssoftware ANSYS Workbench® V15.0 werden die Eigenfrequenzen und -formen anhand einer Modalanalyse bestimmt. Der Vergleich der anhand einer Frequenzanalyse ermittelten Verformungs-und Geschwindigkeitsamplituden in Abhängigkeit der Anregungsfrequenz mit den Ergebnissen der Schwingungsmessungen ermöglicht, Aussagen über die Anwendbarkeit bzw. die Qualität des Modells zu treffen. Weiterhin wird der Einfluss einer Werkstoffänderung, Änderung der Dämpfung und der Lagerbedingungen mit Hilfe des entwickelten FE-Modells bewertet. Im Anschluss werden die zulässigen Anregungsparameter während des Betriebes formuliert. Die Resultate dieser Arbeit können als Ausgangspunkt für weitere Optimierungsbetrachtungen bezüglich des dynamischen Verhaltens des metrologischen Rahmens dienen.
Messtechnische Untersuchung und Validierung eines Aufbaus zur Kalibrierung von Wärmestromsensoren. - 84 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Inhalt dieser Masterarbeit ist die Inbetriebnahme und messtechnische Untersuchung eines Kalibrierstandes für Wärmestromsensoren. Dieser wurde am Institut Prozessmess- und Sensortechnik der Technischen Universität Ilmenau konstruiert und aufgebaut um Wärmestromsensoren in einem Temperaturbereich von 20˚C...600˚C zu kalibrieren. Ergebnis dieser Kalibrierung wird die Ausgangsspannung des Wärmestromsensors in Abhängigkeit der anliegenden Temperaturdifferenz sein. Im Rahmen der Inbetriebnahme wurden geeignete PI-Regler für die Heizungen entworfen und implementiert. An ausgewählten Sensoren wurde die Kalibrierung vorgenommen und mit theoretischen Werten für die Empfindlichkeit beziehungsweise den Herstellerangaben verglichen. Um eine Angabe zur Messunsicherheit bei der Kalibrierung geben zu können, wurden die möglichen Fehlereinflüsse identifiziert und ihre Unsicherheitsbeiträge abgeschätzt. Dazu wurden sowohl Herstellerangaben zum verwendeten Messgerät herangezogen, als auch eigene Messungen durchgeführt. Thermische Simulationen zur Problemstellung ergänzten die Untersuchungen. Durch eine Unsicherheitsbetrachtung wurden die Fehlereinflüsse zusammengeführt und Möglichkeiten der Verbesserung des Kalibrierstandes aufgezeigt.
Aufbau eines frequenzstabilisierten Diodenlasers mit externem Gitterresonator bei 632,8 nm Emissionswellenlänge. - 55 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Die vorliegende Arbeit beschreibt den Aufbau und die Inbetriebnahme eines Diodenlasers mit externem Gitterresonator. Nach Erarbeitung der theoretischen Grundlagen wurde ein Konzept entwickelt, welches eine Emissionswellenlänge nahe der eines He-Ne-Lasers (632,8 nm) umsetzen kann. Es wird die konstruktive Umsetzung durch das Prinzip nach Littrow beschrieben und die Funktionsnachweise vorgestellt. Innerhalb des experimentellen Teils kamen verschiedene Arten von Laserdioden zum Einsatz und wurden hinsichtlich ihrer Eignung für das gewünschte Ziel verglichen. Im Aufbau werden die Frequenz- und Temperaturstabilität untersucht und das Durchstimmverhalten der Wellenlänge getestet. Das Ergebnis ist ein funktionsfähiger Diodenlaser mit externem Gitterresonator. Der Laser besitzt einen modensprungfreien Durchstimmbereich von 2 GHz und eine Ausgangsleistung von bis zu 55 mW bei einer Emissionswellenlänge im Bereich von 632 nm bis 635 nm. Mit Hilfe einer geeigneten Reglung lässt sich dieser auf einen He-Ne-Laser frequenzstabilisieren.
