Entwicklung eines Regelungssystems für aktive 3-D-Tastsysteme. - 77 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
In der Diplomarbeit wird die Entwicklung, der Aufbau und die Untersuchung eines Messdatenerfassungs- und -verarbeitungssystems sowie Steuerungs- und Regelungssystems für aktive Tastsysteme vorgestellt. Aktive Tastsysteme verfügen über Aktoren zur Antast- und Messkraftregelung oder zur Erzeugung einer Modulation. Der Active Probe Controller lässt sich zur Erhöhung der Regeldynamik von ein- oder mehrachsigen Antastregelungen einsetzen. In Zusammenhang mit der Signalmodulation kann das System auch zur Detektion der Antastrichtung von Betragstastsystemen verwendet werden. Das Gerät besteht aus der Signaleingabe- und Signalausgabeleiterkarte zur Messdatenerfassung und -verarbeitung und dem Netzteil zur Spannungsversorgung. Zentrale Baugruppe des Systems ist ein digitaler Signalprozessor in Kombination mit mehreren A/D- und D/A-Wandlern (D.Module.C6713 und D.Module.ADDA16). Die Software des Prozessors ist modular aufgebaut und ermöglicht eine einfache Anpassung an unterschiedliche Aufgaben und Tastsysteme der NMM-1. Das entwickelte System wurde als quasianaloger PID-Regler für einen metrologischen Rasterkraftsensor der NMM-1 getestet und untersucht. Als Regelungssystem ermöglicht es eine Verbesserung der Messkraftregelung und eine Erhöhung der Scangeschwindigkeit. Der Active Probe Controller erweitert die Möglichkeiten zur Lösung der Messaufgaben aus der dimensionellen Messtechnik im Mikro- und Nanometerbereich mit der NMM-1.
Hochgenaue Massebestimmung : Analyse und Optimierung. - 85 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, verschiedene Einflussfaktoren auf die messtechnischen Eigenschaften eines Prototypkomparators zu analysieren und daraus Optimierungspotential abzuleiten. - Begonnen wurde dabei mit einer genauen Analyse der Software. Es konnte festgestellt werden, dass der Lastwechselteller nach dem Positionieren in Grenzen zeitabhängige Änderungen erfahren. Die Ursachen liegen in mechanischen Effekten und können detektiert werden. Eine endgültige Aussage zu erforderlichen Änderungen kann nur durch weiterführende Untersuchungen getroffen werden. Um die Bewegung des Lastwechseltellers besser beurteilen zu können, wurden dazu die Messwerte des Lagesensors auf eine Längeneinheit zurückgeführt. Durch die Softwareanalyse konnte gezeigt werden, dass bzgl. der Synchronisation von Abläufen Optimierungsbedarf besteht. Als Ursache für diesen Effekt konnte die Art und Weise des Anfahrens einer Position erkannt werden, die optimiert werden kann. Eine Anpassung der eingestellter maximaler Dauer für einen Lastwechsel behebt dieses Problem. Für die Untersuchung der Belastungsvorgänge und der Belastungseinrichtung wurde ein dazu passendes Messmodul ausgewählt, und ein entsprechendes Messprogramm erstellt. Die Funktionsfähigkeit der gewählte Messanordnung konnte somit überprüft werden. Die Einflüsse von Auslenkung und Pendelbewegung der Lastschale auf das Messergebnis konnte durch die Analyse der Eigenschaften des Koppelgelenkes mathematisch beschrieben werden. Damit ergab sich die Möglichkeit Justagegrenzen festzulegen, um die Messwertabweichung infolge Störpendelbewegung auf ein zulässiges Maß zu reduzieren. Als weitere Einflussfaktoren auf die Störpendelbewegung und die Reproduzierbarkeit der Absetzvorgänge wurden die Absetzgeschwindigkeit und die Oberflächenbeschaffenheit der Gewichtsstücke festgestellt. Es konnte gezeigt werden, dass die gewählte Absetzgeschwindigkeit optimal ist. Die Pendelbewegung der Lastschale wird durch elastische Stöße verringert. Es entsteht vorteilhafterweise keine signifikanten Reibeffekte. Bei der Oberfläche der Gewichte im Zusammenspiel mit der Gestaltung der Gewichtsaufnahme besteht Optimierungspotential. Dieser Zusammenhang sollte unbedingt weiter untersucht werden. Die Reproduzierbarkeit der Absetzvorgänge könnte dadurch wesentlich verbessert werden.
