Anwendungsorientierte Charakterisierung und Beurteilung des Intel RealSense Lidars L515 nach VDI 2634. - Ilmenau. - 88 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Nach der Gründung von Intel RealSense im Jahr 2015 fokussierte sich das Unternehmen verstärkt auf Stereovision-Tiefenkameras wie die der D400-Produktfamilie. 2019 präsentierte Intel RealSense das Auftaktmodell einer neuen Produktfamilie von Tiefensensoren, die die stark aufstrebende light detection and ranging (Lidar) Technologie benutzen. Der Intel RealSense L515 Lidar-Tiefensensor ist Hauptbestandteil dieser Arbeit und soll nach der allgemein bekannten VDI/VDE Richtlinie 2634 anwendungsorientiert charakterisiert und beschrieben werden. Nach einem ausführlichen Einblick in die Lidar-Technologie folgt die Vorstellung der im L515 Lidar-Sensor benutzten Lidar-Bauteile und deren Besonderheiten. Um die Leistungen der L515 Lidar-Kamera besser einordnen zu können, erfolgt ein Vergleich mit dem weit verbreiteten Intel RealSense D415 Stereo-Tiefensensor. Daraufhin werden beide Tiefensensoren anhand der von der VDI-Richtlinie vorgegebenen Kenngrößen charakterisiert. Die Messungen reichen weit über den geforderten Umfang an Prüfkörpern für die VDI-Richtlinie hinaus. So werden auch optisch nicht ideale Oberflächen wie weiß besprühte Flächen, Aluminium, CFK und Plexiglas verwendet. Um praktischen Anwendern realitätsnahe Ergebnisse an die Hand geben zu können, folgen anschließend Messungen, die Aussagen über die Änderung der Standardabweichung des Messfehlers in Abhängigkeit von der Messdistanz treffen. Um die umfassende messtechnische Charakterisierung des L515 Lidar-Sensors abzurunden, wird dessen messtechnisches Verhalten auf menschliche Haut am Beispiel einer menschlichen Hand vor dem Hintergrund der Mensch-Maschine-Interaktion untersucht. Abschließend erfolgt eine umfangreiche Auswertung und Ergebnispräsentation samt Diskussion der Messergebnisse im Hinblick auf den Vergleichssensor und eventuelle Nachfolgermodelle des L515 Lidars, sowie die vielfältigen industriellen wie auch privaten Anwendungsmöglichkeiten. Dabei wird festgestellt, dass der L515 Lidar-Tiefensensor dem D415 Stereo-Tiefensensor in vielen Belangen überlegen ist, er aber Schwächen bei der Rekonstruktion von Objekten unter Sonnenlicht aufweist, weswegen eine Benutzung ausschließlich in Innenräumen erfolgen sollte. Dies trifft auf die Rekonstruktion von menschlicher Haut nicht zu. Nicht nur deswegen, sondern auch aufgrund seiner zahlreichen Softwareschnittstellen, des niedrigen Anschaffungspreises und der geringen Abmessungen, die in einem geringen Gewicht resultieren, ist der L515 Lidar-Sensor ausdrücklich für Mensch-Maschine-Anwendungen in Robotern, Industrieanlagen oder im Privatbereich zu empfehlen.
Untersuchung zur kontaktfreien Vitalparameterschätzung auf Basis von multispektralen Videodaten. - Ilmenau. - 86 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
In dieser Arbeit wurden Signalfusion, Rauschfilterung, Videoverstärkung und andere Verfahren in Kombination verwendet und das gesamte experimentelle Verfahren entworfen. Der gesamte experimentelle Ablauf wird praktisch durch verschiedene Kombinationen von Variablen und verschiedenen Verfahren sowie Parametern umgesetzt, um eine riesige Menge an Messdaten zu erhalten. Daraufhin wurden diese in Statistiken und Analysen gruppiert, um die Durchführbarkeit aller Kombinationsverfahren anhand der erhaltenen Messergebnisse zu überprüfen und die besten zusammenzufassen. In dieser Arbeit wurde die berührungslose Herzfrequenzmessung in verschiedenen Anwendungsszenarien implementiert und es wurden mehrere neue Kombinationen von Verfahren auf Grundlage der bereits bestehenden Verfahren vorgeschlagen, anhand welcher eine Verbesserung der Genauigkeit und Praktikabilität bei der berührungslosen Herzfrequenzmessung für 5 Sekunden und 10 Sekunden erreicht wird und welche Raum für Entwicklung bietet.
