Studentische Abschlussarbeiten

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Erstellt: Thu, 28 Mar 2024 23:05:03 +0100 in 0.1036 sec


Dinkel, Stephan;
Untersuchung und Optimierung einer optischen Systemtechnik zum parallelen Wendelbohren mit Ultrakurzpulslasern mittels diffraktiver Strahlteilung. - ca. 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

In der Mikrobohrtechnik hat sich, aufgrund der gesteigerten Ansprüche an Qualität und Präzision das Verfahren des Wendelbohrens mit dem Ultrakurzpulslaser etabliert. In einigen Fällen, z. B. dem Bohren von Einspritzdüsen, kann nur dieses Verfahren den Anforderungen genügen. Der Präzision steht allerdings der Nachteil einer langen Prozesszeit gegenüber, sodass dieses Verfahren insbesondere für viele Bohrungen in einem Werkstück nicht wirtschaftlich ist. In dieser Arbeit soll daher ein neuer Ansatz einer Wendelbohroptik mit mehreren Teilstrahlen zum parallelen Laserbohren auf dessen Eignung zur Bearbeitung von Metallen mit einem Ultrakurzpulslaser untersucht werden. Die Strahlteilung soll mit einem diffraktiven optischen Element realisiert werden. Zunächst mussten physikalische Zusammenhänge der Wechselwirkung der Laserstrahlung mit Metallen, die wichtigen Aspekte beim Wendelbohren, sowie der allgemeine Aufbau der nötigen Bohroptik betrachtet werden. Im nächsten Schritt wurde mit Hilfe verschiedener Simulationen zunächst das optische Design einer solchen Multistrahlbohroptik untersucht. Es wurden dabei Einflussgrößen auf die Bohrungsqualität herausgearbeitet und mit den Strahlformungseigenschaften sowie Freiheitsgraden von optischen Elementen der Bohroptik in Bezug gesetzt. Anschließend wurde eine Toleranzbetrachtung durchgeführt um den Einfluss von Positionstoleranzen zueinander, sowie Fertigungstoleranzen an den optischen Elementen auf die ermittelten Einflussgrößen zu bestimmen. Es wurden Kompensationsmöglichkeiten zur Minimierung von Fehlern erarbeitet. Die Strahlverteilung wurde auf der Bearbeitungsebene analysiert, um mögliche Veränderungen der Einflussgrößen zu erkennen. Im zweiten Schritt wurden die Teilkomponenten der zu untersuchenden Multistrahloptik aufgebaut und charakterisiert, um die Simulation zu validieren. Es folgten Bohrexperimente mit dem Gesamtsystem, um die Eignung des experimentellen Aufbaus zum Wendelbohren zu untersuchen. Das Ergebnis zeigte, dass die im Vorfeld erstellten Simulationen eine genaue Abschätzung des Verhaltens der Optik erlauben. Diese Simulationen können daher dafür genutzt werden, Aussagen über Kompensationsmöglichkeiten und mögliche Konstruktive oder designtechnische Verbesserungen an der Optik zu machen.



Boushaba, Hamza;
Hochauflösende Vermessung von Freiformflächen mittels Interferometrie. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016

In der Industrie und in vielen Anwendungen werden hochwertige optische Bauelemente wie asphärische und Freiformoptiken oft verwendet. Eine Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle spielt dabei eine entscheidende Rolle. Um die Qualität dieser Bauteile zu gewährleisten, existieren viele Techniken zur Vermessung einer Objektoberfläche. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein erweitertes Interferometrisches Verfahren konzipiert. Die Realisierung dieser erweiterte Methode baut sich auf das Prinzip ''Mach-Zehnder-Interferometer''. Es wurde im Rahmen dieser Arbeit sowohl einen Aufbau zur Vermessung reflektiven als auch transmissiven Freiformoptiken aufgebaut.



