Masterarbeiten, Diplomarbeiten

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Zhao, Tongle;
Entwicklung einer pneumatischen Gewichtskraftkompensation. - Ilmenau. - 75 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

NPMM-200 ist eine hochauflösende Nanopositionier- und Nanomessmaschine, die am Institut für Prozessmess- und Sensortechnik der TU Ilmenau entwickelt wurde. Die Bewegung der Masse in vertikaler Richtung wird bei der NPMM-200 durch Tauchspulenaktoren ermöglicht. Da die Tauchspulenaktoren als Antrieb nicht nur die Masse bewegen, sondern auch eine Gewichtskraft überwinden müssen, wird wegen der hohen Bestromung der Spulen zusätzliche Verlustleistung und Erwärmung erzeugt. Um den Einfluss der Erwärmung zu verringern, muss eine Einheit zur Gewichtskraftkompensation (GKK) hinzugefügt werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird daher eine pneumatische Gewichtskraftkompensation entwickelt. Durch Recherche werden geeignete Pneumatikzylinder sowie geeignete Messgeräte und pneumatische Bauteile bestimmt. Nachdem der Prüfstand konstruiert und die entsprechenden Bauteile verarbeitet sind, werden sieben Versuche unter verschiedenen Aspekten mit jeweils drei Bedingungen durchgeführt und dabei die Kennlinien von Kraft, Druck und Temperatur aufgenommen. Die gesammelten Daten ergeben, dass der Balgzylinder, insbesondere der Zylinder Ave_300, durch ein Proportionalventil mit Kraftregelung grundsätzlich alle Anforderungen der Gewichtskraftkompensation erfüllen kann. Durch die weitere Optimierung der Struktur und Regelung sollte der Balgzylinder die Anforderungen der GKK völlig erfüllen und die vorliegende GKK ersetzen können.



Meier, Martin;
Integration zusätzlicher Rotationsachsen in die Nanomess- und Positioniermaschine NMM-1. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Durch moderne Fertigungstechnik ist es möglich die Funktionsoberflächen von optischen und mikrosystemtechnischen Bauteilen so zu gestalten, dass zahlreiche Funktionen gleichzeitig integriert werden können und damit Bauteile kleiner, leichter und leistungsfähiger sind als herkömmliche Komponenten. Diese Oberflächen sind nicht mehr mit Sphären oder Ellipsen beschreibbar und werden als Freiformflächen bezeichnet. Für die messtechnische Untersuchung dieser Oberflächen mit der Nanomess- und Positioniermaschine, die eine Unsicherheit im Nanometerbereich aufweist, müssen die derzeit vorhandenen translatorischen Achsen um zwei Rotationsachsen erweitert werden. Damit können das Messobjekt oder das Messsystem, beziehungsweise beide, so zu einander ausgerichtet werden, dass die Messrichtung immer senkrecht zur gerade beobachteten Oberfläche steht und somit Messabweichungen reduziert werden. In voran gegangenen Forschungsarbeiten sind kinematische Prinzipe entwickelt worden. Eines dieser Prinzipe, mit verteilten Rotationen, sieht eine Rotation des Messobjekts um die z-Achse und eine Rotation des Oberflächenmesssystems um die y-Achse vor. Für die erste Erprobung ist ein Aufbau konzipiert und konstruiert worden. Dieser Aufbau beschränkt sich zunächst auf die Rotation des Messobjekts um seine Hochachse. Um die erwarteten Messabweichungen des ausgewählte Rotationssystems beurteilen zu können, sind Voruntersuchungen durchgeführt worden. Diese haben die unvermeidlichen mechanischen Abweichungen durch Fertigungstoleranzen bezüglich des Rundlaufs und der Senkrechtstellung der Rotationsachse quantifiziert. Die interferometrische Rundlaufmessung hat Abweichungen im Bereich von 18 [my]m bis 127 [my]m gezeigt. Die Standardabweichung der Messwerte liegt je nach Drehrichtung zwischen 2 [my]m im Uhrzeigersinn und gegen diesen 12 [my]m. Die Wiederholbarkeit der Position ist ebenfalls abhängig von der Bewegungsrichtung, diese liegt bei 123 [my]rad (im Uhrzeigersinn) beziehungsweise 177 [my]rad (gegen den Uhrzeigersinn) und wurde auch interferometrisch bestimmt. Die Verkippung des Aktortisches ist mit Hilfe eines Autokollimationsfernrohrs erfasst worden. Thermische Untersuchungen haben gezeigt, dass durch den Aktor keine nennenswerte Erwärmung der Umgebung auftritt. Die Funktionsfähigkeit des Aufbaus auf der NMM-1 ist mit Oberflächenmessungen an einer Optik untersucht worden. Die Aufgabe war dabei den Krümmungsradius einer konvexen Linse zu bestimmen. Dies ist mit einzelnen Messungen entlang von Linien und einer Flächen-Messung erfolgt. Für die Auswertung der Messdaten sind Algorithmen für die Näherung von Kreisen und Kugeln genutzt worden um die Krümmung zu bestimmen.