Entwurf eines drahtlos steuerbaren Zentrieraufsatzes für einen luftgelagerten Präzisionsrundtisch zur Positionierung von Lehrringen. - 70 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Inhalt der Diplomarbeit ist die mechanisch-konstruktive Entwicklung eines Justieraufsatzes zur Rundheitsmessung von Lehrringen. Der dazu erforderliche Messaufbau besteht aus einem interferenzoptischen Sensor und einem luftgelagerten Rundtisch. Dabei wird die Oberfläche eines Lehrrings mit dem Messstrahl des gestellfesten interferenzoptischen Sensors angetastet. Mittels Drehbewegung um die Hochachse des Lehrrings kann so dessen Rundheit vermessen werden. Für die Drehbewegung der Lehrringe wird ein luftgelagerter Präzisionsrundtisch UPR-160 Air des Herstellers MICOS eingesetzt. Zur fluchtenden Ausrichtung der Hochachsen von Drehbewegung und Lehrring ist ein Justieraufsatz notwendig. Dieser soll um die Kontakt- und Verschleißprobleme mechanischer Kontakte zu vermeiden, drahtlos mit Energie und Steuersignalen versorgt werden. Der Justieraufsatz realisiert zwei Teilfunktionen: eine laterale Bewegung entlang der x, y Achsen und eine rotatorische Bewegung um x, y-Achsen. Deshalb besteht der Justieraufsatz aus einer Kombination zweier selbständiger Funktionsgruppen: einer Verschiebeeinrichtung und einer Kippeinrichtung. Die Konstruktion der Verschiebeeinrichtung unter Verwendung von Schrittmotoren, Planeten- und Schraubengetrieben ermöglicht eine hochgenaue laterale Positionierung der Lehrringe. Durch die Verwendung von Präzisionswälzführungen wird eine sehr geringe Reibung sowie eine weitgehende Wartungsfreiheit erzielt. - Die Konstruktion der Kippeinrichtung, unter Verwendung einer Kombination aus Schrittmotoren, Schraubengetrieben, Keilschubgetrieben, Zugfedern und Kugelgelenk ermöglicht die präzise Winkelverstellung um die Hochachse. - Der Justieraufsatz ermöglicht eine Wegverstellung von ± 2 mm mit einer Auflösung von 0,2 æm und eine Winkelverstellung von ±1&ayn; mit einer Auflösung von 0.09". Die Abmessungen des Justieraufsatzes betragen 200mm x 69 mm, bei einem Eigengewicht von 1700g. Aufgrund des geringen Energieverbrauchs der eingesetzten Schrittmotoren ist die Stromversorgung mittels Akku realisierbar.
