Cell classification using deep neural network for autofocusing application. - Ilmenau. - 77 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Diese Arbeit konzentriert sich auf das Problem der visuellen Objekterkennung und Segmentierung von Zellbildern. Der Nachweis von Zellen in biomedizinischen Bildern mit unterschiedlichen Kontrastbedingungen ist eine sehr herausfordernde Aufgabe. Die Zellenform, Hintergrundrauschen und unerwnschte Partikel im Hintergrund machen diese Aufgabe schwieriger. Für die Autofokussierung wurden verschiedene klassische Methoden verwendet. Bei den kontrastarmen Bildern war der Erfolg jedoch gering. Darüber hinaus sind klassische Methoden langsam. In dieser Arbeit wurde ein Deep-Learning-Verfahren verwendet, um den interessierenden Bereich zu finden (Zellen) für die Autofokussierungsanwendung. Für die semantische Segmentierung von Bildern wurden modernste U-Net und Seg-Net-Modelle verwendet. Insgesamt 154 Bilder wurden vom Objektträger von Knochenmarkszellen extrahiert. 30 Bilder nach der Größenänderung auf die Dimension 512 × 512 px wurden für die semantische Segmentierungsaufgabe verwendet. Zellen belegen fast mindestens 23 Pixel und höchstens 90 Pixel in den Bildern. U-Net hat sowohl bei Bildern mit geringem als auch bei hohem Kontrast mit einem Schnittpunkt über der Vereinigung von 0,66 sehr ermutigende Ergebnisse gezeigt. Alle Zellen werden erkannt. Während unerwünschte Hintergrundpartikel nicht in der vorhergesagten segmentierten Ausgabe enthalten waren. Insgesamt 154 Bilder nach Größenänderung auf 640 × 480 px wurden für die Objekterkennungsaufgabe verwendet. Das Objekterkennungsmodell YOLO hat sich bei kontrastreichen Bildern als wirksamer erwiesen als bei kontrastarmen Bildern mit einer mittleren durchschnittlichen Genauigkeit von 0,82.
Simulation und Erprobung von Methoden und Algorithmen zur ortsaufgelösten Spektralwertrekonstruktion mit multispektralen Filter-On-Chip CMOS-Sensoren. - Ilmenau. - 82 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Die Entwicklung von neuartigen Multispektralkameras mit Filter-On-Chip CMOS-Sensoren ist in den vergangenen Jahren schnell vorangeschritten. Für die Anwendung dieser neuartigen Multispektralkameras in der Messtechnik bedarf es jedoch der Entwicklung und Erprobung von ausgewählten Methoden und Algorithmen für die Sensorrohdatenkorrektur bzw. Spektralwertschätzung, um eine zuverlässigere und vergleichbarere Auswertung der aufgenommenen Orts- und Spektralinformationen zu gewährleisten. In dieser Arbeit wird die Sensorrohdatenkorrektur bzw. Spektralwertschätzung mit entwickelten und erprobten linearen als auch nichtlinearen Methoden und Algorithmen untersucht. Bei den untersuchten linearen Methoden wie Moore-Penrose Pseudo Inverse und kleinste Quadrate Methode wird mit unterschiedlich idealisierten Sensorkennlinien gearbeitet (Rechteck und Gauß). Weiterhin werden nichtlineare Methoden wie Polynom-Entwicklung und PCA (Principal Component Analysis) für Berechnung einer Korrekturmatrix zur Sensorrohdatenkorrektur untersucht. Durch die Berechnung des GFC (Goodness of Fit Coefficient) werden die korrigierten bzw. rekonstruierten Pixelwerte, unter Verwendung der unterschiedlichen linearen und nichtlinearen Methoden bewertet und gegenübergestellt. Nach der Korrektur bzw. Rekonstruktion können die spektralfilterabhängigen Pixelwerte als unabhängig von störenden Sensoreigenschaften und der verwendeten Lichtquelle verstanden werden.
