Aufbau- und Verbindungstechniken für die Erstellung komplexer Mikrooptiken. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Um komplexe Mikrooptiken erstellen zu können, soll das Fügeverfahren des Ansprengens auf dessen Anwendbarkeit hin untersucht werden. Interessant ist das Verfahren, da keine potenziell störende Zwischenschicht an Verbindungsstellen die Funktion von Präzisionsoptiken beeinträchtigen könnte. Um den Anspreng-Vorgang zum Erfolg zu bringen, kommt es vor allem auf die Vorbereitung der zu versprengenden Oberflächen an. Des Weiteren gibt es verschiedene Verfahrensparameter, die den Vorgang beeinflussen. Diese Arbeit setzt sich zunächst ausführlich mit der Literatur zum Thema Ansprengen auseinander. Die Fachliteratur kommt vor allem aus den Bereichen Optik und Halbleitertechnik. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse über verschiedene Verfahren im Zusammenhang mit dem Ansprengen von Oberflächen werden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, wobei die Verfahrensparameter gezielt variiert werden. Ziel ist es, ein Verfahren zu finden, das es zuverlässig ermöglicht, zwei dazu geeignete Oberflächen miteinander zu versprengen. Die Versuche im Rahmen der Untersuchungen werden zunächst manuell durchgeführt. Anschließend wird eine Anspreng-Vorrichtung konzipiert, gefertigt und schließlich durch weitere Versuche erprobt. Durch die Mechanisierung des Vorgangs soll der Vorgang reproduzierbarer werden. Ergebnis der Untersuchungen ist ein Reinigungsverfahren, das Oberflächen auf einen erfolgreichen Anspreng-Vorgang vorbereitet. Der Vorgang gelingt sowohl manuell als auch unter Zuhilfenahme der Anspreng-Vorrichtung.
Time-of-Flight-Sensorik für autonome mobile Roboter. - Ilmenau. - 119 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist die Entwicklung eines Sensornetzwerks als Prototyp zur Hinderniserkennung für autonome mobile Roboter basierend auf optische Sensoren, die Objekte auf Basis des Time-of-Flight-Prinzips (Laufzeitmessung) erfassen. Dazu wurde ein Vergleich mehrerer ausgewählter Sensoren anhand theoretischer Eigenschaften und empirischer Erprobungen durchgeführt. Durch Analyse und in Betracht gezogene Randbedingungen künftiger Einsatzgebiete wurde das bestgeeignete Modell gewählt. Danach erfolgte die gleichzeitige Entwicklung der nötigen Elektronik und Software. Anschließend wurde das System zusammengebaut. Für die Einbaumaßnahmen wurde ein Befestigungssystem unter Berücksichtigung von Staub- und Sturzschutz für einen bestimmten Robotertyp entwickelt. Ausführliche Tests der Funktion und Genauigkeit des Systems unter Betrachtung der Auswirkung der Änderung verschiedener Rahmenbedingungen und Einfügung nötiger Systemkomponenten begleiteten alle Entstehungsphasen des Prototyps, zeigten z.T. unerwartete Problemstellungen auf und regten Lösungsfindungen an. Der realisierte Prototyp ist ein software- und hardwaremäßig anpassbares und in verschiedene Roboter einbaubares mikrocontrollergesteuertes Sensornetzwerk, das gute Ergebnisse liefert und ggf. Systemfehler durch ständige Überwachung der Funktionalität und möglicher Hardwareabstürzte behandelt und/oder meldet. Mit einer Einbauhöhe von 4 cm werden mit dem entstandenen Sensornetzwerk Hindernisse ab einer Höhe über Boden von 1 cm in einem Entfernungsbereich zwischen 11 und 35 cm erfasst. Größere (höhere) Hindernisse können, je nach Farbe und Höhe über Boden, in einem Entfernungsbereich von 1 bis 40 cm erfasst werden.