Untersuchung und Diagnose der Sensorspur eines induktiven Rotorlagesensors zur Erarbeitung einer Bewertungsstrategie für einen End-of-Line Prüfstand im Automotive Bereich. - 170 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Die vorliegende Arbeit wurde im Bereich Antriebsstrang, speziell für die Versuchsabteilung des Produktbereichs Elektrische Antriebe, der ZF Sachs AG angefertigt. Im Mittelpunkt der Betrachtung steht ein Rotorlagesensor, welcher eine kupferne Sensorspur induktiv abtastet. Der Rotorlagesensor und die Sensorspur sind Bestandteil einer permanenterregten Synchronmaschine. Infolge der Abtastung errechnet der Rotorlagesensor ein analoges Ausgangssignal. Aus diesem Signal wird mit Hilfe einer Leistungselektronik ein Rotorlagewinkel berechnet. Dieser Winkel ist von zentraler Bedeutung für die feldorientierte Regelung der Synchronmaschine. Durch Fehler bei der Abtastung der Sensorspur kann es zu einem gestörten Sensorausgangssignal und somit möglicherweise auch zu einer Beeinträchtigung der Regelung der Synchronmaschine kommen. In dieser Arbeit werden die Auswirkungen verschiedener Fehlertypen des Sensor-Abtast-Systems auf das Sensorausgangssignal und auf das daraus errechnete Rotorlagewinkel-Signal untersucht. Zur Auswertung der Untersuchungen wurde eine Signalbewertungsstrategie erarbeitet. Zur Umsetzung der Bewertungsstrategie wurde, mit Hilfe der Signalanalyse-Software "IMC FAMOS", eine Auswerte-Sequenz entwickelt. Die Auswerte-Sequenz ermöglicht sowohl eine Signalbewertung nach verschiedenen Kriterien, als auch die automatische Generierung eines Auswerte-Protokolls. Darüber hinaus kann die Auswerte-Sequenz zur Erweiterung der Funktionalität eines EMK-Prüfstands und als Vorlage zur Erweiterung der Signalbewertungskriterien eines End-of-Line Prüfstands genutzt werden.
Aufbau und Untersuchung eines interferenzoptischen 3-D-Tasters. - 120 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Aufgrund des zunehmenden Einsatzes mikrotechnischer Produkte steigt auch der Bedarf an Mess- und Prüftechnik zur Fertigungs- und Qualitätskontrolle von Mikrosystemkomponenten und -strukturen. Dimensionale Messungen an Mikrostrukturen erfordern sowohl Nanopositionier- und -messmaschinen als auch geeignete leistungsfähige dreidimensionale Mikrotastsysteme. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuartiges 3-D-Mikrotastsystem, das an der TU Ilmenau am Institut für Prozessmess- und Sensortechnik entwickelt wurde, in die NPMM-25 integriert. Das Funktionsprinzip basiert auf der gleichzeitigen optischen Auswertung der Verkippung und der Translation einer Silizium-Bossmembran mit einem fokussierten Messstrahl. Mit Hilfe der NPMM-25 erfolgten zahlreiche Untersuchungen zu messtechnischen Eigenschaften des Tastsystems, die dessen Eignung für Messungen an Mikrostrukturen nachweisen. Darüberhinaus wurde die Tauglichkeit für typische Messabläufe in der Koordinatenmesstechnik untersucht, wobei die Messunsicherheit bei der Bestimmung des Antastpunkts verglichen wurde. Dabei zeigte sich, dass Scanmessungen in der Regel größere Messunsicherheiten als Punktmessungen aufweisen. Die Extrapolation des antastkraftfreien Ortes aus der Tasterkennlinie erwies sich als die beste Variante, wenn Messunsicherheiten und Reproduzierbarkeiten im Subnanometerbereich gefordert werden. Die Untersuchung der messtechnischen Eigenschaften des interferenzoptischen 3-D-Mikrotastsystems hat verschiedene Optimierungsmöglichkeiten aufgezeigt. Ein überarbeitetes Tastersystem auf Basis eines Verformungskörpers aus Quarzglas wurde vorgestellt und dimensioniert.
