Die Streifenprojektion hat sich in den letzten Jahren als Messverfahren zur schnellen und flächenhaften Erfassung von optisch rauen Oberflächen etabliert. Durch die gute Skalierbarkeit der Größe des Messvolumens ergeben sich Anwendungsmöglichkeiten in unterschiedlichen Bereichen und geometrischen Größenordnungen. Moderne Streifenprojektionsmesssysteme sind in der Lage mehrere Millionen Messpunkte in einer Messzeit von unter einer Sekunde erfassen. Hierdurch wird eine umfassende Datenbasis zur Charakterisierung der gemessenen Bauteiloberfläche generiert. Das Anwendungsspektrum der Streifenprojektionsmesstechnik reicht von der flächenhaften Erfassung umformend hergestellter Bauteile im industriellen Bereich, über die Dokumentation archäologischer Artefakte bis hin zur Charakterisierung von Wundheilungsverläufen.
Im Rahmen dieser Arbeit werden zunächst die technischen Grundlagen der Streifenprojektionsmesstechnik betrachtet, bevor beispielhaft verschiedene aktuelle wissenschaftliche Arbeiten auf diesem Gebiet vorgestellt werden. Diese befassen sich mit der Erforschung von Methoden zur Geometrieerfassung von Umformwerkzeugen bzw. umformend hergestellter Bauteile mittels verschiedener Varianten der Streifenprojektion. Zudem werden verschiedene Ansätze der virtuellen Streifenprojektion im Hinblick auf die Charakterisierung von Kalibrierverfahren, der Abschätzung der Messunsicherheit, der Messablaufplanung sowie der Erzeugung inverser Projektionsmuster behandelt.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Diese Arbeit beschreibt die Erforschung zweier Messeinrichtungen zur Inspektion von Riblet-strukturierten Oberflächen für die Überwachung deren Fertigungsprozesses. Die erste Messeinrichtung lässt sich in die Werkzeugmaschine integrieren, in der die Schleifscheiben für die Riblet-Fertigung abgerichtet werden. Die Messung der Oberflächentopographie der Riblet-Struktur erfolgt durch Lasertriangulation. Zur Vermeidung einer Beeinträchtigung der Messung durch das Kühlmittel, welches sich im gesamten Bearbeitungsraum der Werkzeugmaschine verteilt, erfolgte die Entwicklung eines neuen Messkonzeptes. Dabei wird die Schleifscheibe zur Messdurchführung in ein Kühlmittelbecken getaucht. Die Beleuchtung und Kameraaufnahme erfolgt ebenso durch das Kühlmittelbecken. Durch dieses Konzept ergeben sich, trotz Kühlmittel im Bearbeitungsraum, unbeeinflusste Messergebnisse. Außerdem ist ein neuer Auswertealgorithmus beschrieben, mit dessen Hilfe die Position der Laserlinie in den Kameraaufnahmen auch bei einem schlechten Signal/Rausch-Verhältnis zuverlässig bestimmbar ist. Der Algorithmus klassifiziert die Pixel in den Kameraaufnahmen in die Gruppen "Laserlinie" und "Streulichthintergrund". Zur Berechnung der Laserlinien-Position werden dann nur die Pixel einbezogen, die zur Laserlinie gehören. Für die Klassifizierung wurde außerdem eine Methode zur Verkürzung der Berechnungsdauer entwickelt. Diese Methode ermöglicht die Reduzierung von Iterationsdurchgängen durch Extrapolation des Klassifizierungsergebnisses. Im Rahmen der Entwicklung des Messsystems erfolgte auch eine detaillierte Untersuchung zur Messunsicherheit von mikroskopischer Lasertriangulation auf technischen Oberflächen. Die zweite Messeinrichtung eignet sich zur automatisierten Messung der Mikrostruktur auf Bauteilen mit hoher Oberflächenkrümmung. Die präzise Messung der Oberflächentopographie erfolgt dabei mittels konfokaler Mikroskopie. Außerdem enthält die Messeinrichtung ein, im Rahmen der Arbeit entwickeltes, Lichtmikroskop, dessen Arbeitsabstand bei konstanten Abbildungsmaßstab und Sichtfeld variierbar ist.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Das Schwerpunktprogramm "Aktive Mikrooptik\, gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, hat die technische und funktionelle Nachbildung des (menschlichen) Auges zum Ziel. Durch eine steuerbare Flüssiglinse wird beim vorliegenden Konzept Brennweitenvariation erzeugt. Die vorliegende Arbeit ist in dieses Schwerpunktprogramm eingebunden und befasst sich mit der Entwicklung und Untersuchung eines optisch
adaptiven Systems. Es basiert auf einem elektromagnetischen Mikrospulenantrieb, der ein magnetosensitives Ferrouid in einem Mikrouidikkanal bewegt. Diese steuerbare Bewegung ermöglicht die gewünschte Brennweitenänderung der Linse durch die Änderung des Krümmungsradius von der Flüssiglinse. Sowohl das optische Auflösungsvermögen als auch die Schärfentiefe in Abhängigkeit verschiedener Zustände bzw. Krümmungsradien der Linse wird bestimmt. Zudem wird sowohl die Linsenoberfläche in Abhängigkeit
der Geometrie der Austrittsöffnung als auch deren Einuss auf die Abbildungsqualität und die Aberration betrachtet.