Untersuchung der Qualität von veralteten Bohrhakensystemen in deutschen Sportklettergebieten. - Ilmenau. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
In der vorliegenden Arbeit wird die Gefahr, die von veralteten Bohrhaken in deutschen Sportklettergebieten ausgeht, mittels einer empirischen Studie ermittelt. Zu diesem Zweck wurden 111 Bohrhaken, die in vier deutschen Sportklettergebieten in Kalkstein verbaut waren, durch zerstörende Prüfung auf ihre Bruchlasten hin überprüft. Getestet wurden vor allem Kronenbohrhaken, Gerüstösen, verzinkte Expressanker und einzelne Exemplare von anderen, teils gebietsspezifischen Hakentypen. Bei der Durchführung wurden die Haken jeweils in axialer oder radialer Richtung belastet, bis es zum Versagen des Hakens oder zum Überschreiten der in der Norm EN 959:2018 genannten Mindestbruchlast von 15kN in axialer Zugrichtung und 25kN in radialer Zugrichtung kam. Nach ihren Bruchlasten wurden die Haken in fünf unterschiedliche Kategorien eingeordnet, die mit dem Ampel-Prinzip visualisiert wurden. Die Kategorien spiegeln die Gefahr wider, die von diesem individuellen Haken bei weiterem Verbleib im Felsen ausgegangen wäre. Dabei bedeuten die oberen drei Kategorien eine in der Praxis ausreichende Festigkeit, während die unteren beiden Kategorien auf konkrete Gefahr hinweisen. Anders als zunächst erwartet, wurden relativ viele Haken als gut eingestuft: Über 80% der getesteten Haken wurden in die oberen beiden Stufen eingeordnet, wobei über 60% die von der Norm EN959:2018 geforderten Bruchlasten übertrafen. In der mittleren der fünf Stufen wurden etwa 14% als ausreichend bewertet, nur bei etwa 5% der Haken wurden die Festigkeiten als unzureichend klassifiziert. Parallel wurde eine bautechnische Beurteilung der einzelnen Hakensysteme vorgenommen, in der die konstruktiven Gefahren und korrosionstechnischen Probleme der einzelnen Hakensysteme erörtert werden. Gemeinsam mit den Ergebnissen der empirischen Messungen wurde für jedes Hakensystem eine individuelle Gefährdungsbeurteilung vorgenommen.
Konzeptentwicklung einer Überwachung der Absetzposition einer Leiterplatte auf einem Warenträger. - Ilmenau. - 97 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Die vorliegende Bachelorarbeit behandelt die Konzepterstellung einer Abstellmaßnahme zum toleranzreduzierten Fügen einer Leiterplatte auf einen Warenträger. Dazu wird die vorhandene Problematik eines Torsionbruchs im Kondensator C4 zusammengefasst und die Ursache erläutert. Anschließend wird das Gesamtsystem des Nutzentrenners Divisio 5100 der Fa. ASYS analysiert und dabei besonders auf die theoretischen und realen Toleranzen eingegangen. Es werden Lösungsvarianten vorgestellt und nach aufgestellten Zielen bewertet, um das beste Konzept auszuwählen. Dabei lässt sich ein deutlicher Unterschied zwischen telezentrischen und entozentrischen Optiken eines Bildverarbeitungssystems feststellen. Die telezentrische Optik zeichnet sich dabei durch ihre hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit aus, bei gleichzeitig geringen Kosten und einem einfach umzusetzenden Überprüfungskonzept. Die entozentrische Optik und die mechanischen Systeme können unter diesen Voraussetzungen nicht mithalten und liegen in der Bewertung weit zurück. Aufgrund dieser Entscheidungsanalyse werden Bildverarbeitungssysteme in die Nutzentrenner der DS-M Linien der Robert Bosch Fahrzeugelektrik Eisenach GmbH verbaut.
Entwurf und Umsetzung eines Verfahrens zur Erstellung einer digitalen Übersichtskarte in der industriellen Bildverarbeitung. - Ilmenau. - 166 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Bildverarbeitung hat sich die Anwendung der industriellen Bildverarbeitung zunehmend verbreitet. Bei der Erkennung großer oder sich bewegender Objekte ist ein größerer Bildaufnahmebereich erforderlich. Obwohl eine einzelne Weitwinkelkamera einen großen Betrachtungswinkel hat, hat sie auch hohe Kosten und große Verzerrungen. Daher kann ein Kamera-Array, das aus kostengünstigen Kameras besteht, eine bessere Bildaufnahme-Lösung sein. Um die Bilder vom USB-Kamera-Array in dieser Übersichtskarte zu kombinieren, wurde ein Algorithmus mit Image Stitching entwickelt. Das Zusammenfügen mehrerer Bilder basiert auf dem Algorithmus zum Zusammenfügen von zwei Bildern, von denen der ORB-Algorithmus und das Federungsverfahren für die Bildregistrierung und -fusion verwendet werden. Durch Experimente wird der Algorithmus unter verschiedenen Modi, Parametern und Bildtypen getestet. Zusätzlich wird die Homographiematrix verwendet, um die Stabilität und Rotationsinvarianz des Algorithmus zu verifizieren. Schließlich wird die Struktur des Algorithmus verbessert, um Echtzeit-Image-Stitching zu realisieren. Ein Musterbild dient dazu, die Transformationsmatrix des Bildes im Voraus zu erhalten. Diese Methode verbessert die Effizienz des Zusammenfügens von Bildern erheblich und realisiert das Zusammenfügen von Videos. Darüber hinaus wird der Einfluss der Bildauflösung auf das Zusammenfügen von Videos untersucht. Schlüsselworte: Zusammenfügung von Bilder, Kamera-Array, Echtzeit, Übersichtskarte, Homographiematrix
