Studienabschlussarbeiten

Die Objektdetektion auf Basis von 3D-Bilddaten nimmt eine immer höhere Bedeutung in unterschiedlichen Bereichen an, insbesondere im industriellen Umfeld. Aufgrund der hohen Komple-xität und des Aufwands der Bildverarbeitung der 3D-Punktwolken ist eine Vorverarbeitung bzw. Vorsegmentierung der 3D-Daten sehr notwendig. Dafür ist das neuronale Netzwerk eine funktionsfähige Methode. Die kürzlich entwickelten neuronalen Netzwerke sind immer tiefer, breiter und komplexer in ihrer Architektur, Allerdings ist die Erkennungaufgabe im Bereich der indust-riellen Bildverarbeitung relativ simpel hinsichtlich der Objektform und des Hintergrundes, aber es werden eine hohe Stabilität und gute Echtzeitfähigkeit gefordert. In der vorliegenden Arbeit wurden einige neuronale Netzwerke, welche auf dem Konzept YOLO basieren, mit vereinfachten Architekturen im Darknet-Framework implementiert. Darüber hinaus wurden verschiedene Methoden für die Umkodierung von 3D-Daten mit einer 2D-Struktur untersucht. Die implementierten Netzwerke wurden mit einem erstellten annotierten realen Bilddatensatz trainiert, getestet und evaluiert. Zielsetzung dieser Arbeit ist es, ein neuronales Netzwerk und eine geeignete 3D-2D-Umkodierungmethode zu finden, welche die Anforderungen im industriellen Umfeld erfüllen können.

Fused Filament Fabrication ermöglicht die Fertigung komplexer Bauteile, die kostengünstig und auf individuellen Lösungsbedarf angepasst sind. Aufgrund dessen sind Anwendungsbe-reiche neben der Automobil- auch die Luft- und Raumfahrtindustrie. Für letzteren Bereich sind die Anforderungen besonders hinsichtlich leichter und stabiler Werkstoffe hoch. Für die Ferti-gung derartiger hochstabiler Bauteile werden dem thermoplastischen Filament gewisse Stoffe zugesetzt (z.B. Metalle). Dadurch ergibt sich ein erhöhter Verschleiß am Werkzeug und somit ein negativer Einfluss auf die Lebensdauer der Werkzeuge. Diese Arbeit konzentriert sich auf den abrasiven Prozess den Filamente mit Zusatzstoffe wie Kupfer, Stahl oder Kohlenstofffasern auf Bauteile der Fused Filament Fabrication Anlage ha-ben. Im Fokus stehen hierbei Düsen aus Messing und 316L Edelstahl, mit denen das geschmolzene Filament ausgebracht wird. Zur Abrasion zählen neben der Mikrozerspanung noch weitere Mechanismen, die mit Hilfe von Rasterelektronenmikroskopen, Röntgengeräten und Koordinatenmessgeräten untersucht wurden. In Folge des Abriebs ist eine verkürzte Lebensdauer der Düse. Deshalb erfolgte die Evaluierung von geeigneten Gegenmaßnahmen und deren Analyse, um den Verschleißprozess zu minimieren oder gänzlich einzustellen. Untersuchte Maßnahmen waren das Sol-Gel Verfahren, Chemisch-Nickel Beschichtungen und zusätzlich für die Stahldüsen das Härten. Auf Grundlage dieser Arbeit und der darin angewendeten Methodik sind die Auswirkungen von Filamenten mit abrasiven Zusatzstoffen auf Messing- und Stahldüsen zu erkennen. Ferner wurden Maßnahmen zur Qualitätsverbesserung angewendet, deren Effektivität allerdings abhängig vom verwendeten Düsenmaterial sind. Aus den Untersuchungen ging hervor, dass das Filament mit Kohlenstofffasern den stärksten Abrieb verursacht. Einen wirksamen Schutz vor Verschleiß der Stahldüse bietet das Sol-Gel Verfahren mit einem Aluminiumoxid Sol, sowie eine Temperaturbehandlung über einen Zeitraum von mehreren Stunden.

