Entwicklung eines Messkopfes zur simultanen Prüfung von Bohrungsdurchmesser und Bohrungslage. - 122 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Eine häufige Aufgabe im Rahmen der Prozessüberwachung von Serienteilen in der Automobilindustrie ist die Prüfung von Bohrungsmerkmalen wie Bohrungsdurchmesser und Bohrungslage. Für diesen Zweck setzt man meist Mehrstellenmessvorrichtungen ein. Ein einmal festgelegtes Prüfkonzept kann hierbei aber nur mit großem Aufwand an geänderte Messaufgaben angepasst werden. Dieses Problem zu minimieren ist Ziel dieser Bachelorarbeit. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Messkopfs zur simultanen Überprüfung von Abweichungen des Ist- vom Soll-Durchmesser und der Ist- von der Soll-Lage bei Zylinderbohrungen mittels taktiler Messung. Für eine universelle Verwendung ist der Einsatz des Messkopfs für die Prüfung von Zylinderbohrungen für einen Durchmesserbereich von 6 bis 90 mm vorzusehen. Weiterhin soll eine Kontrolle der Bohrung auf Rundheitsabweichungen optional möglich sein.
Konstruktion einer Vorrichtung zur automatisierten Bewegung der Draht-Kathode einer Plasma-Beschichtungsanlage entlang zweier Achsen im Vakuum. - 80 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Konzeptermittlung und Konstruktion einer Vorrichtung für den Einsatz in einer Vakuumbeschichtungsanlage. Während des Beschichtungsprozesses soll die Vorrichtung zur automatisierten Bewegung einer Draht-Kathode dienen. Die Bewegung erfolgt dabei entlang zweier voneinander unabhängiger Achsen. Des Weiteren ist die Längenänderung der Kathode zu kompensieren und gleichzeitig eine mechanische Spannung aufrechtzuerhalten. Zur Erstellung einer Anforderungsliste wird zunächst der Beschichtungsprozess genauer untersucht. Über methodisches Vorgehen wird als Ergebnis der synthetischen Phasen ein geeignetes Technisches Prinzip entwickelt. Auf deren Grundlage folgen die Konstruktion sowie die Erstellung der Fertigungsunterlagen. Darüber hinaus werden einige Möglichkeiten zur Positionierung der Kathode in Bezug auf die zu beschichtenden Vakuumkammern erläutert und ein geeignetes Messprinzip ausgewählt.
Bildverarbeitende Algorithmen zur Bestimmung der Fokuslage einer digitalen Mittelformatkamera. - 74 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
In der folgenden Arbeit wird auf die Grundfunktion eines Phasenautofokus-Moduls einer digitalen Mittelformatkamera eingegangen. Dabei werden die essentiellen Elemente der algorithmischen Auswertung beschrieben. Die Betrachtung des Modells einer idealen Kante liefert Aufschluss über die Messfehler, die aus der algorithmischen Auswertung resultieren. In diesem Zusammenhang wird auf die signaltheoretischen Hintergründe der Abtastung und der Rekonstruktion von Bildsignalen eingegangen. Anhand synthetischer Flächenbilder, die auf der Basis des optischen Modells des Moduls berechnet wurden, werden weitere Modifikationen am Algorithmus vorgenommen, um die Messgenauigkeit zu steigern. Die daraus resultierenden Erkenntnisse werden durch die Verarbeitung realer Bilder, die mithilfe eines Prototyps des Moduls aufgenommen werden, verifiziert. Ein Direktvergleich des ursprünglichen und des optimierten Algorithmus für reale und synthetische Bilder soll die Gültigkeit des Modells sicherstellen sowie die Fähigkeit der Optimierung verdeutlichen. Ferner werden die Erkenntnisse auf eine Auswertung von Zeilenbildern übertragen. Ein Ausblick liefert Ansätze zur Erweiterung des Gültigkeitsbereiches, indem die Kompensation von Abbildungsfehlern und Designvorgaben an das optische System diskutiert werden.