Aufbau eines Abgleichprozesses für einen Drucksensor auf Basis statistischer Untersuchungen. - 102 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Aufbau eines Abgleichprozesses für Drucksensoren im Nenndruckbereich zwischen 6 bar und 70 bar. Auf Grundlage der Abgleichvorschrift wurde ein Programm, in der Programmierumgebung LabWindows/CVI erzeugt, das in der Lage ist Sensoren innerhalb einer Fertigungslinie zur Serienproduktion abzugleichen. Weiterhin enthält der Funktionsumfang eine Auswertung der endgültigen Sensorkennlinien und eine statistische Analyse der Ergebnisse. Damit ist man in der Lage die Güte des Abgleichs zu bestimmen und den Designprozess der Sensorelemente gegebenenfalls verbessern zu können. Mit Hilfe von Vorhalteparametern wurde die Möglichkeit eingefügt den Abgleich manuell zu beeinflussen um somit fertigungsbedingte Schwankungen von Chargen auszugleichen. Abschließend wurde das Programm durch die Installation auf einem Auswahlprüfstand und den Abgleich erster Sensoren verifiziert.
Kapazitiver Kraftsensor. - 197 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich ausgehend von neuen Kapazitiv-Digital Umsetzern der Firma Analog Devices mit der Entwicklung eines kapazitiven Kraftaufnehmers. Eine Literatur- und Patentrecherche bildet die Grundlage für den konstruktiven Entwicklungsprozess. Mittels der KIRCHHOFF'schen Plattentheorie werden die Biegelinie einer im Umfang eingespannten Kreisplatte unter zentraler Krafteineinleitung und die damit einhergehende Kapazitätsänderung eines Messkondensators hergeleitet. Mit diesem Formelwerk wird ein entsprechender Sensor ausgelegt und aufgebaut. Ein Kraftmessstand und eine Mikrocontroller-Steuerung werden zur Untersuchung der technischen Eigenschaften des Sensors eingerichtet. Ein Algorithmus zur Kompensation der Temperatur und Linearisierung der Kennlinie sowie Aussagen zur Messunsicherheit, Störeinflüssen und Wirtschaftlichkeit bilden den Abschluss der Arbeit
Planspiegelinterferometer zur simultanen Längen- und Winkelmessung. - 102 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Die Möglichkeit der simultanen hochauflösenden Erfassung von Linear- und Kippbewegungen ist für die Genauigkeit moderner Präzisionspositionier- und Koordinatenmesssysteme von entscheidender Bedeutung. In der vorliegenden Arbeit wird zu diesem Zweck ein fasergekoppeltes Zweistrahl-Planspiegelinterferometer auf Basis des Zweifrequenzverfahrens vorgestellt. Das Zweistrahlkonzept ermöglicht die gleichzeitige Messung der Verschiebebewegung und der Verkippung des Messreflektors um eine Raumachse. Die Winkelmessung wird, nach dem Prinzip des Tangenslineals, auf zwei Längenmessungen zurückgeführt. Im Unterschied zu den aktuellen Mehrstrahl-Interferometern der Fa. SIOS Messtechnik GmbH, wird die Längendifferenz zur Bestimmung des Winkels bei der vorgestellten Anordnung optisch erzeugt. Als Ausgangspunkt der Arbeit war das Grundprinzip des untersuchten Interferometers gegeben. Der Aufbau des Interferometers wurde zunächst theoretisch analysiert. Anhand von Berechnungen wurden die Eigenschaften der Anordnung, Vor- und Nachteile sowie Anforderungen an deren praktische Umsetzung spezifiziert. Weiterhin konnten die aus Spiegelverkippungen, Bauteiltoleranzen und der Kalibrierunsicherheit resultierenden Fehlereinflüsse quantifiziert werden. Der Hauptvorteil des Prinzips der optischen Differenzbildung ist die wesentlich geringere Bandbreite des Winkelmesssignals (Längendifferenzsignal) im Vergleich zum Längenmesssignal. Dadurch lässt sich das Signal-Rausch-Verhältnis des Winkelausgangs, mit einem entsprechend schmalbandigen Filter, signifikant verbessern. Aus der Charakteristik des Winkelsignals resultieren jedoch bestimmte Anforderungen an dessen elektronische Verarbeitung. Das Zweifrequenzverfahren erwies sich hier als die wesentlich vorteilhaftere Technologie. Die Funktion des Messsystems konnte mit einem Experimentalinterferometeraufbau nachgewiesen werden. Die messtechnischen Resultate bestätigen die Ergebnisse der theoretischen Analyse und das Leistungspotential der neuen Anordnung.
