Studienabschlussarbeiten

In der Präzisionsbearbeitung und Präzisionsmesstechnik werden in zunehmendem Maße vakuumtaugliche Führungen benötigt. Planare Wälzführungen stellen eine mögliche vakuumtaugliche Alternative für die in planaren Positioniersystemen verwendeten aerostatischen Führungen in Aussicht. Da bislang keine Erfahrungen vorliegen, sollen die Eigenschaften planarer Wälzführungen durch experimentelle Untersuchungen qualifiziert werden. Zu diesem Zweck ist ein Messstand zu konzipieren. In ersten Versuchsreihen sollen der Anteil der tragenden Kugeln und die Verkippung untersucht werden. Zur Erfassung der gesuchten Größen wurde eine systematische Prinzipfindung durchgeführt und die durch den Messstand zu erfüllenden Funktionen analysiert. Über die Messung der Steifigkeitskennlinie der Führung, welche aus der Hertz'schen Theorie abgeleitet wurde, ist die Anzahl der tragenden Kugeln ermittelbar. Die mechanischen Funktionen des Messstandes wurden konkretisiert und gemeinsam mit dem Messaufbau in ein Gesamtkonzept integriert.

In Zoomobjektiven werden optische Baugruppen entlang der optischen Achse relativ zueinander verschoben. Dabei sind nur geringe Quer- und Winkelabweichungen zulässig. Die Bewegung muss spiel- und ruckfrei verlaufen. Ein selbstständiges Verändern der vorgenommenen Einstellung durch Wirkung des Eigengewichts soll vermieden werden. Darüber hinaus sind weitere Anforderungen gemäß Lastenheft zu erfüllen. - Ausgehend von einer Analyse der vorhandenen Führung optischer Baugruppen in Objektiven werden in der Arbeit alternative Lösungsansätze unter Verwendung von marktgängigen Linearführungen entwickelt. Zur messtechnischen Überprüfung der Funktionsfähigkeit der gefundenen Lösungen wird ein Versuchsstand konstruiert, sowie ein Versuchsplan erstellt.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Umkonstruktion einer Spiegelbewegungseinrichtung innerhalb einer Funduskamera. Auftraggeber dieser Arbeit ist die Carl Zeiss Meditec AG. Das Anschlagverhalten der Bewegungseinrichtung soll so verändert werden, dass bisher aufgetretene Geräusche und resultierende Kräfte deutlich reduziert werden können. Hierzu wurden zwei Wege verfolgt. Die erste Frage war, ob man die Anschlageffekte durch Optimierung der Baugruppe ausreichend reduzieren kann. Andererseits wird untersucht, ob es eine anschlagfreie Ausführung einer Spiegelbewegungseinrichtung unter den vorgegebnen Randbedingungen geben kann. Die Optimierung zielte speziell darauf ab, die Energiezufuhr im Verlauf der Bewegung so umzuverteilen, dass die Anschlagenergie deutlich sinkt. Die anschlagfreie Variante wird mittels rechnergestützten Dynamikanalysen zuerst auf Realisierbarkeit untersucht und später mit deren Hilfe dimensioniert. Daraus wird ein Versuchsaufbau abgeleitet. Die Optimierungsversuche ergaben keine ausreichenden Verringerungen der Anschlageffekte. Die Simulationen zeigten, dass eine anschlagfreie Spiegelbewegungseinrichtung realisiert werden kann, das 3D-Modell eines Versuchsaufbaus wurde erstellt und der Aufbau in Auftrag gegeben. Eine Überprüfung der Simulation war auf Grund des bis zur Abgabe nicht fertiggestellten Versuchsaufbaus nicht möglich.

Miniaturprojektoren sind in der Lage hohe Bildgrößen trotz kompakter Gerätemaße darzustellen. Da diese Geräte handgeführt benutzt werden können, ist die Bildweite nicht konstant. Weiterhin sind, bedingt durch die geringe Helligkeit, die Bildweiten relativ klein und das Öffnungsverhältnis der Projektionsoptik relativ groß, sodass der Schärfentiefebereich sehr klein ist. Zur Entlastung des Nutzers wird ein System benötigt, welches die permanente Anpassung der Gegenstands- an die Bildweite, den Fokussiervorgang, automatisch durchführt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde dazu eine massenproduktionstaugliche Gesamtlösung dieses Systems erstellt. Dazu wurden sowohl die spezifischen Eigenschaften der bisherigen Sensorsysteme als auch ein neues Messprinzip zur Ermittlung der notwendigen Gegenstandsweite untersucht. Weiterhin wurden mögliche Antriebssysteme ausgewählt, hinsichtlich ihrer Eigenschaften verglichen und bezüglich der Anforderungen bewertet.

Ziel der Diplomarbeit ist die Entwicklung und Erprobung eines Messkopfes zur Messung von Bohrungen, mit dem Aussagen über die Rundheit, den Durchmesser, die Achslage und die Form einer Bohrung mit einer Reproduzierbarkeit kleiner 1 æm möglich sind. Hierzu wurde in einem ersten Schritt eine intensive Internet-, Literatur- und Patentrecherche zu Möglichkeiten der Bohrungsmessung durchgeführt. Für die Messung von Bohrungen konnten dabei die folgenden wesentlichen Messprinzipien gefunden werden, mit denen prinzipiell eine Aussage über die gewünschten Qualitätsmerkmale möglich ist: die taktilen Messverfahren, die Verfahren unter Ausnutzung von elektrischen und magnetische Feldern, die Verfahren unter Ausnutzung von elektromagnetischen Wellen und die Verfahren unter Ausnutzung von Strömungsmedien. Im Anschluss an diese Recherchen zum Stand der Technik wurde eine Bewertung der Messprinzipien durchgeführt, wobei sich herausgestellt hat, dass mit der pneumatischen Längenmesstechnik das optimale Messprinzip zur Lösung der Aufgabenstellung gegeben ist. In einem nächsten Schritt wurden Prinzipien zur kinematischen Struktur und zu einer Eigenfehlermessung zur Umsetzung des Messprinzips in einem Versuchsstand über die Anwendung einer kombinatorischen Lösungsfindung herauskristallisiert. Mit den gefundenen Prinzipien konnte so die Konstruktion eines Versuchsaufbaus mit sich anschließender, ausführlicher Betrachtung der Fehlereinflussmöglichkeiten erfolgen. Nach Fertigstellung des Versuchsaufbaus konnte in ersten Messungen der Charakter der Abhängigkeit zwischen Spaltabstand und Staudruck nachgewiesen werden. Die sich anschließenden Reproduzierbarkeits- und Prozessfähigkeitsmessungen ohne Verschiebung des Messobjekts haben gezeigt, dass der Messprozess für die Ermittlung der Merkmale Rundheit, Durchmesser und Mittelpunktlage stets fähig und für eine empirische Standardabweichung kleiner 0,2 æm reproduzierbar ist, womit die Funktionsfähigkeit des Messprinzips zur Lösung der Aufgabenstellung nachgewiesen werden konnte. Weiterhin wurden Untersuchungen zur exzentrischen Lage zwischen Messmittel und Messobjekt durchgeführt, um den Einfluss dieser auf das Messergebnis zu erfassen. Hierbei konnte ein Temperatureinfluss herauskristallisiert werden.