Integration eines innovativen Teachsystems für Industrieroboter in Bezug auf den Rollfalzprozess zur Effizienz- und Flexibilitätssteigerung im Unternehmen EDAG Werkzeug + Karosserie GmbH. - Ilmenau. - 96 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Konzeptanpassung und Weiterentwicklung des bestehenden TracePens. Dieser ist ein neuartiges Teachsystem der Wandelbots GmbH für Industrieroboter und wird an den Fertigungsprozess Rollfalzen für den Einsatz in der industriellen und automatisierten Kleinserienfertigung der EDAG Werkzeug + Karosserie GmbH angepasst. Für den Vergleich der Leistungsfähigkeit wurden die konventionelle Online- und ein System der Offlineprogrammierung gegenübergestellt. Der Pen ermöglicht dem Anwender durch einfaches Abfahren der Bahn mit dem Stift in der Hand, einen Roboterpfad zu generieren. Hierbei können verschiedene Einstellungen vorgenommen werden. So soll auch ungeschultem Personal eine besondere Art der Onlineprogrammierung eines heutigen Fertigungsroboters ermöglicht werden. Für die korrekte Umsetzung wird jedoch zusätzlich eine Prozessfachkraft benötigt. Demgegenüber wird ein weiteres Verfahren für das Roboter-Teach-In behandelt: die Offlineprogrammierung mit der Software Fastsuite von Cenit. Das Modul für den Rollfalzprozess beherbergt alle Funktionen zur vollständigen Programmierung. Nachdem beide Systeme und die Versuchsbauteile vorgestellt wurden, beginnt die Konzeptanpassung und Optimierung des TracePens. Es werden Umgestaltungen hinsichtlich des Bodys, der Teachorientierung und der Positionierung des äußerst relevanten Werkzeugreferenzpunktes diskutiert und durchgeführt. Zur Überprüfung der Leistungsfähigkeit der optimierten und eingesetzten Systeme werden eigens konzeptionierte Erprobungsaufbauten eingerichtet und sowohl die Vorbereitung und die Testprozedur von jedem System und Versuchsbauteil, als auch die Ergebnisse ausführlich analysiert. Nachfolgend werden die positiven und negativen Eigenschaften gegenübergestellt und bewertet. Abschließend folgt ein zusammenfassendes Fazit, welches zum einen Aufschluss über den Einsatz in der EDAG WK, als auch zukünftige Aussichten gibt.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Die Masterarbeit beschreibt die Optimierung einer SMD-Linie von Bosch Thermotechnik GmbH am Standort Lollar. Durch geeignete Methoden werden die vorgefunden Rand- und Produktionsbedingungen sowie die mittelfristige Bedarfsplanung analysiert und neu strukturiert. Mit Hilfe von Clusteranalysen werden die Daten mathematisch beschrieben und die Produkte zu Familien zusammengefasst. Die dadurch erzielte Prozessänderung des Rüstkonzeptes ermöglicht eine hohe Effizienzsteigerung, welche durch Taktzeitreduktion der einzelnen Produkte innerhalb der Familien verstärkt wird. Mit produktions-spezifischen Kennzahlen werden die Ergebnisse validiert, die ebenso durch die Umsetzung der theoretisch berechneten Daten in die Praxis bestätigt werden. Darüber hinaus werden weitere effizienzsteigernde Potentiale aufgezeigt.