Die optische 3D-Messtechnik wird ein immer wichtiger Bestandteil in der modernen Produktion und Qualitätssicherung. Ein Verfahren der optischen 3D-Messtechnik ist die Streifenprojektion. Es werden sinusförmige Muster mit einem Projektor auf das Messobjekt projiziert. Die 3D-Oberfläche wird aus einer Sequenz von Sinusmustern rekonstruiert. Das Phasenschiebeverfahren wird bei Musterprojektionen häufig eingesetzt. Die Oberfläche des Messobjektes wird mit Phasenwerten kodiert. Durch den Vergleich der Phasenwerte wird die Korrespondenz zwischen entweder Projektor und Kamera oder zwei Kameras ermittelt. Die projizierten Sinusmuster sind phasenverschoben. Aus der Überlagerung der Muster lässt sich ein Phasenwert bestimmen. Der Phasenwert wird für den Abgleich verwendet. Inhalt dieser Arbeit ist die Implementierung eines FPGA-basierten Streifenlichtsensors mit dem Ziel der algorithmischen Beschleunigung des Phasenschiebeverfahrens. Der Schwerpunkt liegt auf der Recherche und dem Implementieren verschiedener Möglichkeiten zum Verstetigen der Phasenkarte. Im Stand der Technik wird ein Überblick über verschiedene Methoden gegeben. Die unterschiedlichen Methoden werden verglichen und bewertet. Es werden drei Methoden ausgewählt und in Software umgesetzt. Die Methoden werden anhand von Musteraufnahmen verifiziert und hinsichtlich Geschwindigkeit und Genauigkeit bewertet. Abschließend werden die Methoden untereinander verglichen.

In der vorliegenden Masterarbeit wird eine Konstruktionsrichtlinie für elektrische Maschinen auf Systemprüfständen entwickelt. Dafür werden die für den Prüfaufbau-Konstrukteur benötigten Informationen erfasst und übersichtlich dargestellt. Im Rahmen der Entwicklung der Richtlinie wurden Standardkomponenten konstruiert, die die Prüfaufbauten schneller auf die Prüfstände bringen und vereinheitlichen sollen. So soll es zukünftig unter anderem einen standardisierten Haltewinkel für die Prüflinge geben, der durch verschiedene Adaptionen auf den Prüfling eingestellt und mit dem der Prüfling auf dem Prüfstand ausgerichtet werden kann. Weiterhin wurden Kugellager ausgewählt, die den hohen Anforderungen der Prüfabläufe entsprechen und für künftige Projekte benutzt werden können. Für diese Kugellager wurde im Rahmen der Arbeit eine Standardlagereinheit entwickelt, die direkt für Prüfstandsaufbauten oder als Vorlage für eigene Konstruktionen genutzt werden kann. Um dem Konstrukteur die benötigten projektspezifischen Informationen zur Verfügung zu stellen, wurde zusätzlich eine vorhandene Checkliste überarbeitet, die von den Auftraggebern des Versuchs auszufüllen ist.

Seit 1998 sind in den Vereinigten Staaten von Amerika jedes Jahr durchschnittlich 37 Kinder in einem aufgeheiztem Auto an einem Hitzschlag gestorben. Die Ursachen dieser Unfälle reichen vom bewussten oder unbewussten Zurücklassen bis hin zum selbstständigen Hineingehen der Kinder in den Fahrzeuginnenraum. Da Kleinkinder ein sensibles Temperaturempfinden und unzureichendes Gefahrenbewusstsein haben, wächst die Nachfrage nach der Neuentwicklung eines berührungslosen Messsystems zur Erkennung in Not geratener Kinder. Basierend auf dieser Forderung wurden in der Arbeit berührungslose Sensor-Technologien charakterisiert und hinsichtlich definierter Anforderungen evaluiert. Ferner wurde die Funktionsweise des ausgewählten Evaluierungskits eines FMCW-Dauerstrichradars aufgezeigt und Ansätze zur Erkennung zurückgelassener Kinder dargelegt. In praktischen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass in Abhängigkeit der Sensorposition im Fahrzeug Personen anhand definierter Sitzpositionen mit einer hohen Detektionswahrscheinlichkeit erfasst werden können. Mithilfe eines adaptierten Algorithmus wurde zudem ein neuartiges Modell zur Charakterisierung von Personen getestet und Einflussgrößen anhand der Lage der Personen ermittelt. Nach einer detaillierten Diskussion der Ergebnisse und deren Einflussfaktoren wird das Potential der Technologie bewertet. Zudem werden Ansätze zur Weiterentwicklung des Erkennungssystems im Hinblick auf Hardware- und Algorithmenoptimierungen aufgezeigt.