Konzeption und Aufbau eines Achslastwägesystems mit integrierter Fahrzeugzuordnung. - 85 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Angesichts des hohen Termindrucks und der schnelllebigen Zeit, wächst bei den Kunden der Firma PAARI Waagen- und Anlagenbau der Wunsch nach Lösungen, die ein noch schnelleres Wiegen ermöglichen, als es ohnehin schon gewährleistet werden kann. Diese Entwicklung hat bei der Firma zur Überlegung geführt, ein Achslastwägesystem konzipieren zu lassen, welches das Wiegen ohne Anhalten für die Fahrzeuge ermöglicht. Dazu ist neben einer Software auf der Wägeelektronikseite, welche die Gewichte schnell berechnen kann, auch eine Fahrzeugzuordnung nötig. In der Arbeit wurden verschiedene Ansätze für die automatische Zuordnung diskutiert und eine geeignete ausgewählt. Der Stand der Technik im Bereich Weigh-In-Motion, zu dem Achslastwaagen zählen, wurde aufgenommen. Entstanden ist ein Prototyp bestehend aus einer Achslastwaage auf Wägezellenbasis, einem Schaltschrank mit Wägeterminal und Signalanlage sowie einem Softwarepaket. In das Softwarepaket ist ein Modul für die Wägeelektronik zur Gewichtsermittlung, ein übergeordnetes Leitsystem und die Schnittstellen zwischen diesen zu zählen. Zur Fahrzeugzuordnung wurden Funkfernbedienungen gewählt, mit denen die Anmeldung an der Waage erfolgt. Die Einstellungen für diese werden im Leitsystem vorgenommen. Der Prototyp wurde auf dem Betriebshof einer Biogasanlage aufgebaut und erfolgreich zahlreichen Tests unterzogen.
Konzeption zur drahtlosen Anbindung unterschiedlicher Bedien- und Anzeigeterminals an das SIOS-Interferometer-Auswertesystem. - 76 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Ziel dieser Diplomarbeit ist die funkgestützte Erweiterung einer Auswerteeinheit der Firma SIOS Meßtechnik GmbH. Hierfür wurden im Rahmen der Diplomarbeit unterschiedliche Möglichkeiten zur drahtlosen Kopplung recherchiert, bewertet und umgesetzt. - In den vergangenen Jahren hat die Bedeutung funkgestützter Kommunikationssysteme innerhalb der der Automatisierung stark zugenommen. Ausgehend von einer Vielzahl an bestehenden Funktechnologien und standards wurde hinsichtlich messtechnischer Zwecke eine Eingrenzung geeigneter drahtloser Funktechnologien durchgeführt. Dabei manifestierten sich die verbreiteten Standards Bluetooth und WLAN für eine drahtlose Umsetzung der bestehenden kabelgebundenen Geräteanbindung. Der hohe Verbreitungsgrad der beiden Funksysteme ermöglichte prinzipiell den Einsatz konventioneller PDA- und PC-Geräte. Die RS-232-Schnittstelle der Auswerteeinheit wurde mit Hilfe handelsüblicher Funkadapter erweitert. Über virtuelle COM-Port-Treiber gelang eine interoperable Realisierung der Funkschnittstelle. Die Erstellung von Datenerfassungsapplikationen erfolgte mit der Entwicklungsumgebung LabVIEW, welche um ein zusätzliches Softwaremodul zur Erstellung von PDA-Anwendungen erweitert wurde. Die Anwendungen wurden auf der PC-Plattform entwickelt und getestet. Anschließend erfolgte eine Portierung auf die PDA-Plattform. Somit konnte erfolgreich eine drahtlose Datenerfassung und Steuerung des interferenzoptischen Messsystems mit Hilfe der geschaffenen Programme für beide Geräteklassen geschaffen werden.