Planspiegelinterferometer zur simultanen Längen- und Winkelmessung. - 102 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Die Möglichkeit der simultanen hochauflösenden Erfassung von Linear- und Kippbewegungen ist für die Genauigkeit moderner Präzisionspositionier- und Koordinatenmesssysteme von entscheidender Bedeutung. In der vorliegenden Arbeit wird zu diesem Zweck ein fasergekoppeltes Zweistrahl-Planspiegelinterferometer auf Basis des Zweifrequenzverfahrens vorgestellt. Das Zweistrahlkonzept ermöglicht die gleichzeitige Messung der Verschiebebewegung und der Verkippung des Messreflektors um eine Raumachse. Die Winkelmessung wird, nach dem Prinzip des Tangenslineals, auf zwei Längenmessungen zurückgeführt. Im Unterschied zu den aktuellen Mehrstrahl-Interferometern der Fa. SIOS Messtechnik GmbH, wird die Längendifferenz zur Bestimmung des Winkels bei der vorgestellten Anordnung optisch erzeugt. Als Ausgangspunkt der Arbeit war das Grundprinzip des untersuchten Interferometers gegeben. Der Aufbau des Interferometers wurde zunächst theoretisch analysiert. Anhand von Berechnungen wurden die Eigenschaften der Anordnung, Vor- und Nachteile sowie Anforderungen an deren praktische Umsetzung spezifiziert. Weiterhin konnten die aus Spiegelverkippungen, Bauteiltoleranzen und der Kalibrierunsicherheit resultierenden Fehlereinflüsse quantifiziert werden. Der Hauptvorteil des Prinzips der optischen Differenzbildung ist die wesentlich geringere Bandbreite des Winkelmesssignals (Längendifferenzsignal) im Vergleich zum Längenmesssignal. Dadurch lässt sich das Signal-Rausch-Verhältnis des Winkelausgangs, mit einem entsprechend schmalbandigen Filter, signifikant verbessern. Aus der Charakteristik des Winkelsignals resultieren jedoch bestimmte Anforderungen an dessen elektronische Verarbeitung. Das Zweifrequenzverfahren erwies sich hier als die wesentlich vorteilhaftere Technologie. Die Funktion des Messsystems konnte mit einem Experimentalinterferometeraufbau nachgewiesen werden. Die messtechnischen Resultate bestätigen die Ergebnisse der theoretischen Analyse und das Leistungspotential der neuen Anordnung.
Konzeption und Aufbau eines Achslastwägesystems mit integrierter Fahrzeugzuordnung. - 85 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Angesichts des hohen Termindrucks und der schnelllebigen Zeit, wächst bei den Kunden der Firma PAARI Waagen- und Anlagenbau der Wunsch nach Lösungen, die ein noch schnelleres Wiegen ermöglichen, als es ohnehin schon gewährleistet werden kann. Diese Entwicklung hat bei der Firma zur Überlegung geführt, ein Achslastwägesystem konzipieren zu lassen, welches das Wiegen ohne Anhalten für die Fahrzeuge ermöglicht. Dazu ist neben einer Software auf der Wägeelektronikseite, welche die Gewichte schnell berechnen kann, auch eine Fahrzeugzuordnung nötig. In der Arbeit wurden verschiedene Ansätze für die automatische Zuordnung diskutiert und eine geeignete ausgewählt. Der Stand der Technik im Bereich Weigh-In-Motion, zu dem Achslastwaagen zählen, wurde aufgenommen. Entstanden ist ein Prototyp bestehend aus einer Achslastwaage auf Wägezellenbasis, einem Schaltschrank mit Wägeterminal und Signalanlage sowie einem Softwarepaket. In das Softwarepaket ist ein Modul für die Wägeelektronik zur Gewichtsermittlung, ein übergeordnetes Leitsystem und die Schnittstellen zwischen diesen zu zählen. Zur Fahrzeugzuordnung wurden Funkfernbedienungen gewählt, mit denen die Anmeldung an der Waage erfolgt. Die Einstellungen für diese werden im Leitsystem vorgenommen. Der Prototyp wurde auf dem Betriebshof einer Biogasanlage aufgebaut und erfolgreich zahlreichen Tests unterzogen.