Entwicklung einer Messvorrichtung zur Charakterisierung mechanischer Fixierungen von Glasmaßstäben. - 70 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Die Längenmessgeräte der Firma Heidenhain sind in ihrem Betrieb diversen Umwelteinflüssen ausgesetzt. Zu ihrer Befestigung auf den jeweiligen Montageoberflächen dienen spezielle Verbindungselemente. Aufgrund ihrer intrinsischen Eigenschaften können diese dazu führen, dass die Reaktion der Maßstabbefestigungen auf veränderte Umweltbedingungen mit Hysterese oder Drift behaftet ist. Um dieses Verhalten einschätzen zu können, wird eine Messvorrichtung entwickelt und in Betrieb genommen mit welcher Kraft-Weg-Messungen an den Montageelementen bei unterschiedlichen Temperatureinflüssen durchgeführt werden können. Auf diese Weise soll die Steifigkeit der Klebeverbindung zwischen Maßstab und Montageelementen gegenüber äußeren Belastungen ermittelt werden. Dazu werden in der vorliegenden Bachelorarbeit zunächst die allgemeinen Anforderungen an die Messvorrichtung zusammen getragen. Darauf aufbauend wird die Eignung des aktuellen Standes der Technik für das gewünschte Messvorhaben beurteilt und diskutiert. Anschließend werden die grundlegenden Komponenten für eine Vorrichtung zur Steifigkeitsmessung identifiziert und die Funktionsprinzipien verschiedener Aktoren und Sensoren erläutert. Zur Ermittlung einer adäquaten Umsetzung werden drei verschiedene Technische Prinzipien qualitativ miteinander verglichen und die gewählte Lösung in Form einer detaillierten Konstruktion umgesetzt. Ein vollständiger Satz der Fertigungszeichnungen ist im Anhang enthalten. Abschließend enthält die Arbeit die Ergebnisse erster Messungen, welche zur Verifikation der Eignung der Messvorrichtung dienen.
Verlustfreie Momentübertragung zwischen Drehmoment- und Gegendrehmomenteinrichtung für die Untersuchung von Prüflingen. - 70 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Diese Arbeit befasst sich mit einem Beitrag zur Entwicklung einer Drehmoment-Normalmesseinrichtung mit einem Messbereich von 1 mNm bis 1 Nm am Fachgebiet Feinwerktechnik der Technischen Universität Ilmenau. Im Rahmen eines Forschungsprojektes, welches die Minimierung der relativen Unsicherheit von aktuell Ur ≤ 10-4 auf Ur ≤ 10-5 (k=2) zum Ziel hat, sollen die Kupplungen zwischen Drehmoment- und Gegendrehmomenteinrichtung sowie dem zu kalibrierenden Drehmomentaufnehmer entworfen werden. Zunächst sollen Grundlagen über die physikalische Größe Drehmoment und der Aufbau einer Drehmoment-Normalmesseinrichtung den Einstieg in die Thematik erleichtern. Anschließend werden unter Berücksichtigung von Vorschriften, Normen und Fachgebietsvorgaben Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt und anhand dieser Kritikpunkte bewertet. Die zweckmäßigste Lösung wird konstruktiv ausgearbeitet und in einem 3D-CAD-Modell umgesetzt.
Umsetzung des Prinzips "Funktionswerkstoff an Funktionsstelle" für Laufflächen von planaren Wälzführungen. - 118 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
In vielen technischen Bereichen wie der Präzisionsmesstechnik und der Halbleitertechnologie sind hochgenaue Führungen erforderlich. Aerostatische Präzisionsführungen kommen aufgrund vieler Vorteile häufig zum Einsatz. Eine Verwendung dieser Führungen führt jedoch unter Vakuumbedingungen zu großen technischen Problemen. Das Betriebsmedium der Luftlagerelemente muss aufwendig abgeführt werden. Planare Wälzführungen sind eine geeignete Alternative, da sie ohne Hilfsmedien auskommen. Eine planare Wälzführung wird üblicherweise in einer monolithischen Läuferstruktur realisiert. Die mechanischen Eigenschaften können in dieser Bauweise die hohen Anforderungen jedoch nur bedingt erfüllen. Insbesondere die Lauffläche ist hierbei ein Bauteil, das durch die Belastung der Kugelkontakte hohe strukturmechanische Festigkeiten aufweisen muss. Mit einem monolithischen Läufer aus Stahl sind die Grenzen des Werkstoffs schnell erreicht. Deshalb ist die Entwicklung einer Bauweise in Verbundstruktur notwendig und die Zielstellung dieser Arbeit. Hierzu werden anhand theoretischer Betrachtungen Werkstoffe mit besonders geeigneten Eigenschaften ausgewählt. Die Entwicklung der Koppelstelle zwischen den verwendeten Bauteilen stellt eine besondere Herausforderung dar. In dieser Arbeit erfolgt eine systematische Auswahl von Konzepten für die Realisierung einer Koppelstelle, die die mechanischen Eigenschaften der Funktionswerkstoffe nicht beeinträchtigt. Dies geschieht durch FESimulationsmodelle und messtechnische Untersuchungen. Anhand der Ergebnisse erfolgt die Auswahl eines favorisierten Konzepts. Zur experimentellen Untersuchung der Eigenschaften einer gesamten planaren Wälzführung in Verbundstruktur erfolgt abschließend eine Konzeptionierung. Mit dem entwickelten Konzept ist eine Erfassung der Führungseigenschaften und des Käfigwanderns zum Vergleich verschiedener Laufflächenwerkstoffe möglich.