Untersuchungen zu den erweiterten Anforderungen der IATF 16949:2016 zur DIN EN ISO 9001:2015 und die Implementierung bei der EPSa-Elektronik- und Präzisionsbau Saalfeld GmbH. - Ilmenau. - 101 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Heutzutage zählt die Automobilindustrie zu den dynamischsten Industrien weltweit. Im Umbruch zwischen aufstrebenden und stagnierenden Märkten und mit Blick auf die Herausforderungen der Elektromobilität und des autonomen Fahrens ist die Qualität kein Alleinstellungsmerkmal einzelner Hersteller mehr, sondern gehört zu den grundlegenden Eigenschaften des Produktes Automobil. Es ist daher nicht verwunderlich, dass sich nahezu alle großen und namhaften Hersteller auf die IATF 16949:2016, den Qualitätsstandard der Automobilindustrie geeinigt und dessen Entwicklung vorangetrieben haben. Basierend auf der Qualitätsnorm DIN EN ISO 9001:2015, verfolgt die IATF 16949:2016 das Ziel, die Qualitätsanforderungen in der gesamten Lieferkette zu vereinheitlichen und das Niveau kontinuierlich zu steigern. Die vorliegende Masterarbeit betrachtet die Anforderungen beider Regelwerke mit dem Ziel, die erweiternden Anforderungen der IATF 16949:2016 gegenüber der DIN EN ISO 9001:2015 zu ermitteln. Zu diesem Zweck folgt auf eine textliche Untersuchung, die Ausarbeitung einer GAP-Analyse und basierend auf dieser, die Erstellung eines Auditfragenkatalogs. Beide finden im praktischen Teil der Arbeit Verwendung. Dieser widmet sich dem integrierten Managementsystem der EPSa-Elektronik- und Präzisionsbau Saalfeld GmbH. Die Dokumentation des Managementsystems wird gegen die Anforderungen der IATF 16949:2016 geprüft. Basierend auf einer vorläufigen Bewertung, werden einzelne Bestandteile ausgewählt und unter Anwendung des Auditfragenkatalogs sowie der Zuhilfenahme der GAP-Analyse, Defizite aufgedeckt. Um diese zu beheben, werden Dokumente durch Erweiterungen angepasst oder neue Dokumente zur Erfüllung der Anforderungen entworfen.
Praktische Anwendung industrieller Bildverarbeitung zur Qualitätssicherung im Umfeld der Instandhaltung von Flugzeugtriebwerken bei der N3 Engine Overhaul Services GmbH & Co. KG (N3). - Ilmenau. - 163 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Diese Masterarbeit mit dem Thema "Praktische Anwendung industrieller Bildverarbeitung zur Qualitätssicherung im Umfeld der Instandhaltung von Flugzeugtriebwerken bei der N3 Engine Overhaul Services GmbH & Co. KG (N3)" befasst sich mit der Optimierung von Modul- und Triebwerksfreigabeprozessen in Form einer "Augmented Reality (AR)" -Lösung bei N3 in Arnstadt. Die Instandhaltung der Triebwerke bei N3 ist nicht automatisiert. Es handelt sich um eine Werkstattfertigung, weswegen die Mitarbeiter eine hohe Verantwortung übernehmen. Durch verschiedene Faktoren besteht das Risiko, Fehler zu begehen und Abweichungen zu übersehen. Da in der Luftfahrtindustrie die Sicherheit an oberster Stelle steht, wird angestrebt, das freigebende Personal bei N3 zu entlasten und zu unterstützen. Das Ziel besteht darin, Reklamationen zu minimieren und Kosten einzusparen. Weiterhin soll die benötigte Arbeitszeit für eine Freigabe reduziert werden. Um dies zu erreichen, soll ein AR-System die Freigabeprüfer sowohl bei der Hardwareinspektion unterstützen, als auch Dokumentationsvorgänge abnehmen und vereinfachen. Diese Masterarbeit wird nach dem DMAIC-Prinzip aufgebaut. Es werden zunächst die betroffenen Prozesse untersucht und zur Schaffung eines Überblicks mit Hilfe von SIPOCs zusammengefasst (Define). Nachfolgend wird der aktuelle Stand bisher aufgetretener Abweichungen durch die Auswertung verschiedener Datenbanken betrachtet und bewertet (Measure). Durch die Anfertigung einer Prozess-FMEA auf Grundlage einer Prozessbeobachtung und die gezielte Einbeziehung der N3-Mitarbeiter werden mögliche Anforderungen an ein AR-System identifiziert (Analyze). Mit Hilfe der erarbeiteten Informationen werden Firmen recherchiert, die geeignete AR-Lösungen anbieten. Es werden Informationsanfragen gestellt und Webmeetings durchgeführt. Anhand dieser wird eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung angefertigt und schließlich eine Empfehlung ausgesprochen (Improve). Die Entscheidung für eine Umsetzung des Projektes liegt bei N3. Weiterhin werden potenzielle Lösungen für eine Prozesskontrolle erarbeitet (Control).