Seydel, Florian;
Laserscanner zur simultanen Positionsbestimmung und Kartenerstellung mobiler Roboter. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Diese Arbeit befasst sich mit der Evaluation von Laserscannern im Kontext der Umfeldsensorik in der Robotik im Hinblick auf autonom fahrende Systeme. Der erste Teil befasst sich mit der Erweiterung eines vorhandenen Teststandes in den Räumen der Zentralforschung der Robert Bosch GmbH in Renningen. Hierfür wurden zum einen zusätzliche Messaufbauten und Messvorschriften erstellt und zum anderen teilautomatisierte Evaluationsverfahren für die Tiefengenauigkeit, die laterale Genauigkeit, die Winkelauflösung, die Abbildung großer Flächen in Hinsicht der Krümmung sowie das Interpolationsverhalten an teiltransparenten Flächen erarbeitet. Des Weiteren wurden mehrere Laserscanner vermessen und auf etwaige Korrekturmöglichkeiten untersucht. Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Ausarbeitung und Implementierung eines Korrekturmodells für entfernungsabhängige Tiefenfehler in ein vorhandenes SLAM-Framework.



Schopka, Tobias;
Numerische Berechnungen der fest-flüssig Phasenumwandlung von Fixpunktmaterialien mit verschiedenen Simulationsmethoden. - Ilmenau. - 67 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Computersimulationen gewinnen, nicht zuletzt aufgrund stetig wachsender Computerleistung, zunehmend an Bedeutung. Sie werden dann eingesetzt, wenn physische Modelle zu aufwendig sind. Die Simulation von Phasenumwandlungen ist insbesondere in der Messtechnik von Interesse, da sich mit diesen bei bestimmtem Druck gut reproduzierbare Temperaturplateaus erzeugen lassen. Diese Plateaus finden bei der Kalibrierung von Temperatursensoren Verwendung. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit verschiedenen numerischen Methoden zur Modellierung von Phasenumwandlungen. Hierfür wird eine Wasserfixpunktzelle mit einem industriellen Pt-1000-Widerstandsthermometer modelliert. Als Referenz dazu werden Messungen der Sprungantwort des Systems von Raumtemperatur auf 40 ˚C und Messungen des Erstarrungs- und Schmelzplateaus in einem Thermostat aufgenommen. Das verwendete Thermometer wird dazu im Thermostat mittels Vergleichsverfahren kalibriert; es folgt die Aufstellung eines Messunsicherheitsbudgets. Betrachtet werden RC-Modelle, die auf der elektrothermischen Analogie beruhen, die klassischen FEM-Modelle und die von letzteren ausgehenden, mittels Modellreduktion erstellten Modelle. Als Software kommt dabei ANSYS, LTSpice, MATLAB, und Simulink zum Einsatz. Es zeigt sich, dass die Sprungantworten des reduzierten und des FEM-Modells mit den gemessenen Sprungantworten gut übereinstimmen. Die RC-Modelle weisen deutlichere Abweichungen auf. Zwischen den Plateaulängen und den Plateauverläufen der Modelle und der Messung lassen sich, wenn bei den Modellen die Tabellenwerte für Wasser angenommen werden, auch Differenzen feststellen, die auf eine Verunreinigung des Wassers der Fixpunkzelle schließen lassen. Die favorisierte Modellierungsmethode, die Modellreduktion, wird anschließend an dem Anwendungsfall der Modellierung eines selbstkalibrierenden Temperaturfühler erprobt.