Berechnung des Einflusses der Läufergestalt auf die Eigenschaften einer planaren Wälzführung. - 144 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
In vielen technischen Bereichen wie der Präzisionsmesstechnik und der Halbleitertechnologie sind hochgenaue Führungen notwendig. Aufgrund ihrer Vorteile finden hier vorwiegend aerostatische Präzisionsführungen Anwendung. Der Einsatz dieser Führungen wirft jedoch unter Vakuumbedingungen größere technische Probleme auf, die sich durch die Notwendigkeit der Abführung des Betriebsgases ergeben. Planare Wälzführungen eignen sich im Gegensatz zu aerostatischen Führungen für diesen Einsatzbereich besonders gut, da sie ohne Hilfsmedien auskommen. In dieser Arbeit werden Läuferkonzepte entwickelt und die Beeinflussung der Führungseigenschaften untersucht. Diese Problematik wird mit Hilfe der FE-Methode abstrahiert und simuliert. In einem speziell für diesen Anwendungsfall entwickelten Modell sind alle geometrischen Parameter und deren Gestaltabweichungen berücksichtigt. Im Rahmen dieser Arbeit werden verschiedene Parameter wie Bewegungsbereich, Kugelanzahl sowie Werkstoffe und alle in Bezug stehenden geometrischen Eigenschaften variiert. Es werden Läuferkonzepte basierend auf der berechneten Steifigkeit der Führung, dem Verhältnis Steifigkeit / Läufermasse und den ertragbaren mechanischen Spannungen erstellt und bewertet. Als Ergebnis dieser Arbeit werden Optimierungsproblematiken definiert und Läuferabmessungen optimierter Geometrie für spezielle Anwendungen empfohlen.
Evaluation and optimization of the Scanning Thin Sheet Laser Imaging Microscope's (sTSLIM) alignment. - 132 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Zur zerstörungsfreien Untersuchung biologischer Präparate hat sich besonders in den letzten Jahren die Lichtschicht-Fluoreszenz Mikroskopie kontinuierlich weiterentwickelt. Im Zuge dessen wurden verschiedene Beleuchtungs- und Modulationsverfahren kreiert um wichtige Eigenschaften der Bildqualität, wie z.B. Auflösung und Kontrast, zu verbessern. Auf Grundlage der Verfügbarkeit solcher Techniken hat auch das Scanning Thin Sheet Laser Imaging Microscope (sTSLIM) eine kontinuierliche Verbesserung erfahren. Um Funktionen wie structured illumination und HiLo zu realisieren, wurde das Mikroskop um eine Vielzahl zusätzlicher Komponenten erweitert. Diese Veränderungen brachten jedoch auch eine erhöhte Empfindlichkeit des Gesamtsystems, sowie einen komplexeren Justierprozess mit sich, weshalb dieser Entwicklungsstand eine Überarbeitung der Justiermethoden und Justierstrategien erfahren musste. Der Schwerpunkt dieser Arbeit befasst sich mit der Optimierung des sTSLIM hinsichtlich einer einfacheren und verlässlichen Justieranleitung. Ausgehend vom vorangegangenen Versuchsaufbau wurde das gesamte System hinsichtlich der Empfindlichkeit seiner Einzelkomponenten analysiert und charakterisiert, sowie die vorhandene Justieranleitung kritisch untersucht. Basierend auf den erhaltenen Ergebnissen werden die Entwicklung und die Umsetzung von verschiedenen Lösungsansätzen beschrieben. Im Fokus liegen dabei vor allem ein vorteilhafteres Layout, ein weniger fehleranfälliger Aufbau und eine detaillierte Erstellung der Justieranleitung und des Justierplans. Eine erste Neuerung findet sich in der 'L'-förmigen Anordnung des Mikroskopaufbaus. Dadurch ist eine Teilung in zwei Systemarme möglich, welche nun unabhängig voneinander justiert werden können. Als