Rudolf, Benjamin;
Untersuchung von Methoden zur kollinearen Startsystemfindung, der ersten Stufe beim Optikdesignprozess. - 68 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Die Anwendung von Software beim Optikdesignprozess ist heutzutage ein integraler Bestandteil. Für den kollinearen Entwurf von zweifach optisch abbildenden Systemen wurde Anfang der Neunziger Jahre am Fachgebiet Technische Optik das Programm PARAX entwickelt. Das Programm bietet Analysemöglichkeiten, wie die Darstellung des Strahlengangs, eine Parametervariation/-iteration und eine Darstellung des Systems in einem Delano- oder Aperturdiagramm. In dieser Arbeit werden die Dimensionierungsstrategie des Programms hinterfragt und eine neue Berechnungssystematik, sowie ein neuer Formelkatalog vorgeschlagen. Mit diesen Neuerungen sind bei nicht vollständig bestimmten Systemen mehr Zwischenergebnisse berechenbar. Dies unterstützt den Anwender bei der Eingabe und vermindert versehentliches Überbestimmen. Durch die neue Berechnungssystematik, lässt sich die Methode deutlich einfacher programmtechnisch umsetzen, weil Spezialfallbetrachtungen vereinfacht und reduziert werden konnten. Zusätzlich wurden in dieser Arbeit theoretische Untersuchungen zum Freiheitsgrad kollinearer Systeme durchgeführt und Möglichkeiten für die Erweiterung der Berechnungsstrategie aufgezeigt.



Hoffmann, Daniela;
Systematische Entwicklung und Simulation eines diffraktiven Gitterzellenarrays zur Formung einer automobilen Scheinwerferlichtverteilung. - 77 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

In der vorliegenden Arbeit wird die Eignung von Gitterzellenarrays zur Formung einer Scheinwerferlichtverteilung durch Auslegung und Simulation untersucht. Dafür werden erste Simulationen in VirtualLab durchgeführt, welche die Nutzbarkeit von GCAs in Scheinwerfern bestätigen. Mit einem selbstprogrammierten Berechnungsalgorithmus wird das GCA-Design verbessert und ein Designkonzept erstellt, welches fertigungsbedingte und chromatische Parameter umfasst. Basierend auf diesem Konzept werden Gitterzellenarrays berechnet, die eine vereinfachte Scheinwerferlichtverteilung erzeugen. Die Simulationen der selbstberechneten GCAs finden in einer neuentwickelten Helios-Erweiterung statt, deren Funktionalität durch die Messung und Analyse des Beungungsverhaltens unterschiedlicher Transmissionsgitter verifiziert wird. Die erzeugte vereinfachte Lichtverteilung ist größtenteils homogen und farbsaumfrei und besitzt eine scharfe Hell-Dunkel Grenze. Über eine refraktive Linse wird sie auf die Fahrbahn projiziert, wobei sowohl Homogenität als auch Farbsaum der abgebildeten Verteilung durch Variation der Linsenposition verändert werden können. Diese Arbeit zeigt, dass Gitterzellenarrays gut zur Formung einfacher Lichtverteilungen genutzt werden können und dabei eine Effizienz von nahezu 100 % aufweisen. Die Erzeugung einer realen Scheinwerferlichtverteilung mit Intensitätsverlauf und stufenförmiger Hell-Dunkel-Grenze erfordert jedoch eine Verbesserung des Berechnungsalgorithmus, wofür in dieser Arbeit einige Vorschläge präsentiert werden.



http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/848853172hoffm.txt
Brill, Florian;
Simulation und Tolerierung abschattender Oberflächendefekte an optischen Grenzflächen unter inkohärenter Beleuchtung. - 94 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

In dieser Arbeit wird die Wirkung von Oberflächendefekten, die nach DIN ISO 10110-7 spezifiziert werden, untersucht. Die Wirkungsweise dieser Defekte wird sowohl durch die Absorption als auch durch eine Umverteilung von Licht beschrieben, was zu Abschattungs- und Streueffekten in der Bildebene führt. Die Defekte werden als 2D-Flächenelemente modelliert und gelten für den Fall der inkohärenten Beleuchtung. Neben der Abschattung werden auch Streuung und Phasenmodulationen diskutiert. Es wird eine neue Methode zur Simulation von Abschattungs- und Streuverteilungen vorgestellt, welche auf einer Vielstrahlrechnung basiert. Einzeldefekte sowie konkrete Toleranzvorgaben eines Gesamtsystems können anhand dieses Software-Tools bewertet und geprüft werden. Ein weiteres Modell beschreibt den Einfluss von Oberflächendefekten auf die Auflösung. Die Modulationsübertragungsfunktion stellt die entsprechende Bewertungsgröße dar. Hierbei werden wellenoptische Betrachtungsweisen herangezogen. Anhand des Vergleiches von Simulationen und Messungen, die an Kameraobjektiven durchgeführt werden, wird die Gültigkeit der Modelle geprüft und diskutiert. Abschließend wird ein Vorschlag für die Tolerierung von Oberflächendefekten erörtert.