Untersuchung des statischen und dynamischen Verhaltens von Abgas-Thermoelementen. - 97 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
In dieser Arbeit wurde bei der Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG untersucht, wie sich die Messunsicherheit von Thermoelementen in der Abgastemperaturmessung verringern lässt. Bei der Betrachtung der Wärmeübertagungsvorgänge in der Messstelle, konnte der Strahlungswärmeaustausch des Thermoelementes, mit seiner Umgebung als maßgebender Einflussfaktor, auf den statischen Temperaturmessfehler identifiziert werden. Dabei ist immer ein negativer Temperaturgradient vom Thermoelement zur Umgebung zu erwarten. Es wurde daher untersucht, wie durch geeignete Maßnahmen der Strahlungswärmeaustausch verringert werden kann, um somit die gemessene Temperatur der Thermoelemente erhöhen und damit den Messfehler verringern. Hierzu wurden verschiedene Thermoelementgeometrien konstruiert und mit Hilfe der Finite Elemente Methode die Wärmeübertagung berechnet und optimiert. Ausgehend von den Berechnungsergebnissen, wurden Muster-Thermoelemente hergestellt, an denen, in einem Heißgasprüfstand, experimentelle Untersuchungen stattfanden. Hierbei wurden die statischen und dynamischen Eigenschaften der Muster-Thermoelemente ermittelt. Insgesamt konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass durch konstruktive Maßnahmen die Messgenauigkeit von Abgasthermoelementen erhöht werden kann.
Numerische Untersuchungen des thermischen Verhaltens von in Temperaturkalibratoren integrierten Fixpunktzellen. - 92 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
In der Industrie und der Forschung besteht in zunehmendem Maße die Notwendigkeit von hochgenauen und variablen Kalibriermöglichkeiten für Thermometer. Um diesen Forderungen gerecht zu werden, kommen häufig sogenannte Blockkalibratoren zum Einsatz. Dieser Ermöglichen das Kalibrieren mit Hilfe eines Masterthermometers. An der TU Ilmenau wird im Moment ein Blockkalibrator entwickelt, der nach einem völlig anderen Funktionsprinzip arbeitet als bestehende Geräte. Um die Nachteile bisheriger Konstruktionen beseitigen zu können, ist es notwendig die Ursachen für diese Nachteile zu analysieren. Diese bestehen im Wesentlichen in den parallel zueinander, in das Gerät eingeführten Thermometern. Durch diese axiale Verschiebung des Prüflings und des Masterthermometers entstehen Abweichungen in der Temperatur, welche die Thermometer umgibt. Zudem sollen im Rahmen dieser Neukonstruktion drei Fixpunktzellen (FPZ) in den Blockkalibrator integriert werden. Es besteht aufgrund der Nichtlinearität der als Masterthermometer verwendeten Widerstandsthermometer die Notwendigkeit, dieses an den Phasenübergangstemperaturen von drei Fixpunktzellen zu kalibrieren. Diese haben den Zweck, eine Kalibrierung des Masterthermometers ohne dessen Ausbau vornehmen zu können. Der Blockkalibrator soll in einem Temperaturbereich von 20˚C bis 600˚C arbeiten. Durch die eingebrachten Fixpunktzellen werden die Messergebnisse direkt auf die aktuell gültige Internationale Temperaturskala (ITS-90) zurückführbar. Es wurden die Fixpunktmaterialien Indium (Erstarrungspunkt 156,5985˚C), Zinn (231,928˚C) und Zink (419,527˚C) verwendet. Als Mantelmaterial für die Fixpunktzellen wurde Aluminiumnitrid gewählt. Hierfür war vor allem seine hohe Wärmeleitfähigkeit verantwortlich. Kern dieser Arbeit ist, die optimale Anordnung der Fixpunktzellen im Blockkalibrator zu ermitteln. Zu diesem Zweck wurden FEM-Berechnungen durchgeführt, in deren Rahmen sich die Temperaturverteilung und die Ausformung des Phasenübergangsplateaus optimieren lies. Nachdem die Randbedingungen der Simulation festgelegt waren, wurden verschiedene Geometrien erarbeitet. Anhand der gesteckten Ziele wurde eine Geometrie ausgewählt und näher untersucht. Es wurden die zeitlichen Verläufe der Phasenübergänge und die Totzeiten der Temperaturausbreitung zwischen verschiedenen Messstellen beleuchtet. Es konnten Gestaltungsrichtlinien aufgestellt werden, anhand derer die Anordnung der Fixpunkzellen auch bei späteren Änderungen an der Geometrie des Blockkalibrators oder an den Randbedingungen angepasst werden kann.