Hauptergebnis wurde eine sorgfältig entwickelte Justieranleitung einschließlich eines dazugehörigen Justierplans erarbeitet. Die verwendeten Justiermittel werden durch Rechentechnik unterstützt und ermöglichen dadurch eine signifikante Verbesserung hinsichtlich Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Zudem konnte der gesamte Justageablauf so vereinfacht werden, dass dieser nun in einer kürzeren Zeitspanne abgearbeitet werden kann. Weiterhin wurden die Lichtschicht-formenden Elemente in einem mechanischen Linsentubus zusammengefasst, welcher eine Vorjustage, sowie dessen Einbau als komplette Unterbaugruppe ermöglicht. Die zuvor erreichte Linsenjustierung bleibt dabei erhalten und die Fehleranfälligkeit dieser Komponenten wird reduziert. Basierend auf diesen Ergebnissen ist somit eine gute Grundlage für weiterführende Entwicklungen des sTSLIM, wie z.B. der geplanten Implementierung von Besselstrahlen, gelegt.
Entwurf und Auslegung eines Separationsrings für Mastentfaltungsmechanismen des Sonnensegel On-Orbit Demonstrators GOSSAMER-1. - 63 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Arretierungs- und Separationsmechanismus für die GOSSAMER-1 Technologiedemonstration des Instituts für Faserverbundleichtbau und Adaptronik am Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Braunschweig sowie der ESA. Ziel der Konstruktion ist eine Einbindung in das aktuelle Tip-Reel Entfaltungskonzept für Sonnensegel, das eine Arretierung des Segelmasts und anschließende Separation vom Entfaltungsmechanismus vorsieht. Die Entwicklung wird durch Parabelüge gestützt und das Projekt mit einem On-Orbit Entfaltungsversuch im Sommer 2014 abgeschlossen. Die Anforderungen an die Konstruktion wurden, aufbauend auf früheren Entwürfen, erhöht und an das aktuelle Konzept angepasst. Der Separationsring wurde unter dem Aspekt der Zuverlässigkeit sowie der Gewichts- und Kostenefzienz entwickelt und durch analytische sowie numerische Berechnungen ausgelegt. Die Funktionalität des Konzepts ist durch abschließende on-ground Tests an einem Prototypen gewährleistet worden.
Untersuchung und Konzeption zur Anordnung und Kopplung von Strahlumlenkelementen in dreidimensionalen interferometrischen Messeinrichtungen. - 90 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Der Einsatz von Strahlumlenkelementen bietet eine Möglichkeit für eine neue konstruktive Gestaltung von Nanomess- und Nanopositioniermaschinen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht darin, ein geeignetes Konzept zu finden, das die Umlenkelemente untereinander verbindet und eine fixierte Stellung im Raum gewährleistet. Hierfür werden die Umlenkelemente auf einem Basisrahmen befestigt und hinsichtlich ihrer Verlagerung im Raum analysiert. Als Werkzeug steht das FEM-Programm "ANSYS" zur Verfügung, welches die ersten drei Eigenschwingformen verschiedener Rahmenmodelle simuliert und die relativen Verlagerungen an den Aufnahmepunkten der Elemente zum Rahmen ausgibt. Anhand der Ergebnisse werden die Basisrahmenmodelle untereinander verglichen und bewertet. Unter der Annahme, dass Verlagerungen des Basisrahmens direkt auf das Umlenkelement übertragen werden, entstehen Messfehler durch Verschiebung und -kippung des Elements. Diese Fehler werden im Bezug auf ausgewählte Rahmenmodelle erfasst und eingeordnet. Abschließend lassen sich die Anforderungen an ein Strahlumlenkelement ableiten, um den auftretenden Fehler bestmöglich zu minimieren.