Li, Kuan;
Erarbeitung einer Mess- und Auswertestrategie zur Ermittlung von Messabweichungen des Fokussensors auf geneigten Oberflächen. - Ilmenau. - 55 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Die Nanopositionierung- und Nanomessmaschine (NPMM) ist eine hochauflösende Messmaschine, um die Geometrie und Oberflächenstruktur des Messobjekts zu messen. Für unterschiedliche Messaufgaben werden unterschiedliche Antastsysteme wie z. B. taktile Sensoren und optische Sensoren auf die NPMM montiert. In der vorherigen Arbeit und bei den Untersuchungen wurde erläutert, dass das Messsignal bei optischen Verfahren von der Neigung der zu messenden Oberfläche beeinflusst wird. Dieser Einfluss führt zu einer Messabweichung zwischen der taktilen Messung und der optischen Messung auf derselben Oberfläche. In der vorliegenden Arbeit wird diese durch Neigung verursachte Abweichung zwischen dem taktilen Verfahren und dem optischen Verfahren untersucht. Als Messobjekt wird ein Konkavspiegel ausgewählt. In den Messungen spielt die Position des Scheitelpunkts des Spiegels eine wichtige Rolle. Zuerst wird ein Messverfahren vorgestellt, um den Scheitelpunkt automatisch und präzis zu finden. Dann werden die Messungen auf unterschiedlichen Messlinien entsprechend der eingestellten Messstrategie automatisch realisiert. Dieselben Messungen werden zuerst mit optischen Verfahren und dann mit taktilen Verfahren durchgeführt und die Abweichung zwischen den Messwerten wird bestimmt. Um diese Abweichung auf die umfassende Oberfläche zu beschreiben wird eine Methode der Superposition vorgestellt. Damit kann die unbekannte Abweichung in einer beliebigen Messrichtung durch die bekannten Abweichungen in der x- und y-Richtung und zusätzlich der Drehwinkel ermittelt werden. Basierend auf dieser Methode der Superposition wird eine gute Übereinstimmung zwischen der berechneten Abweichung und der gemessen Abweichung angezeigt, wobei die Differenz im Bereich von ± 20 nm liegt. Zusätzlich wird die Methode der kleinsten Quadrate, eine andere Möglichkeit, um die Abweichung abzuschätzen, vorgestellt. Anschließend werden die Vor- und Nachteile der jeweiligen Methode für Berechnung der Abweichung beschrieben. Die Einfluss-faktoren während der Messungen werden auch diskutiert. Des Weiteren werden Vorschläge zur Verbesserung der Ergebnisse gemacht.



Messtechnische Analyse eines neuartigen Demonstrators und Aufbau eines automatisierten Teststands. - Ilmenau. - 108 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Im Rahmen dieser Arbeit erfolgt die messtechnische Analyse zweier optischer Sensoren, die auf der scannenden Weißlichtinterferometrie basieren. Die Besonderheit beider Sensoren liegt im verbauten Kamerachip, welcher die Aufnahme einer Topographie im Bruchteil einer Sekunde ermöglicht und somit bedeutend schneller als andere auf dem Markt verfügbaren und vergleichbaren Systeme ist. Einer der Sensoren wurde im Vorfeld neu entwickelt und miniaturisiert mit dem Ziel, ein Handmessgerät zu realisieren. Zur Charakterisierung beider Sensoren werden jeweils verschiedene Messungen zur Linearität des Sensors sowie zum Verhalten bei einer Messung mit geneigter Probe. Die Messungen werden dabei auf automatisierten Testständen realisiert, deren Aufbau und Funktionsweise beschrieben werden. Es konnten verschiedene Phänomene und Messfehler beobachtet werden, die die Genauigkeit der Sensoren reduzieren. Weiter war es möglich, Strukturen der untersuchten Proben zu detektieren. Auf Grund der Ausprägung, der Überlagerung und der Größenordnung der Messfehler ist es zum Zeitpunkt der Anfertigung dieser Arbeit jedoch nicht sinnvoll, Messungen unter praxisnahen Bedingungen zu realisieren. Die Systeme müssen weiter optimiert und angepasst werden, um die Messfehler zu korrigieren und die Messgenauigkeit zu verbessern.