Krojer, Matthias;
Simulationsgestützte Analyse verspannungsinduzierter Änderungen der Materialeigenschaften bei Hochleistungs-AlGaInAs-Laserdioden und deren Auswirkungen auf die laterale Strahlqualität. - 84 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich damit, wie sich induzierte Verspannungen auf das laterale Strahlprofil von gewinngeführten AlGaInAs-Laserdioden auswirken. Zur kontrollierten Wärmeabfuhr werden über dem Emitter mikrothermische Elemente aus Gold aufgebracht. Diese mikrothermischen Elemente induzieren eine starke Verspannung an den Kanten, welche zu einer Wellenführung an zwei unterschiedlichen Punkten im Laserbetrieb führt. Die Arbeit beschreibt, wie sich der Brechungsindex über den photoelastischen Effekt aufgrund von Verspannungen im Halbleiter ändert. Ferner wird anhand von Experimenten gezeigt, welche gängigen Materialien in der Laserdioden-Produktion welche Verspannungen verursachen. Mithilfe dieser Werte werden mit der Finite Elemente Software ANSYS Mechanical Verspannungen an Realbauteilen simuliert. Durch die Simulation erhält man Brechungsindexprofile der emittierenden Bereiche, welche eine deutliche Korrelation mit den Nahfeldern der Realbauteile aufweisen. Ein verspannungsoptimierter Chipvorschlag schließt die Arbeit ab.



Schuppich, Juliane;
Optische Kantendetektion im Submikrometerbereich mit einer Superkontinuum Laserquelle. - 60 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

In vielen technischen Bereichen (Elektronik, Mechatronik, Optik, usw.) werden bestehende Systeme hinsichtlich Ihrer Effizienz, Leistungsfähigkeit und Größe optimiert womit oft eine Miniaturisierung einzelner Komponenten oder Gruppen einhergeht. Dieser Trend stellt in dem Fertigungsprozess immer größere Herausforderungen an die Mess- und Positioniergenauigkeit. Mit dem allgemeinen Ziel einer hochgenauen Kantendetektion im Submikrometerbereich ist der Schwerpunkt dieser Arbeit die Untersuchung der Beugungseffekte an einer Kante. Es wurde ein Messaufbau entwickelt, der die experimentelle Untersuchung der Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit beugenden Strukturen (Kanten, Stufen, Scheiden), deren Höhe im Bereich der Wellenlänge oder kleiner ist, ermöglicht. Ein wichtiger Bestandteil dieses Aufbaus ist eine Superkontinuum Laserquelle, wodurch innerhalb eines breiten Wellenlängenbereiches (VIS-NIR) kohärente Strahlung zur Verfügung steht. Es wurden Beugungsmuster in Abhängigkeit von der Beleuchtungswellenlänge, Kantenhöhe und lateralen Relativposition von Laserfokus zu Kante untersucht. Zusammenhänge in der Abhängigkeit von dem Verhältnis von Wellenlänge zu Stufenhöhe wurden gezeigt und diskutiert. Diese Ergebnisse liefern Aussagen über die Kantengeometrie und -höhe. Mit Hilfe theoretischer Betrachtungen der Fraunhoferschen Beugung unter Anwendung einer Fourier-optischen Simulation ist der Abgleich der experimentellen Ergebnisse mit den theoretischen Erwartungswerten durchgeführt wurden. Diese Ergebnisse stellen eine grundlegende Untersuchung der zu erwartenden Signalmuster für die Weiterentwicklung eines Kantendetektors innerhalb einer Nanopositionier- und Messmaschine dar.