Umsetzung einer rein-bildbasierten Verortung einer mobilen Plattform in einer Manhattan-Welt. - Ilmenau. - 81 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Für die Navigation autonomer mobiler Systeme werden zunehmend optische Verfahren eingesetzt. Bei vom Menschen geschaffenen Umgebungen handelt es sich häufig um Manhattan-Welten, die für die rein bildbasierte Navigation günstige Eigenschaften aufweisen. In Manhattan-Welten können mobile Systeme mithilfe von Fluchtpunkten verortet werden. Viele aktuelle, auf Fluchtpunkten basierende Verortungsverfahren nutzen Einzelbilder und haben deshalb Schwierigkeiten über den Verlauf mehrerer Bilder konsistente Ergebnisse zu liefern. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Verfahren beschreibt ein sogenanntes Fluchtpunkttracking, das Informationen mehrerer Bilder verarbeitet und deshalb in der Lage ist die Konsistenz der Ergebnisse zu gewährleisten. In experimentellen Untersuchungen wurde sowohl die Funktionsfähigkeit als auch die Echtzeitfähigkeit des Fluchtpunkttrackings und somit die Erfüllung aller Anforderungen nachgewiesen.
Einsatz von GAN-Netzwerken in Machine-Vision-Anwendungen für die industrielle Qualitätssicherung. - Ilmenau. - 75 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Die Nutbarmachung von Deep Learning in Computer Vision-Anwendungen in industriellen Umgebungen ist ein aufregendes und neues Paradigma, das die Automatisierung insbesondere im Bereich der Qualitätssicherung revolutionieren kann. Eines der Hauptprobleme, das die Verbreitung dieser Technologie einschränkt, ist die Schwierigkeit, zuverlässige Daten für die Belehrung der Netzwerke bereitzustellen. Begrenzte Daten, beispielsweise im Bereich der Bildverarbeitung, können bei industriellen Anwendungen wie der Objektklassifizierung zu einer mangelhaften Leistung führen. In der folgenden Arbeit wird ein GAN zum Zweck der Bildsimulation verwendet, um einen synthetischen Bilddatensatz zu erstellen, um die Leistung eines auf einem neuronalen Netzwerk basierenden Objektklassifikators zu verbessern. Eine umfassende Literaturrecherche zum Thema GANs und den grundlegenden Algorithmen, auf denen sie basieren, bietet einen Überblick und eine Grundlage für die Behandlung dieses Themas. Verschiedene Methoden zur herkömmlichen Augmentation von Bilddaten werden ebenfalls untersucht, einschließlich Rotation, Translation, Scherung und Spiegelung. Nach einem Vergleich verschiedener GAN-Paradigmen wird ein StyleGAN implementiert und mit dem verfügbaren Datensatz belehrt, um einen synthetischen Bilddatensatz zu erstellen. Der synthetische Datensatz in Kombination mit Augmentationstechniken wird zum Trainieren des Objektklassifikators verwendet. Eine experimentelle Bewertung des Ergebnisses wird bereitgestellt, indem die echt positive Rate des mit verschiedenen Datensätzen trainierten Objektdetektors verglichen wird. Das Ergebnis der Evaluierung ist eine Verbesserung der korrekten Klassifizierungsrate, die beweist, dass das Ergänzen von Daten durch GAN-Simulationstechniken nützlich ist, um eine bessere Generalisierungsfähigkeit für Klassifizierungsaufgaben zu gewährleisten.
Hard- und Softwareseitige Implementierung einer Schnittstelle zur Datenbündelung von Sensorsignalen zum Einsatz an einem autonomen Schweißtraktor. - Ilmenau. - 119 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Mit Hinblick auf die "Industrie 4.0" nimmt die Automatisierung von Fertigungsprozessen stetig zu. Im Rahmen des Forschungsprojekts "VOLneTT" soll eine In-Line-Prozesskontrolle von Schweißprozessen zur Anwendung auf einem Schweißtraktor entwickelt werden, um die manuelle Sichtprüfung durch eine digitale Qualitätskontrolle zu ersetzen. Schweißtraktoren kommen vor allem bei der Anfertigung von langen Schweißnähten mit geringen Losgrößen zum Einsatz. Um die Qualität der Schweißnaht bewerten zu können, sollen mehrere Kameras (Abdeckung von VIS-, NIR- und IR-Bereich) sowie ein 2D/3D-Profilscanner eingesetzt werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Konzeption eines Systems, welches die synchrone Aufnahme und Weiterleitung der Messdaten direkt am Schweißtraktor ermöglichen soll. Dafür sollen die bereits ausgewählten Sensoren hinsichtlich ihrer Tauglichkeit für das Projekt analysiert und bewertet werden. Im Anschluss wird die Anbindung der Messtechnik über die jeweiligen Programmierschnittstellen der Hersteller beschrieben, um die Messdaten später nach Auswahl einer geeigneten Hardwareplattform für die Weiterverarbeitung bündeln zu können. Um die Sensoren zueinander synchron auszulösen, wird weiterhin eine elektronische Schaltung samt dazugehöriger Platine und Software entworfen.
