Bachelorarbeiten

Lichtschnittsensoren eignen sich besonders für die kontaktlose dreidimensionale Erfassung von Oberflächen. Ihre Flexibilität, die hohen Messgeschwindigkeiten und die Messgenauigkeit im Submillimeterbereich machen sie zu einem weit verbreiteten Sensor in der Produktion, bei der Qualitätskontrolle und in der Forschung. Die fehlerfreie Erfassung glänzender oder transluzenter Materialien ist mit aktuellen Lichtschnittsensoren noch nicht möglich. In dieser Arbeit werden die Schwierigkeiten, die sich aus der Vermessung dieser Materialien ergeben, analysiert. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden neue Auswertealgorithmen entwickelt und in ihrer Genauigkeit mit bestehenden Algorithmen verglichen. Es wird unter anderen ein neuer Algorithmus entwickelt, der trotz Mehrfachreflexionen an gekrümmten glänzenden Oberflächen, sehr zuverlässig das Oberflächenprofil extrahiert. Weiterhin wird ein Interpolationsalgorithmus entwickelt, der die Position von Laserlinien mit verzerrter Intensitätsverteilung mit hoher Genauigkeit bestimmt. Dieser Algorithmus berechnet die Profile mit einer Polynomregression. Die Auswertung der Leistungsfähigkeit der verschiedenen Algorithmen geschieht simulativ. Dazu wird eine Simulationsumgebung verwendet, die Lichtschnittszenarien simuliert und die Kamerabilder mittels Raytracing generiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die neu entwickelten Algorithmen glänzende und transluzente Materialien mit einer höheren Genauigkeit vermessen können, als der weit verbreitete Center of Gravity Algorithmus oder aktuelle Parabel fittende Algorithmen.

Für die präzisere Realisierung von Mikrostrukturen beschäftigt sich diese Arbeit mit der Entwicklung und Umsetzung eines neuen Prozessplans für ein Lacksystem der Laserlithographie. Maßgebend definiert sich dieser Prozess durch die Verwendung eines Femtosekundenlasers und der Nanopositionier- und Nanomessmaschine, die das Prinzip der Zwei-Photonen-Polymerisation realisiert. Die Prozessparameter werden anhand bestehender Ergebnisse evaluiert. Erste experimentelle Ergebisse der Linienbreiten-Minimierung werden dargelegt.

Die Arbeit befasst sich mit der Charakterisierung und Optimierung eines Prüfstands für Rohranlegethermometer. Rohranlegethermometer werden an Rohren montiert um die Temperatur eines Mediums im Inneren eines Rohres zu bestimmen. Der Prüfstand, der die Prozessmedien Wasser und Sattdampf verwendet dient der Bestimmung der Genauigkeit dieser Thermometer. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Dampfkreislauf des Prüfstands. Die Bestimmung der Genauigkeit der geprüften Anlegethermometer beruht auf der von den Referenzthermometern gemessenen Temperatur des Prozessmediums. Daher wurde eine Messunsicherheitsbetrachtung der gemessenen Referenztemperatur durchgeführt. Dafür wurden alle Teile der Messkette detailliert analysiert. Es wurde eine Kalibrierung für alle Messeingänge des Messelektronik durchgeführt. Für die Fehler, die durch die Referenzthermometer und den Messelektronik verursacht werden, wurden Ausgleichsfunktionen und deren Unsicherheit bestimmt. Die Einstellung des verwendeten PID Reglers wurde optimiert und die Unsicherheit der Stabilität der Temperatur des Prozessmediums bestimmt. Es wurde ein Vergleich zu einem älteren Prüfstand für Rohranlegethermometer durchgeführt. Abschließend wurden eine Empfehlung zur Prüfung der Rohranlegethermometer erarbeitet und es wurden Vorschläge zur weiteren Optimierung des Prüfstands abgegeben.

Als genaustes zur Verfügung stehendes Druck-Kalibriernormal spielt die Druckwaage eine wichtige Rolle bei der Kalibrierung von hochgenauen Druckmessgeräten für nahezu jeden technisch relevanten Druckmessbereich. Jedoch bedingt der Kalibriereinsatz von Druckwaagen im Hochdruckbereich für ausschließlich pneumatische zu beaufschlagende Druckmessgeräte einige technische Herausforderungen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, einen Beitrag zur Entwicklung eines Systems zur hydraulisch-pneumatischen Druckwandlung zu leisten. Dieses soll das Kalibrieren von Hochdrucksensoren mit Messbereichen bis zu 1200 bar Absolutdruck, welche ausschließlich mit Gasen in Kontakt kommen dürfen, mit einer hydraulisch arbeitenden Druckwaage ermöglichen. Zu diesem Zweck wurden die grundlegenden Zusammenhänge und Funktionsprinzipien erläutert und Vorbetrachtungen über die zu erwartenden Eigenschaften unterschiedlicher Umsetzungsvarianten angestellt. Aus den daraus resultierenden Ergebnissen wurde ein konkretes technisches System mit Eignung für Drücke bis zu 300 bar abgeleitet, welches realisiert und messtechnisch erprobt wurde. Dabei zeigte sich, dass der Einsatz einer blasenförmigen Membran die Anforderungen an die Gleichheit von hydraulischem und pneumatischem Druck am besten erfüllt. Aufgrund von unter der hohen Druckbelastung aufgetretenen Schäden an den Membranen konnte jedoch keine vollständige messtechnische Validierung durchgeführt werden.

Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit thematisiert eine Einflussbewertung von geometrischen Größen eines Spritzgussteils an ein Stanz-Biege-Formteil für einen Heißfilmluftmassenmesser. Dabei sollen mögliche Korrelationen zu einem Unterschied in den Kennlinien eines Sensortypens bezogen auf seine Fertigungsformnester geprüft werden. Dazu werden diverse Versuche gemacht und Messungen von Bauteilen mit Kennliniendaten verglichen. Da bei der Analyse der Daten keine direkt wirkenden Korrelationen gefunden werden konnten, richtet sich die weitere Betrachtung auf die positionierenden Einflüsse des Blechs auf den Kunststoff. Hierbei werden Störwirkungen der Bandspuren untersucht und ihr Einfluss auf die Kennlinie nachgewiesen. Überlagerungen von Effekten bei der Experimentsdurchführung werden untersucht und maßbezogene Änderungen im Fertigungsverlauf herausgearbeitet. Abschließend zeigt sich aber noch mindestens eine weitere funktionsdurchgreifende Einflussgröße die zu einer Beeinflussung der Kennlinie führt. Um den Einfluss der Positionierelemente für die Zukunft möglichst gering zu halten wird eine Zeichnungsänderung empfohlen.