Erstellung einer Software zur effizienten Berechnung und Optimierung von Mehrfach-Antireflexionsschichten. - Ilmenau. - 83 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
In dieser Arbeit wurde eine (funktionsfähige) Software entwickelt, um die optimale Antireflexbeschichtung für Photodetektoren zu berechnen. Sie bestimmt schnell und zuverlässig die optimale Schichtfolge hinsichtlich des minimalen Reflexionsgrades in vorgegebenen Grenzen. Dazu wurde die Grundlage für Stehende-Welle-Interferometer gelegt und die Anwendung beschrieben. Folglich wurden beispielhafte Sensoren dargestellt und als Testeingabe angewendet. Die Grundlage für die Berechnung des Reflexionsgrades wurde mit Hilfe verschiedener literarischer Quellen recherchiert. Es wurden zwei Optimierungsalgorithmen vorgestellt und implementiert. Das Programm selbst wurde in C++ geschrieben und mit einer intuitiven Oberfläche auf Basis von Qt erweitert. Dazu wurden verschiedene Bibliotheken wie "OpenMP" zum Multithreading und "qwt" beziehungsweise "QtDataVisualization" zur Darstellung der berechneten Daten eingebunden.
Aufbau, Justierung und Stabilitätsuntersuchung von AFM-Aufsätzen für einen AFM-Fokussensor. - Ilmenau. - 137 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Für Messungen mit einem Atomkraftmikroskop (AFM) ist es erforderlich, den hierfür eingesetzten Cantilever (mikromechanischer Federbalken) mit Akribie in den Fokuspunkt des zur Positionsdetektion verwendeten optischen Systems einzustellen, dauerhaft zu sichern und auf Langzeitstabilität zu untersuchen. Die dafür weiterentwickelten AFM-Aufsätze sind vor allem für Messanwendungen in der Nanopositionier- und Nanomessmaschine konzipiert. Diese werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit zunächst mit Hilfe von ausgearbeiteten Montagevorschriften aufgebaut. Weiterhin wird die Lage des Cantilevers relativ zum Fokuspunkt, anhand von im Voraus sorgfältig erarbeiteten Justierunterlagen, justiert und fixiert. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme der beiden AFM-Aufsätze, durch ihre Integration in die Nanopositionier- und Nanomessmaschine, werden diese messtechnisch untersucht. Dafür werden zahlreiche Dauermessungen durchgeführt, um relevante Eigenschaften -- wie Langzeitstabilität -- anhand von erhaltenen Messdaten zu ermitteln. Weiterhin werden beide AFM-Aufsätze in Bezug auf die sich ergebenden messtechnischen Eigenschaften miteinander verglichen. Anschließend wird eine Optimierung für beide AFM-Aufsätze durchgeführt, indem alle aufgetretenen Kritikpunkte analysiert und verbessert werden.
Konzeption einer vakuumtauglichen Lastwechseleinheit für einen hochgenauen automatischen Massekomperator. - Ilmenau. - 86 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen auf dem Gebiet der Massemetrologie angestellt. Die Betrachtungen umfassen das Handling von Massenormalen und den daraus resultierenden Einfluss auf Wägevorgänge und deren Ergebnisse. Auf Grundlage der Analyse zum Stand der Technik wurden neue Konzepte erarbeitet und verglichen. Um diese bewerten zu können, wurden Modelle der technischen Mechanik genutzt und ausgewertet, aber auch numerische Verfahren angewandt. Für den Abgleich der Ergebnisse mit der Realität wurde ein Demonstrator konstruiert.
Analyse der Staubsaugerprüfung nach DIN EN 60312-1 mit anschließender Konzepterstellung zur Erweiterung und Automatisierung der Prüfanlage. - Ilmenau. - 132 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Im Zuge des Inkrafttretens der EU-Verordnungen Nr. 665/2013 und Nr. 666/2013 sind sämtliche Staubsaugerhersteller dazu aufgerufen, ihre Geräte in der Leistungsaufnahme einzuschränken und kundenrelevante Informationen wie die Energieeffizienzklasse und Reinigungsklasse anzugeben. Letztere sind in einem genormten Verfahren, dem Prüfverfahren zur Bestimmung der Gebrauchseigenschaften bezogen auf Staubsauger für den Hausgebrauch, in der DIN EN 60312-1 zusammengefasst. Dieses Prüfverfahren, durchgeführt auf einer normgerechten Prüfanlage, eignet sich aufgrund des geringen Informationsgehalts nur eingeschränkt zum Entwicklungseinsatz. Aus diesem Grund wird die Prüfnorm und der Ist-Stand der Anlage in dieser Arbeit eingehend untersucht, Einflussgrößen analysiert und in Anbetracht dieser Analyse ein Konzept für die Anlage hinsichtlich der Automatisierung und Messwerterweiterung zur Entwicklungsarbeit erstellt. Im Vordergrund stehen hierbei ein anpassbarer Prüfablauf, geeignete Sensorik und Programmansteuerung. Ebenfalls werden aufgrund der Signifikanz für die Konzepterstellung Verfahren zur Inline-Staubmessung und Volumenstrommessung im Detail analysiert und die Eignung in Praxistests soweit möglich erprobt.