Beitrag zur Verbesserung der automatisierten Funktionsprüfung (Leckage, Druck) von Drucksensoren. - 115 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit den Funktionsprüfzellen von Fertigungslinien für Niederdrucksensoren die der Robert Bosch Fahrzeugelektrik Eisenach GmbH. Im Rahmen der Arbeit erfolgt eine Analyse dieser Funktionsprüfstände in Bezug auf den benötigten Rüst- und Zeitaufwand in den einzelnen Fertigungslinien. Zudem erfolgt ein Vergleich der unterschiedlichen Funktionsprüfgeräte und den daraus resultierenden Testinhalten der Funktionsprüfung. Im weiteren Verlauf der Masterarbeit findet eine Bewertung der vorhandenen Prüfkonzepte statt. Sie werden hinsichtlich der eben genannten Aspekte untersucht, verglichen und bewertet. Im Anschluss werden Verbesserungsvorschläge für die Prüfstände mit dem Schwerpunkt der technischen, zeitlichen und qualitätstechnischen Optimierung erarbeitet.
Optimierung eines Wägeroboters für Gewichte der Genauigkeitsklassen E1/E2 unter Berücksichtigung existierender internationaler Empfehlungen und verbesserter Messtechnik zur Bestimmung relevanter Parameter. - 69 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Das Ziel der Masterarbeit ist die Optimierung der Messung magnetischer Eigenschaften der Gewichte mit GK E1/E2 Genauigkeitsklasse mittels Gewicht Roboter Sartorius CCR 1000 ist. Es wurden Steuerprogramme für Roboter und Suszeptometer entwickelt, die die Lösung der Aufgabe ermöglichen. Die Sartorius Suszeptometer 05 und 06 wurden zur Messung der Suszeptibilität vorbereitet und ebenfalls Auswerteprogramme geschrieben und erprobt. Die Funktionstüchtigkeit für Messungen verlangte den Entwurf und Bau von Windschutzeinrichtungen. Die Ergebnisse zeigten, dass die entwickelten Verfahren zur Messung der magnetischen Parameter der Gewichte verwendet werden können. Es zeigte sich, dass die Messergebnisse deutlich verbessert werden können, wenn die Randbedingungen wie Temperatur, Wind, u.s.w. verbessert werden. Ebenfalls gilt das für den Magnetabstand Z0.
Untersuchungen von Bauelementen zum Aufbau einer universell nutzbaren Brückenschaltung mit hoher Auflösung. - 64 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Die Hauptaufgabe dieser Arbeit ist die Recherche, Aufbau und Untersuchung einer universell nutzbaren Brückenschaltung zur Temperaturmessung mit Widerstandsthermometer. Dazu wird die Wheatstonesche Brücke in Vierleiterschaltung benutzt. Es werden die Bauteile ausgewählt, die eine hohe Auflösung und Genauigkeit sicher stellen. Für eine ausgewählte Messschaltung werden die Fehler, Empfindlichkeit und Rauschverhaltens analysiert und experimentell überprüft. Nachdem wird eine Druckplatte projektiert. Es wird eine Messdatenerfassung und -auswertung mit Mittelwertfilter durchgeführt, aus welcher die Schlussfolgerungen über die Eigenschaften des projektierten Systems gemacht werden können
Entwicklung von Algorithmen zur Bestimmung von Oberflächentopologien mittels Weißlichtinterferometrie. - 65 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Das Ziel der Masterarbeit ist Entwicklung eines Algorithmus für Rekonstruierung der Oberflächentopologie aus dem Weißlichtinterferogramm. Insgesamt werden vier Methoden präsentiert, die eine Oberflächenrekonstruktion ohne Nutzung von a-priori Wissen erlauben. Alle diese Methoden basieren auf der Phasenbestimmung des Interferogramms. Sie können in zwei Gruppen unterteilt werden. Die erste Gruppe basiert auf der Amplitudenmodulation des Interferogramms mittels Quadratursignal. Die zweite Gruppe nutzt die Hüllkurve für Normalisierung des Interferogramms. Es wurden vier zusätzliche Algorithmen für Entfernung von unerwünschten Effekten entwickelt, die mit Problemen des normalisierten Signals, Unbestimmtheit der Phase sowie Vorzeichen- und Offsetfehlern der rekonstruierten Oberfläche verbunden sind. Zur Reduktion des Rauschens wurden digitale FIR Filter sowie die Wavelet-Transformation verwendet. Die Vorteile der Wavelet-Transformation wurden herausgearbeitet und eine Adaptierung für zwei-dimensional Datenfelder durchgeführt.