Qualitätsorientierte Layoutneuplanung einer agilen Fertigung anhand der MetraLabs GmbH in Ilmenau. - Ilmenau. - 98 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Neuplanung eines Layouts des Produktionsbereichs für die MetraLabs GmbH. Dies findet im Rahmen eines Neubaus des Unternehmenssitzes statt. Aufgrund steigender Nachfrage im Bereich der professionellen mobilen Service-Roboter und der Fahrerlosen Transportfahrzeuge gilt es, diese durch eine deutliche Erhöhung der eigenen Produktionskapazität zu befriedigen. Dabei ist die Einhaltung der Agilität der Fertigung, wegen häufiger technischer Neuerungen und Änderungen der Kundenanforderungen, von hoher Bedeutung. Infolge der aktuellen Mietsituation und der baulichen Restriktionen und begrenzten Fläche im aktuellen Gebäude, wird die Kapazität durch den Bau eines neuen Gebäudes gesteigert. Des Weiteren soll durch den Einsatz eines Fahrerlosen Transportsystems das eigene Wissen über den Einsatz solcher Systeme gestärkt und ein Referenzbeispiel für Kunden geschaffen werden. In dieser Arbeit findet die Entwicklung eines geeigneten Layouts der Fertigung inkl. Lager- und Testfläche zur Erreichung der geplanten Produktionskapazität statt. Hierfür werden die zu montierenden Geräte, der aktuelle Produktionsprozess und die aktuelle räumliche Situation analysiert. Weiterhin wird der, für die Zunahme der Ausbringungsmenge, erforderliche Flächenbedarf kalkuliert und eine geeignete Strukturform der Montage ermittelt. Im Zuge der Neuplanung des Layouts werden verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten des Produktionsbereiches aufgezeigt, wobei konsequent vom Groben zum Feinen vorgegangen wird. Nach Bewertung der Konzepte und Auswahl einer finalen Variante werden Anwendungsmöglichkeiten für den Einsatz eines Fahrerlosen Transportsystems aufgezeigt. Abschließend wird eine Empfehlung für den sinnvollen Einsatz eines solchen Systems im neuen Produktionsbereich gegeben und Maßnahmen zur Einhaltung der geforderten Qualitätsstandards werden erläutert.
Untersuchung zum konstruktiven Entwurf eines modularen Sichtprüfgerätes für die Qualitätssicherung von Leiterplatten. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Sichtprüfungen nehmen in der industriellen Produktion des Maschinenbaus und der Kunststofftechnik sowie in weiteren Branchen einen breiten Raum ein und verursachen hohe Prüfaufwendungen. Bei der Steinbeis Qualitätssicherung und Bildverarbeitung GmbH (SQB) wird daher dasThema der Automatisierung von Sichtprüfplätzen, deren Verbesserung durch Fehlererkennung und -klassifizierung und die optimalen Gestaltung von automatisierten Sichtprüfarbeitsplätzen untersucht. Es wird ein modulares Sichtprüfgerät zur automatisierten Teileerkennung unter dem Namen "Qualileo" auf Basis eines erprobten Prototypen konzipiert und konstruiert. Ziel ist es, ein marktreifes neues Fabrikat für eine effiziente Detektion von Oberflächendefekten auf Leiterplatten nutzbarzu machen. Diese Arbeit befasst sich mit den nötigen Voruntersuchungen und erstellt einen konstuktiven Entwurf des "Qualileo". Für die Untersuchungen des konstruktiven Entwurfs eines modularen Sichtprüfgerätes wird die Entwicklungsmethodik des Konstruktiven Entwicklungsprozesses - KEP zugrunde gelegt und daher zunächst erläutert. Zudem werden Grundlagen zur Beleuchtung, zu Leiterplatten und zum Bildaufnahmesystem thematisiert. Es folgt eine ausführliche Marktrecherche zum Stand der Technik und Forschung bei