Studienabschlussarbeiten

Im Rahmen der kontinuierlichen Verbesserung moderner Produktionssysteme hinsichtlich Zeit, Kosten und Qualität, ist eine zusätzliche Optimierung der Produktentwicklungsphasen in Bezug auf diese Faktoren notwendig. Im Zuge einer Verkürzung des Produktentstehungsprozesses soll der Entfall mehrerer Prototypenbauphasen im Rahmen eines Pilotprojektes geprüft werden. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung einer Methode zur Kompensation der entfallenden Absicherungsinhalte, welche vorwiegend auf der Nutzung virtueller Werkzeuge basiert. Diese soll sicherstellen, dass sämtliche Fehlerbilder, die während einer Prototypenmontage aufzufinden sind, auch auf virtuellem Wege erkannt werden können. Zusätzlich sollen alle Problemfelder identifiziert werden, die derzeit noch immer eine Absicherung anhand von Hardwareaufbauten verlangen. Die Konzeptionierung und Durchführung eines virtuellen Fahrzeugbaus zur Aufdeckung all dieser Probleme steht dabei im Vordergrund und stellt ein Teilprojekt der Kompensation des Baugruppenentfalls dar. Der Hauptfokus liegt auf einer Qualitätssteigerung der Produkt- und Prozessentwicklung während einer dieser Bauphasen. Erprobungen, die nach einer regulären Bauphase anhand der montierten Prototypen stattfinden, werden daher bei diesen Betrachtungen nicht mit einbezogen.

Das Stellglied im Piezo-Injektor ist der Piezo-Aktor. Für die Herstellung von Piezo-Aktoren wird eine Keramik aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) verwendet. Sie verändert ihren optischen und physikalischen Zustand beim Durchlauf der Fertigungsstufen mehrmals. Während der Prozesskette werden einzelne Prozessierungsergebnisse und jeweils aktueller Zustand des Piezo-Aktors durch optische Kameraprüfsysteme überwacht. Die Kalibrierung der Bildverarbeitungen erfordert den Einsatz von optischen Normalen. Um zusätzlich den Messprozess der Systeme zu überprüfen und die Stabilität der ermittelten Ergebnisse nachzuweisen, werden in der Industrie Stabil- bzw. Stabilitätsteile verwendet. An beide Teile wird die Anforderung der Langzeitstabilität und Erhaltung der Maßhaltigkeit gestellt. Eine serienprüfteilnahe Ausführung der Lehren stellt den Optimalzustand dar. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Suche nach alternativen langzeitstabilen Substraten, welche den aktuellen Zustand der PZT-Keramik zu ausgewählten dazugehörigen Fertigungsstufen im Serienprozess, bei Aufnahme mit einer industriellen Bildverarbeitung, annähern. Des Weiteren werden geeignete Verfahren zur Strukturierung der Substrate, mit dem für die Bildverarbeitung benötigten Design, recherchiert sowie ihr Ablauf, ihre Qualität und ihre Grenzen bewertet. Ein letzter wichtiger Schritt ist es, ausgehend von auftretenden Fehlermerkmalen im Serienprozess und geometrischen Anforderungen durch die Bildverarbeitung, neue optische Normale und Stabilteile zu entwickeln und zu konstruieren und jeweils passendes Substrat und Strukturierungsprozess entsprechend auszuwählen.

Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit dem Thema der Technischen Sauberkeit, eine Qualitätsanforderung die insbesondere in den letzten Jahren stetig an Bedeutung gewonnen hat. Am Beispiel des Zulieferbetriebes, Hasenthaler Kunststoffverarbeitung GmbH, werden die Einflussfaktoren auf die Bauteilsauberkeit von Komponenten für die Automobilindustrie untersucht. Dazu wurde zunächst mit Unterstützung von Expertenwissen eine geeignete Messmethode festgelegt, um die gegenwärtige Situation zu analysieren. Darauf aufbauend wurde ein Vergleich der vom Kunden geforderten Sauberkeitsanforderung und des Analyseergebnis durchgeführt. Es zeigte sich, dass trotz Einhaltung der Spezifikation weitere Maßnahmen ergriffen werden mussten um die geforderten Sauberkeitsstandards auch für zukünftige Produkte sicherzustellen. Die Auswertung der Analyseergebnisse in Zusammenhang mit einer Risikoanalyse ermöglicht die Darstellung des Verbesserungspotenzials der ablaufenden Prozesse. Eine objektive Bewertung und Entscheidung über erforderliche Maßnahmen ermöglichte den Aufbau einer sauberen Produktion und Schaffung eines Sauberkeitsstandards, der auch für künftige Bauteile anwendbar ist. Durch die Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass Maßnahmen ohne spezielles Equipment in der Zukunft nicht mehr ausreichen werden. Es bleibt jedoch abzuwarten wie schnell und stark sich die Anforderungen der Automobilhersteller bezüglich der Bauteilsauberkeit weiterhin entwickeln.

In dieser Arbeit wird ein Vektordifferenzfilter mit Hilfe der Hardwarebeschreibungssprache VHDL auf einem kamerainternen FPGA realisiert, wobei die verwendete Kamera einen Bayersensor und eine USB-Schnittstelle besitzt. Der Schwerpunkt liegt hier in der Erklärung der Umsetzung von vorgegebenen Algorithmen in Hardwareschaltungen, die sich auf einem FPGA implementieren lassen. Dabei wird insbesondere auf die Ressourcen des FPGAs und die Gegebenheiten in der Kamera, beispielsweise die interne Bildübertragung, eingegangen. Primäres Ziel der Arbeit ist die Bereitstellung eines Designs, welches als Beispiel das Verständnis fördern und für weitere Projekte dienen soll. Es verdeutlicht auch den Aufbau von Hardwareschaltungen, welche vorrangig zur Bildverarbeitung in Echtzeit eingesetzt werden. Außerdem ist die erfolgreiche Implementierung des Filters ein Nachweis der Leistungsfähigkeit von Kameras mit integriertem FPGA.

Im "Guide of the expression of Uncertainty in Measurement" (GUM) ist eine allgemeine Vorgehensweise zur Ermittlung der Messunsicherheit beschrieben. Diese Vorgehensweise beruht auf einer Modellgleichung, welche die Einflüsse auf die Messung nach dem Ursache-Wirkung-Prinzip beschreibt. Bei Messungen mit visuellen Sensoren konnte aufgrund der Vielzahl von Einflüssen noch keine adäquate mathematische Beschreibung der Messung realisiert werden. Ein neuer Ansatz zur Messunsicherheitsermittlung bei visuellen Sensoren ist die Erfassung von Kenngrößen während der Messung. Anhand der daraus resultierenden Kenngrößen können folglich detaillierte Angaben bezüglich der erzielbaren Messunsicherheit getroffen werden. Die Bewertung dieser neuartigen wissensbasierten Methode steht im Vordergrund dieser Bachelorarbeit. Ausgangslage für die Bewertung des Verfahrens sind Messungen an verschiedenen Bauteilen aus der Mikrosystemtechnik. Die experimentellen Untersuchungen beschränken sich auf die Ermittlung der Prüfmerkmale Radius und Abstand. Diese wurden durch Wiederholmessungen und durch das wissensbasierte Verfahren bestimmt. Der Kerninhalt dieser Arbeit bildet das Vergleichen und Auswerten der Messergebnisse.