Messtechnische Charakterisierung, Auswertung und Gegenüberstellung von CMOS-Sensoren des selben Typs ohne und mit unterschiedlichen Konfigurationen von Spektralfiltermatrizen. - Ilmenau. - 79 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der reproduzierbaren Inbetriebnahme eines Messaufbaus und der messtechnischen Charakterisierung von sogenannten multispektrale Filter-On-Chip CMOS-Sensoren. Durch weitere Untersuchungen wird das Auftreten des spektralen Crosstalks näher betrachtet. Die Sensoren zeichnen sich dadurch aus, dass spektralselektive Filter in einer sich über die gesamte Sensorfläche in x- und y-Richtung wiederholenden Matrix auf den CMOS-Sensor Pixeln aufgebracht sind. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Untersuchung von CMOS-Sensoren desselben Typs ohne und mit unterschiedlichen Konfigurationen von Spektralfiltermatrizen für unterschiedliche Wellenlängenbereiche gelegt. So werde insgesamt drei Sensorsysteme messtechnisch Charakterisiert. Das erste Sensorsystem besitzt keinen Filter. Bei der Charakterisierung wird nur der blanke Sensor betrachtet. Ein weiteres Sensorsystem besitzt einen RGB-Filter. Bei der Konfiguration des RGB-Filters handelt es sich um einen Absorptionsfilter, auf Grund der Ausgestaltung des Filtermaterials nur das Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs absorbiert. Das dritte Sensorsystem nutzt einen Interferenzfilter. Aktuelle am Markt verfügbare Sensoren arbeiten mit 4, 9, 16 oder 25 unterschiedlichen spektralselektiven Filtern. Die in der sich wiederholenden Filtermatrix auf den Pixeln aufgebrachten spektralselektiven Filter funktionieren nach dem Fabry-Pérot Filterprinzip. Dabei bestimmt die Resonatorlänge des aufgebrachten Filters dessen spektrale Empfindlichkeit. Die messtechnische Charakterisierung der Sensorsysteme erfolgt mit Hilfe des EMVA 1288 Standards, Release 3.1 aus dem Jahr 2016. Dafür wird ein am Fachgebiet für Qualitätssicherung und industrielle Bildverarbeitung der Technischen Universität vorhandener Messaufbau in Betrieb genommen, der den Vorgaben des zuvor erwähnten Standards entspricht. Im Zuge der Messdurchführung werden die drei genannten Sensorsysteme untersucht. Die Charakterisierungen bringt Information über die sensorspezifischen Eigenschaften. Auf Basis dieser wird versucht die Stärke des Einflusses der verwendeten Filter auf das zu untersuchende Sensorsystem ermittelt. Weiterhin werden die Sensorsysteme mit mehreren spektralen Bändern auf ihre gegenseitige Beeinflussung, dem spektralen Crosstalk, untersucht. Eine in der Literatur verwendete Methode zur Bestimmung des spektralen Crosstalk wird im Zuge der Arbeit angepasst und vereinfacht sowie für die Berechnung des spektralen Crosstalks innerhalb der Sensorsysteme verwendet. Als Ergebnis der messtechnischen Charakterisierung der Sensorsysteme resultieren bestimmte Parameter, die sich sowohl zwischen den Sensorsystemen als auch innerhalb eines Sensorsystems von Spektralband zu Spektralband systematisch verändern. Bei Betrachtung dieser Parameter wird ein Zusammenhang zwischen den verwendeten Filtern und den Parametern herausgearbeitet. Als Ergebnis der Untersuchung des spektralen Crosstalks folgt eine Tabelle, die Aufschluss über den gegenseitigen Crosstalk der jeweiligen spektralen Bänder gibt.