Sichtprüfgeräten für die industrielle Bildverarbeitung, im Speziellen für Leiterplattenprüfsysteme bzw. -teilsysteme diverser Hersteller und anderer am Markt vorhandener Anordnungen. Zudem wird ein Blick auf nutzbare Programmbibliotheken für Maschinelles Lernen geworfen. Nach Voruntersuchungen zum modularen Sichtprüfgerät, welche Berechnungen und Festlegungenzu u.a. Leiterplatten, Kamera, Objektive, Beleuchtung und Schnittstellen enthalten, werden diese Ergebnisse und die der Marktrecherche in einer Anforderungsliste zusammengefasst. An diesen Vorgaben ist die Konstruktion gebunden. Nach der Methodik des KEP werden für die Vorgaben aus der Anforderungsliste zunächst verschiedene Teilprinzipe aufgestellt, bewertet und ausgewählt. Diese Teilprinzipe werden durch einen konstruktiven Gesamtentwurf zusammengefasst und umgesetzt. Alle Ergebnisse werden protokolliert und dokumentiert. Das Ergebnis dieser Arbeit ist der konstruktive Entwurf eines modularen automatisierten Sichtprüfgerätes für die Leiterplattendefekterkennung und die Dokumentation aller für die Konstruktion nötigen Unterlagen.
Beitrag zur Anwendung etablierter Methoden im Rahmen einer sicherheitsgerichteten Produktentwicklung am Stand der Technik - Beispiel Sonderfahrzeugbau. - Ilmenau. - 114 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Normen und etablierte Standards im Bereich der technischen Sicherheit beschreiben die Anforderungen an eine zeitgemäße Produktentwicklung in Teilen nur lückenhaft und uneindeutig. Dies gilt im Besonderen für die Anwendung normativ geforderter Methoden zur Risikoanalyse. Fallspezifische Herausforderungen im Bereich des Sonderfahrzeugbaus machen weitere Interpretationen zur Notwendigkeit. Diese Anwendungsprobleme bringen potentielle Konsequenzen wirtschaftlicher und juristischer Natur mit sich. Das eine Extrem bildet eine unwirtschaftliche Produktentwicklung durch zu konservative Annahmen - das andere Extrem bilden Gesetzesverstöße und Todesopfer. Die Kapitel eins bis drei erleichtern dem Leser den Einstieg in die vorliegende Arbeit und beschreiben neben der Aufgabenstellung auch die Vorgehensweise des Verfassers. In den Kapiteln vier und fünf findet der Leser Informationen zum Stand der Technik und eine Beschreibung grundlegender rechtlicher Vorgaben - diese sind für das Verständnis der folgenden Kapitel wichtig. Kapitel sechs umfasst die Erarbeitung eines Ablaufdiagramms zur Definition zielführender Anwendungsbereiche der DIN EN 61508 und der ISO 26262. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet die Entwicklung eines branchenspezifischen Verfahrens zur Ermittlung des SIL in Kapitel sieben. Dieses ist schlanker, transparenter und anwendungsfreundlicher als alle bisher existenten Alternativen. Darauf folgt in Kapitel acht die Entwicklung eines Konzepts zur Nachweisführung modifizierter sicherheitsrelevanter Bestandssysteme nach Vorbild veränderter Maschinen. Ergebnis ist auch hier ein Ablaufdiagramm. Kapitel neun und zehn erleichtern die Anwendung des 2019 veröffentlichten AIAG & VDA-FMEA-Handbuchs. Neben einer abgestimmten Zielsetzung für die Methoden DFMEA und FMEA-MSR werden hier schlanke Bewertungskataloge unter Berücksichtigung firmenspezifischer Besonderheiten erarbeitet. In einem nächsten Schritt können die erarbeiteten Artefakte in einen oder mehrere Unternehmensprozesse eingebettet werden und so die Kultivierung einer rechtssicheren und dennoch pragmatischen Produktentwicklung nachhaltig unterstützen.