Messtechnische Qualifizierung eines Variable Height Kalibrier-Normals (Rampen-Normal). - Ilmenau. - 74 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Die vorliegende Masterarbeit beschreibt die messtechnische Qualifizierung eines Variable Height Stufenhöhen-Kalibrier-Normals. Zunächst werden die angewandten Messverfahren vorgestellt und die durchgeführten Messungen inklusive der dazugehörigen Ergebnisse am Kalibrier-Normal mittels Laserfokus-Sensor, Atom-Kraft-Mikroskop, verschiedenen Weißlichtinterferometer-Aufbauten und dem Rasterelektronenmikroskop aufgezeigt. Die Reproduzierbarkeit der Stufenhöhe und die optimale Datenpunktweite wurde mit dem Laserfokus-Sensor untersucht. Die Ableitung der Strukturparameter (Line Edge Roughness, Corner Rounding, Side Wall Angle und Stufenhöhe) aus den Daten aller Messprinzipien inklusive der Korrelation zwischen den Messverfahren wurde behandelt und beschrieben. Weiterhin wurde die Ableitung von Aussagen zur geometrischen Form der Strukturen und deren Unsicherheit betrachtet und geschildert. Abschließend und um weitere Untersuchungen zu ermöglichen, wurde zusätzlich eine Datenbank mit Laserfokus-Sensor-Daten angelegt.
Analyse und Bewertung von Oberflächenmessungen und -kennwerten für die Beurteilung von Verzahnungen. - Ilmenau. - 124 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Die fortschreitende Elektrifizierung des Antriebsstrangs stellt immer höhere Anforderungen an Getriebe. Hohe Drehzahlen verlangen widerstandsfähige Verzahnungen, welche durch den Wegfall des lauten Verbrennungsmotors leise laufen müssen und außerdem einen hohen Wirkungsgrad erzielen sollen. Diese Anforderungen können nur durch eine höhere Qualität der Verzahnungen erreicht werden. Speziell die Oberflächenrauheit spielt eine Rolle, da sie für die Schmierfilmbildung zuständig ist und die Tragfestigkeit mitbestimmt. Um eine gleichbleibend hohe Oberflächenqualität bei allen Verzahnungen zu gewährleisten, ist eine Fertigungsmessung erforderlich. Vor diesem Hintergrund befasst sich die Arbeit mit dem Kompetenzaufbau im Bereich Oberflächenmessung von Verzahnungen für eine Firma der Automobilbranche. Zunächst werden Grundlagen im Bereich Fertigungsverfahren der Zahnradherstellung und Oberflächenmessverfahren sowie Rauheitskennwerte, die für die Beurteilung von Verzahnungen sinnvoll sind, geschaffen. Anschließend folgen Versuchsreihen an Verzahnungen aus einem Getriebe mit den vorgestellten Verfahren, welche mit verschiedenen Kennwerten und Analysemethoden ausgewertet werden. Anhand der Versuchsreihen wird die praktische Eignung der Messverfahren für die Fertigungsmessung bewertet. Ziel ist es ein Messverfahren zu empfehlen, welches für die Fertigungsmessung der Verzahnungen in dieser Firma sinnvoll ist. In diesem Zusammenhang wird eine Strategie zur Messung der Oberflächenrauheit benötigt, die sich mit dem empfohlenen Messverfahren anwenden lässt. Zusätzlich sollen Kennwerte und Analysemethoden zur Beurteilung der Oberflächenrauheit ausgearbeitet werden.