Wu, Jiarui;
Entwicklung eines 2D-Lastwechslers zur Untersuchung dynamischer Wägezellen. - Ilmenau. - circa 61 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Die Aufgabe dieser Masterarbeit ist es, eine universelle Einrichtung für die Untersuchung dynamisch messender Wägezellen zu entwickeln, besonders Wägen für Flüssigkeitsgefüllte Behältnis. Die Einrichtung kann gemäß einer vorgegebenen Bahn bewegen, schnell greifen, transportieren und entladen. Eine Einstellung der Beschleunigung ist auch während des Transports möglich, um sicherzustellen, dass Flüssigkeitsschwingungen die Genauigkeit der dynamischen Waage nicht beeinträchtigen. Die geforderte Genauigkeit des Absetzen eines Prüfkörpers auf einer Waagschale beträgt hierbei ±0,5 mm. Obwohl die geforderte Genauigkeit prinzipiell erreicht wurde, besteht an einigen Stellen, wie dem Greifersystem, dem Regelungssystem und den pneumatischen Steuereinrichtungen, noch Verbesserungspotential.



Grötzsch, Michael;
Parameteridentikation und Automatisierung eines hydraulischen Entwicklungsprüfstandes. - Ilmenau. - 87 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Immer höher werdende Ansprüche an Effizienz, Ausfallsicherheit und Realisierungskosten elektrisch angetriebener Nebenaggregate im Automobilbereich führen dazu, dass vermehrt modellbasierte Algorithmen zur Ansteuerung der Aggregate entwickelt werden. Ein Anwendungsgebiet für bedarfsgesteuerte Nebenaggregate ist die druckgeregelte Hydraulikpumpe, womit die notwendigen Drücke unter anderem im automatisierten Schaltgetriebe erzeugt werden. Ein wesentliches Entwicklungsziel ist hierbei, die Sensoren zur Erfassung der Systemdrücke durch den Beobachter zu ersetzen oder zu ergänzen. Um die Entwicklung solcher modellbasierten Ansätze zu ermöglichen, ist in [Grö17] ein hydraulischer Laborprüfstand entwickelt worden. Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich, aufbauend auf den Ergebnissen von [Grö17], mit der Automatisierung des vorhanden Hydraulikprüfstandes. Damit sollen das bestehende Messsystem und die Aktorik echtzeitfähig abgetastet werden. Dafür wurden zunächst neue Konzepte abgeleitet und umgesetzt, die den mechanischen Aufbau bezüglich der Automatisierung des Prüfstandes betrafen. Des Weiteren wurde ein Temperierkonzept für das Prozessmedium entworfen, um zusätzliche Lastemulationen aus dem Automobilbereich nachzubilden. Anschließend erfolgte eine Konzeptentwicklung und die Umsetzung einer Prüfstandsoftware mit grafischer Bedienoberfläche, wodurch die Ansteuerung und Datenauswertung des Prüfstandes ermöglicht wird. Um den Prüfstand für die Entwicklung modellbasierter Algorithmen zu nutzen, soll dieser die Möglichkeit zur Parameteridentifikation bereitstellen. In Vorbereitung auf die Systemidentifikation wurde abschließend eine Inbetriebnahme des Prüfstandes durchgeführt.