Vergleichende Untersuchung von herkömmlichen Schneid-/Trennverfahren zu Lasertrennverfahren der Verbindungsstege umspritzter Stanzgitter. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
In Folge von verschlissenen Scherstempeln bildet sich ein größerer Grat bei den Stanzstellen (siehe Anhang A1). Dieser hat die Gefahr abzubrechen und entweder Maschinenstationen zu beschädigen oder beim Kunden für Kurzschlüsse zu sorgen. Daher stellt sich die Frage, ob eine berührungslose Bearbeitung mit einem Lasertrennverfahren qualitativ und wirtschaftlich für dieses Bearbeitungsverfahren mit dem Werkstoff (CuSn6) eine geeignete Alternative darstellt. Es wurde herausgearbeitet, welche qualitativen Anforderungen an der Schnittkante eingehalten werden müssen. Da nur eine Grathöhe von 0,03 mm erwartet wurde und sonst keine weiteren Anforderungen vorliegen, wurde die Grathöhe mit einem Kamerasystem in der Produktionshalle von Robert Bosch Fahrzeugelektronik ermittelt. Durch entsprechende Recherche und fachmännischer Beratung entschied man sich für einen Scheibenlaser und einem geeigneten Lasertrennverfahren (Laserschmelzverfahren). Anschließend wurde ein Versuchsplan aufgestellt und Versuche dementsprechend gefahren. Danach wurden von diesen Teilen ebenfalls die, durch die Zinnbeschichtung entstandenen (Anhang A11), Grathöhen ermittelt und mit den Werten vom Scherschneiden verglichen. Mit Hilfe der Mittelwerte von den Grathöhen hat sich gut sehen lassen, welches der Verfahren besser abgeschnitten hat. Am besten war das Scherschneiden mit neuwertigen Stempeln mit einem 0,028 mm hohen Grat, dann kam das Lasertrennverfahren (ohne geeignete Spannvorrichtung) mit 0,073 mm und am schlechtesten hat das Stanzverfahren mit verschlissenen Stempel (ca. eine Woche Betriebszeit) mit 0,085mm abgeschnitten. Damit die Teile eine annährend gleichbleibende Qualität aufweisen, müsste man entweder die Stempel einmal pro Woche schleifen oder eine neue Matrize inkl. Stempel (15000 €/drei Sätze) kaufen. Dies wäre zu kostspielig, weswegen nun die Kosten (Anschaffungskosten plus Betriebskosten (mit 5,6k Wh [8]) verglichen worden sind. Im Allgemeinen kostet der Schnitt beim Laserschneiden pro Teil 0,02 € (im ersten Jahr mit Anschaffungskosten 0,08 €). Beim Stanzen kostet es 0,055 € pro Teil (im ersten Jahr mit Anschaffungskosten 0,0822 €). Qualitativ ist das Lasertrennverfahren eine geeignete Alternative für das Stanzverfahren, da dieses flexibler ist als Stanzwerkzeuge. Bei verschieden Typen von Steckern werden separate Werkzeuge benötigt, somit werden die Kosten mit der Anzahl der Werkzeuge (in dem Fall drei) multipliziert. Wirtschaftlich gesehen sind drei Stanzwerkzeuge günstiger als eine Laserschneidanalage. Doch durch das schnelle Verschleißen der Stempel müsste man für eine gleichbleibende Qualität öfter einen Satz Matrize/Stempel kaufen und erreicht dabei höhere Betriebskosten als beim Laserschneiden.
Qualitätsplanung in Kooperation mit Lieferanten zur Reduzierung der Fehlerkosten am Beispiel der B. Braun Avitum AG. - Ilmenau. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Die Qualitätsplanung dient der Sicherstellung von qualitativ hochwertigen Produkten. Insbesondere bei Zukaufteilen ist daher die Erfüllung der Anforderungen zu überwachen und unter Umständen zu optimieren. In der vorliegenden Arbeit wird eine von der B. Braun Melsungen AG für den Einsatz im Perfusor Space zugekaufte Baugruppe aufgrund ihrer in der Vergangenheit auffälligen Fehler mittels der Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse neu bewertet. Mittels einer Versuchsplanung wird die Auswirkung verschieden eingestellter Parameter auf das Auftreten eines bestimmten Fehlerbilds analysiert. Anschließend wer-den Optimierungsmaßnahmen vorgestellt und für die Hauptfehler der Baugruppe umge-setzt. Das definierte Ziel der Arbeit ist die Verbesserung der Ausfallrate der Baugruppe in der Produktion bzw. beim Kunden und die damit einhergehende Reduktion der Qualitätskosten.