Konzeption zur drahtlosen Anbindung unterschiedlicher Bedien- und Anzeigeterminals an das SIOS-Interferometer-Auswertesystem. - 76 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Ziel dieser Diplomarbeit ist die funkgestützte Erweiterung einer Auswerteeinheit der Firma SIOS Meßtechnik GmbH. Hierfür wurden im Rahmen der Diplomarbeit unterschiedliche Möglichkeiten zur drahtlosen Kopplung recherchiert, bewertet und umgesetzt. - In den vergangenen Jahren hat die Bedeutung funkgestützter Kommunikationssysteme innerhalb der der Automatisierung stark zugenommen. Ausgehend von einer Vielzahl an bestehenden Funktechnologien und standards wurde hinsichtlich messtechnischer Zwecke eine Eingrenzung geeigneter drahtloser Funktechnologien durchgeführt. Dabei manifestierten sich die verbreiteten Standards Bluetooth und WLAN für eine drahtlose Umsetzung der bestehenden kabelgebundenen Geräteanbindung. Der hohe Verbreitungsgrad der beiden Funksysteme ermöglichte prinzipiell den Einsatz konventioneller PDA- und PC-Geräte. Die RS-232-Schnittstelle der Auswerteeinheit wurde mit Hilfe handelsüblicher Funkadapter erweitert. Über virtuelle COM-Port-Treiber gelang eine interoperable Realisierung der Funkschnittstelle. Die Erstellung von Datenerfassungsapplikationen erfolgte mit der Entwicklungsumgebung LabVIEW, welche um ein zusätzliches Softwaremodul zur Erstellung von PDA-Anwendungen erweitert wurde. Die Anwendungen wurden auf der PC-Plattform entwickelt und getestet. Anschließend erfolgte eine Portierung auf die PDA-Plattform. Somit konnte erfolgreich eine drahtlose Datenerfassung und Steuerung des interferenzoptischen Messsystems mit Hilfe der geschaffenen Programme für beide Geräteklassen geschaffen werden.
Optimierung der indirekten Keilabstandsmessung bei Lehneneinstellern. - 106 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Ziel der Diplomarbeit war es, den Messwerterfassungs- und Auswertebestandteil einer Prüfeinrichtung zur dynamischen Keilabstandsprüfung für Lehneneinsteller auf Plausibilität zu untersuchen, Fehlerquellen aufzudecken und den Prozess gegebenenfalls zu optimieren, um eine konstante Messqualität zu gewährleisten. Die Messqualität des Keilabstandes ist entscheidend für die Gewährleistung der Funktion über die Lebensdauer des Beschlages. Dazu fand eine ausführliche Untersuchung der mechanischen Komponenten und der Steuerungssoftware statt. Zusätzliche wurde eine Überprüfung der Auswirkung veränderbarer Parameter (Prüfgeschwindigkeit, Kalibrierung) durchgeführt. Es wurde ein Prüfstand entwickelt, an dem der Messvorgang nachgestellt werden kann. Ein weiterer wichtiger Aufgabenteil bestand in der Dokumentation der verschiedenen Bestandteile der Prüfeinrichtung. Eine Zusammenfassung der Informationen über die Parameter der einzelnen Maschinenbauteile, den Aufbau der Messsoftware und der Vorgaben vom Hersteller ist unabdingbar für das Verständnis des Messprozesses und einer stetigen Fehleranalyse und Fehlerbehebung.
Mess- und Auswertesoftware für eine Kalibriereinrichtung von Oberflächen-Tasttemperaturfühlern. - 66 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Die thermischen Messfehler von Oberflächen-Tastemperaturfühlern hängen sowohl von der Sensorbauform als auch vom Messobjekt ab. Für eine Testeinrichtung für Sensoren dieser Bauform, die eine Kalibration sowohl an einer temperaturgeregelten Oberfläche als auch an Prüfkörpern mit verschiedenen Abmessungen, Materialien und Oberflächen in einem Temperaturbereich bis 500 &ayn;C gestattet, wurde ein PC-Programm auf der Basis von Labview geschrieben. Mit diesem Programm können Messungen im Rahmen einer Kalibrierung oder in einem Spezialpraktikum für Studenten durchgeführt werden.
Konstruktion, Aufbau und Erprobung eines kompakten fasergekoppelten Heterodyn-Interferometers. - 104 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Die Motivation für die vorliegende Arbeit bestand darin, ein kompaktes fasergekoppeltes Heterodyn-Planspiegel-Interferometer auf der Basis einer Zwei-Laser-Beat-Frequenz-Erzeugung zu konstruieren, aufzubauen und erproben. Für das Interferometer gibt es zahlreiche Anordnungsmöglichkeiten, aus denen die optimale Lösung realisiert werden sollten. Dazu wurde der Variantenvergleich verschiedener Anordnungen untersucht und die Konstruktionsergebnisse beschrieben. - Aufgrund des kompakten Aufbaus kann das Interferometer in zahlreiches Messsystem zum Einsatz kommen. Es wurde daher eine interferometrische Messanordnung zur gleichzeitigen dreidimensionale Koordinatenmessung konzipiert. - Als weiterer wichtiger Aspekt wurde ein Konzept für das Interferometer zur Verringerung des Temperatureinflusses von Wärmequellen der Elektronik vorgeschlagen. Es basiert auf der Abtastung mit Lichtwellenleiter. - Abschließend wurde ein geeigneter Experimentaufbau zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Interferometers realisiert und die Konstruktionsergebnisse beschrieben.