Germanow, Philipp;
Messtechnische Untersuchungen der Kennlinienstabilität von Platin-Thermoelementen infolge unterschiedlicher Vorbehandlungsverfahren. - Ilmenau. - 126 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Innerhalb der anfänglichen Betriebszeit von Edelmetall-Thermoelementen der Typen S und R ist eine Drift der erzeugten Thermospannung, ausgelöst durch Veränderungen der mechanischen und thermoelektrischen Eigenschaften des Platin- und Platin/Rhodium-Thermomaterials, zu verzeichnen. Die anfängliche Drift der Sensoren stabilisiert sich in Abhängigkeit von der Einsatztemperatur erst nach mehreren Betriebsstunden. Daraus resultiert eine zu berücksichtigende Abweichung eines unbehandelten Sensors von einer vorangegangenen Kalibrierung. Um die Drift der erzeugten Thermospannung und die dabei ausgeprägte Inhomogenität der Thermoelemente zu verringern, werden thermische Vorbehandlungsprozesse angewendet. Der Schwerpunkt der Untersuchungen dieser Arbeit lag dabei auf der thermischen Vorbehandlung der Thermodrähte durch das sogenannte elektrische Glühen. Um die Stabilität der Thermoelemente durch das elektrische Glühen optimal einzustellen, wurden die veränderten thermoelektrischen Eigenschaften zu Beginn und über eine definierte Alterung hinweg untersucht. Dabei erfolgte die Variation der thermischen Vorbehandlung anhand der Betriebsparameter Drahttemperatur und Glühzeit. Zu Beginn der Untersuchungen wurde die vorhandene Anlage zur Vorbehandlung der Thermodrähte an die Versuche angepasst und die Temperatur des Drahtes während des Glühens mit Hilfe einer analytischen Rechnung und einer Strahlungstemperaturmessung erfasst. Anschließend erfolgte die Messung der Inhomogenität von Thermoelementen (im Ein-Gradienten- und Zwei-Gradienten-Verfahren). Dazu wurden zwei Messeinrichtungen zur Erfassung von Inhomogenitäten konzipiert, aufgebaut und vergleichend gegenübergestellt. Die Vermessung der Inhomogenität ermöglichte, in Kombination mit geeigneten Kalibrierungen und Alterungen der Sensoren, die Beschreibung der thermoelektrischen Eigenschaften des Thermomaterials. Anhand dieser wurden die Auswirkungen verschiedener Glühparameter auf die Genauigkeit und Inhomogenität der Thermoelemente untersucht. Dazu wurde eine Vielzahl von Sensoren einer repräsentativen Typ S Thermodrahtcharge, vorbehandelt im Temperaturbereich von 400 ˚C bis 1200 ˚C für 10 min bis 120 min, mit dem Anlieferungszustand verglichen. Durch die thermische Vorbehandlung konnte so eine deutliche Verbesserung der Homogenität und Kennlinienstabilität der untersuchten Thermoelemente Typ S erzielt werden.



Entwicklung und Aufbau eines transportablen Demonstrators einer offenen thermometrischen Fixpunktzelle. - Ilmenau. - 67 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Die Kalibrierung von Temperatursensoren basiert auf der derzeit gültigen Internationalen Temperaturskala aus dem Jahr 1990. Die Darstellung der Skala beruht auf sogenannten Fixpunkten, beginnend bei 0,65 K, denen ein Temperaturwert zugeordnet ist. Als Fixpunkte dienen reinste Materialien, die sich im thermodynamischen Gleichgewicht (Siede-, Schmelz-, Erstarrungs- oder Tripelpunkt) befinden. Um diese Temperaturfixpunkte zu realisieren bedient man sich der technischen Lösung der offenen oder geschlossenen Fixpunktzellen. Diese ermöglichen eine thermisch homogene und messtechnisch reproduzierbare Realisierung des entsprechenden, zeitlich begrenzten Vorgangs der Phasenumwandlung. Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Aufbaues, der das Prinzip einer offenen Fixpunktzelle demonstriert. Dazu werden zuerst die theoretischen Grundlagen dargelegt, sowie die Entwicklung des Experimentalaufbaus erläutert. Das Ergebnis stellt einen Aufbau dar, der optisch und messtechnisch mit dem Material RT44HC einen Phasenwechsel fest-flüssig zeigt. In einer abschließenden Messreihe wird für das verwendete Phasenwechselmaterial eine Fixpunkttemperatur von # = 43,433 ˚C ermittelt. Es zeigt sich, dass die für eine Fixpunktkalibrierung notwendigen Temperaturverläufe mit dem gewählten Material zumindest für die Erstarrung erreicht werden können und die optischen Eigenschaften ideal sind. In zukünftigen Forschungsarbeiten kann der realisierte Aufbau dazu dienen an anderen Materialien die Phasenumwandlung zu demonstrieren oder die Schmelztemperatur zu bestimmen.