Entwicklung und Untersuchung einer optischen Durchmessermessung von Lehrringen mit Hilfe gekoppelter Weißlichtinterferenzen. - Ilmenau. - 95 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der Konzeption eines Messaufbaus zur optischen Bestimmung von Lehrringdurchmessern. Der zu prüfende Ring besitzt einen Nenndurchmesser von 98mm. Grundlage der Messanordnung ist ein Tandemaufbau bestehend aus zwei seriell geschalteten Interferometern ähnlich dem Michelson-Interferometer. Die dabei verwendete Lichtquelle ist eine kurzkohärenteWeißlichtdiode mit einer mittlerenWellenlänge von 828nm. Die spektrale Halbwertsbreite der Diode beträgt 83nm. Eine Verwendung von Weißlicht ermöglicht die absolute Durchmesserbestimmung des Lehrrings aufgrund des auftretenden Interferenzmaximums. Zusätzlich wird eine achromatische Polarisationsoptik verwendet, um den Kontrast zu erhöhen und Nebensignaturen zu vermeiden. Zylinderlinsen werden im Aufbau zur Anpassung der Wellenfronten an das zylindrische Profil des Lehrrings genutzt. Nach der Betrachtungen des theoretischen Strahlengangs erfolgt die Bestimmung und Auslegung notwendiger Justierstellen. Diese besitzen zum Teil ein Auflösungsvermögen von 15[my]m bzw. 1'. Anschließend erfolgt die Konstruktion, der Aufbau und die Justage des gesamten Experimentalaufbaus. Durch schrittweises Verändern des Spiegelabstandes im Referenzinterferometer wird die Interferenzsignatur ermittelt. Nach dem erfolgreichen Auffinden und der Kontrasteinstellung durch feinfühlige Justierbewegungen erfolgt die Auswertung des Streifenmusters. Dabei konnte ein Kontrast von 0,15 erzielt werden.
Konstruktion und Inbetriebnahme eines kompakten Weißlichtinterferometers für Kavitätslängenmessungen. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Das in dieser Arbeit optimierte Weißlichtinterferometer dient zum Messen von großen Kavitätslängen. Es basiert auf dem Grundprinzip nach Michelson, besitzt aber Polarisationsoptiken, um die Intensitätsanteile in Referenz- und Messarm einzustellen. Die eingesetzte Weißlichtquelle besitzt ein FWHM von 100 nm bei einer mittleren Wellenlänge von 540 nm. Hieraus ergibt sich eine Kohärenzlänge von 3,2 [my]m, die bei einem Arbeitsabstand von ca. 120 mm genutzt werden kann. Der vom Kollimator ausgehende Lichtstrahl wird durch ein Achromatenduplett mit einer Brennweite von 12,7 mm chromatisch korrigiert. Darüber hinaus ist das Interferometer neben einer CMOS-Kamera auch mit einer CMOS-Zeile für die schnelle Erfassung von Weißlichtsignaturen versehen. Die CMOS-Zeile ist mit einer passenden Zylinderlinse der Brennweite von 25 mm ausgestattet. Um das Polarisationsverhältnis weiter zu erhöhen, wurden verschiedene Polarisatoren hinsichtlich ihrer Eignung untersucht. Für die Polarisatoren gibt es nun Aufnahmen, um deren Transmissionsachse in Schritten von 1,2˚ zu rotieren und so die Intensität in beiden Interferometerarmen genauer einzustellen. Die Spiegeljustierung ist neu konstruiert worden, um eine feinfühligere Kippung zu erlauben. Gleichzeitig wurde der Drehpunkt verlegt, um parasitäre Bewegungen der Spiegeloberfläche beim Justieren zu vermeiden. Es wird nun eine Einstellgenauigkeit von 4,41' erreicht. Um Blenden und Ausgleichsglasplatten schnell und ohne Aufwand in den Strahlengang einzubringen, gibt es eine neue Wechselautomatik. Zur Positionierung von Zylinderlinse und CMOS-Zeile sind entsprechende Justierstellen ausgelegt und konstruiert worden. Durch den gewählten, modularen Aufbau lässt sich der Bereich zwischen zwei Interferenzsignaturen auf bis zu ca. 300 mm erweitern.