Untersuchungen zur Regelung der Positioniersysteme der Nanopositionier- und Nanomessmaschine. - 95 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Der zurzeit verwendete Regler an der Nanopositionier- und Nanomessmaschine (NPMM) für die drei translatorischen und zwei rotatorischen Achsen ist ein nichtlinearer modifizierter PID-Regler. Der Regler besitzt einen einfachen Algorithmus und ermöglicht eine unkomplizierte Implementierung. Der Nachteil liegt in der Reglerparametrierung, da der Reglerentwurf rein experimenteller Natur ist. Die Parametrierung geschieht bis jetzt nur empirisch und ist damit sehr zeitaufwändig. Ziel dieser Arbeit ist es, ein Modell der NPMM zu entwickeln und anhand dieses Modells einen analytischen Reglerentwurf vorzunehmen. Verschiedene Regelalgorithmen können daran getestet und ggf. eingesetzt werden. Die Modellbildung der NPMM beinhaltet sowohl Herleitung der Differenzialgleichungen als auch die experimentellen Untersuchungen der mechanischen und elektrischen Komponenten des gesamten Systems. Verschiedene Regler kamen zum Einsatz. Die Reglerparametrierung erfolgte analytisch und auf Basis des hergeleiteten mathematischen Modells. Der PI-Zustandsregler mit einer gekoppelten Führungs- und Störgrößenaufschaltung wurde im Rahmen dieser Diplomarbeit zur Regelung der drei translatorischen Achsen erfolgreich umgesetzt.
Schaffung der mechanisch-konstruktiven Voraussetzungen zum fasergekoppelten Betrieb eines Nd:YAG Kraftsensors in einem Frequenz-Regelkreis. - 61 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Ein neues Messverfahren zur hochgenauen Messung von statischen Kräften ist das polarisationsoptische Verfahren unter Nutzung von Nd:YAG-Laser Kristallen. Zielsetzung der Diplomarbeit war die Konstruktion eines Messaufbaus zur umfassenden Untersuchung dieses Messeffektes. - Der erste Schritt dazu ist eine vollständige thermische und mechanische Entkopplung zwischen Pumplaserquelle und Nd:YAG Resonator mittels Faserkopplung. Zur Übertragung der Pumpstrahlung sind sowohl polarisationserhaltende als auch polarisationsneutrale Monomodelichtwellenleiter einsetzbar. - Eine zweite Teilaufgabe umfasst die Konstruktion eines universellen Krafteinleitungssystems inklusive der mechanischen Lagerung des Nd:YAG Kristalls. Ein piezoelektrisches Krafterzeugungssystem ermöglicht die Wahl des Arbeitpunktes sowie einen Betrieb des Messsystems in einer Regelschleife zur Erzeugung einer konstanten Beatfrequenz.
Untersuchung und Optimierung der messtechnischen Eigenschaften eines 3D-Mikrotasters. - 113 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Die Arbeit befasst sich mit der messtechnischen Untersuchung eines 3D- Mikrotasters, der an der TU Braunschweig hergestellt wird. Der Taster besteht aus einer Siliziummembran mit vier piezoresistiven Widerstandsmessbrücken, die die Auslenkung in allen drei Raumrichtungen detektiert. Untersuchungen in Bezug auf das Signal-Rausch-Verhältnis und der Tasterdrift wurden durchgeführt und analysiert. Ein neuer Verstärker wurde entworfen, um die Empfindlichkeit des Messsignals gegenüber äußeren elektromagnetischen Störfeldern zu minimieren. Ein neues Halterungskonzept wird vorgestellt, um die Drift des Signals zu verkleinern und die Montagefreundlichkeit der Taster zu erhöhen. Messungen zur Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit der Taster wurden durchgeführt. Freiformscans mit zwei unterschiedlichen Tasterdesigns konnten erfolgreich in allen drei Raumrichtungen erprobt werden
Analyse eines direkteinspritzenden Turbo-Ottomotors mit variabler Ventilsteuerung am optischen Motor. - 95 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
In der Diplomarbeit wurden laseroptische Untersuchungen an einem konstruktiv veränderten turboaufgeladenen Benzindirekteinspritzer mit vollvariablem Ventiltrieb gemacht. Dazu wurden nach eingehender Beschreibung des Basismotors die Unterschiede des Glasmotors beschrieben und hinsichtlich der Übertragbarkeit der Ergebnisse auf das Entwicklungsvorhaben bewertet. Nach Darstellung der optischen Messumgebung am Glasmotor und der zugrunde liegenden Funktionsweise der Tracer LIF Methodik zur Lambdaquantifizierung, wurde die Prüfstandstechnik und seine Bedienung bei der Betriebspunkteinstellung betrachtet. Die Vorbereitung der Messpunktaufnahme sowie der optische Messprozess werden danach ausgeführt. Die nachgeschaltete Auswerteroutine bestimmt die Genauigkeit der Bilder mit und wird einzeln erläutert. Im Folgekapitel erfolgt eine Auflistung der Ergebnisse der glasmotorischen Messungen auf Basis des Betriebspunkts bei der Drehzahl 1500U/min und der inneren Last wi=0,2kJ/L. Dabei werden die einzelnen Software- und Hardwarevariationen jeweils der Ursprungskonfiguration gegenübergestellt und bewertet. Aus den optischen Messergebnissen wurden Optimierungsmaßnahmen für den Betrieb abgeleitet. Der abschließende messtechnische Ausblick eröffnet weitere experimentelle Möglichkeiten zur Nutzung des optischen Motors.