Lutfi, Hasan;
Experimentelle Charakterisierung von Freiformoptiken. - 140 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Die Produktion von Freiformoptiken stand in den Letzten Jahren großer Nachfrage in verschiedenen optischen Gebieten gegenüber, wobei vor allem hochqualitative und gleichzeitig kleinere Systeme nachgefragt wurden. Ein Problem von Freiformoptiken ist die Formvermessung um ihre Qualität zu bestimmen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein optischer Formmessplatz aufgebaut und evaluiert, damit Freiformoptiken vermessen und deren Oberfläche rekonstruiert werden können. Zur Realisierung dieses Formmessplatzes wurde ein Chip aus einer CMOS-Kamera und ein Objektiv als Detektorsystem benutzt. Damit werden zwei Halbkungeln beobachtet, die als schirm betrachtet werden, um die Spotpositionen eines an den Schirmen reflektierten LASER-Strahls sichtbar wird und daraus der Verlauf der reflektierten Strahlen ermittelt werden kann. Mittels eines erstellten Rekonstruktionsalgorithmus wurde aus diesen Daten die Oberfläche des Messobjektes rekonstruiert.



Rudolf, Benjamin;
Experimentelle Untersuchung computertomografischer Verfahren zur hyperspektralen Bildgebeung. - 54 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

In dieser Bachelorarbeit wurde ein Versuchsaufbau für hyperspektrale Bildgebung mittels computertomographischer Methoden geplant, aufgebaut und evaluiert. Mit diesem Verfahren ist es möglich die Informationen für ein hyperspektrales Bild zeitgleich zu erfassen. Es wurden notwendige optische Bauelemente dimensioniert und ausgewählt. Insbesondere wurde ein Diffraktives optisches Element (DoE) für diesen Versuchsaufbau entworfen. Im Weiteren wurde ein Rekonstruktionsalgorithmus so implementiert, dass aus dem mit dem Sensor aufgezeichneten Bild der hyperspektrale Würfel rekonstruiert werden konnte. Mit dem Versuchsaufbau wurden hyperspektrale Bilder von Proben aufgenommen, um das Verfahren zu evaluieren.



Häuberer, Mario;
MTF-Praktikumsversu - Analyse des vorhandenen Messaufbaus und Erweiterung. - 58 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Diese Arbeit beschäftigt sich mit einem Versuchsaufbau zur Messung der Modulationsübertragungsfunktion (MTF). Diese dient als Gütekriterium einer inkohärenten Abbildung. Theoretische Grundlagen zur optischen Abbildung werden für diese Überlegungen aufgeführt. Über die Systemtheorie, wird zur Optischen Übertragungsfunktion (OTF) und schließlich zur MTF hingeführt. Das optische System des MTF Versuchsaufbaus wird mithilfe von kollinearer Strahlkonstruktion näher gebracht. Die Elemente für Beleuchtung und Abbildung werden dabei vorgestellt. Das Programm PARAX stellt einen wesentlichen Aspekt zur Berechnung und Dimensionierung des optischen Systems dar. Die Berechnungen dienen dazu Grenzparameter bezüglich Brennweite und Blendenzahl des Aufbaus zu diskutieren. Ein Einblick über MTF-Messgeräte kommerzieller Anbieter soll eine Vergleichsmöglichkeit mit dem MTF Versuchsstand bieten. Fragen zu möglichen Fehlerquellen bei einer Messung im Feld konnten beantwortet werden. Anfänglich vermutete Fehlerquellen zur Lage des zu prüfenden Objektivs stellten sich bei genauerer Betrachtung als unkritisch heraus. Andere Fehler, z.B. bei der Brennweite, galt es jedoch unbedingt zu beachten. Die starke Abweichung von tatsächlicher zur vom Hersteller angegebenen Brennweite, bringt bei Vernachlässigung diese Fehler in die Berechnungen ein. Aus diesem Grund werden Möglichkeiten der genauen Brennweitenbestimmung angegeben. Die Ergebnisse einer MTF Messung auf der Achse und im Feld werden vorgestellt. Bei diesen Messungen zeigten sich die Grenzen des einstellbaren Feldwinkels. Insgesamt konnte die Betrachtung des Versuchsaufbaus Werte ermitteln, welche kommende Messungen erleichtern werden.