Aktualisiert: 2019-10-17
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Verstärkt durch die Forderung nach hoher Mobilität und der damit zusammenhängenden
Nutzung von Verkehrsmitteln, nimmt die Schallbelastung heutzutage immer weiter
zu. Eine Möglichkeit, diese Dauerbelastung der Ohren zu reduzieren, bieten Kopfhörer
mit aktiver Schallreduktion (ANC). Zurzeit sind vor allem ohrumschlie ßende oder
-aufliegende Kopfhörer mit meist statischen und vereinzelt adaptiven ANC-Algorithmen
am Markt erhältlich.
Im Bereich der Audiowiedergabe bieten In-Ear-Kopfhörer häufig eine kostengünstige
Alternative zu diesen Muschelkopfhörern. Deswegen wird in dieser Arbeit, die in Kooperation
mit der Firma Sennheiser electronic entstand, ein Beitrag zur aktiven Schallreduktion
mit In-Ear-Kopfhörern geleistet. Dabei liegt der Fokus auf der Feedback-Regelung
(FB). Diese wird sowohl statisch als auch adaptiv nicht nur realisiert, sondern ihre Wirkung
auch durch Probandenmessungen validiert.
Probandenmessungen der Sekundärstrecke (Regelstrecke) zeigen jedoch ein entscheidendes
Problem bei den verwendeten In-Ear-Kopfhörern: ausgeprägte interpersonelle
Varianzen. Diese schränken die Übertragbarkeit von Messungen an Testköpfen auf den
Menschen ein. Das wiederum bedeutet, dass am Testkopf ausgelegte Regler zu instabilem
Regelkreisverhalten beim Menschen führen können.
Zur Lösung wird ein Verfahren vorgestellt, welches auf der Separierung dieses Problems
basiert. Dazu werden die Probandenmessungen der Sekundärstrecke mit Hilfe der Berechnung
des Cepstrums in ihren minimalphasigen Anteil und ihren Allpass zerlegt. Das
Allpassverhalten zeigt für die verwendeten Kopfhörer über alle Probandenmessungen nahezu
identische Verläufe. Darauf aufbauend können für dieses Allpassverhalten und für
ein gegebenes Störspektrum statische Regler durch Optimalregelung ermittelt werden.
Anschlie end wird durch die Verwendung eines inversen Modells der minimalphasige
Anteil im Mittel ausgeglichen und somit ein statischer Regler entworfen.
Angelehnt an dieses Verfahren wird ein volladaptiver Feedback-Regler für In-Ear-Kopfhörer vorgestellt, auf einer Echtzeitplattform umgesetzt und probandenbasiert validiert.
Dieser adaptive Regler basiert auf einer Online-Identifikation der Regelstrecke und einer
anschließenden Adaption mit Hilfe eines geschätzten Störsignals. Bei den Betrachtungen
steht die Recheneffizienz, die Beschränkung der Stellgrößen, die Konvergenz der Adaption
und die Stabilität des Regelkreises besonders im Fokus.
Abschließend zeigen probandenbasierte Untersuchungen, dass der statische und der
adaptive Regler für die getesteten realitätsnahen Störanregungen zu guten aktiven Dämpfungen
führen. Zur Bewertung der Ergebnisse werden neben den quantitativen Messungen
der Dämpfungen auch Bewertungsbögen von Probanden ausgefüllt.
Aktualisiert: 2019-10-17
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Untersuchungen an rotierenden Objekten auch während des Betriebs sind für ein Verständnis des Systemverhaltens unerlässlich. Dafür eignen sich berührungslose Messverfahren in Kombination mit einem optomechatronischen Bildderotator besonders auf Grund der zahlreichen Vorteile gegenüber klassischen Ansätzen. Die Qualität der Messergebnisse ist abhängig von einer exakten Eliminierung der Rotation des zu untersuchenden Objektes. Diese wird wiederum von verschiedenen Faktoren beeinflusst.
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Derotator basierend auf einem Spiegelsystem weiterentwickelt. Durch die Implementierung verschiedener Funktionen wird die Messgenauigkeit und die Flexibilität des Systems in Bezug auf sich ändernde Messbedingungen entscheidend gesteigert.
Auf Grundlage eines mathematischen Modells der optischen Abbildung wird diese mit einem industriellen Bildverarbeitungssystem messtechnisch erfasst und so die Möglichkeit geschaffen den Einfluss dejustierter Spiegel sowie einer fehlerhaften Lage des Derotators gegenüber einem Messobjekt durch berechenbare Parameter zu quantifizieren. Darauf aufbauend wird das Spiegelsystem konstruktiv angepasst und der Einfluss auf die optische Abbildung im Rahmen einer Justierung der Spiegel minimiert. Mit einem automatisierten Kalibrierungsalgorithmus und einer 6-Achsen-Parallelkinematik wird die Lage des Derotators gegenüber einem Messobjekt iterativ optimiert.
Der elektromechanische Antrieb des Derotators wird mit einem strukturierten rekurrenten neuronalen Netz identifiziert, wobei neben den linearen Parametern auch die nichtlineare Lagerreibung bestimmt wird. Nach einer Transformation der Regelstrecke in die nichtlineare Regelungsnormalform wird eine Zustandsrückführung implementiert. Im Rahmen von Versuchen wird die Überlegenheit gegenüber verschiedenen konventionellen Regelungen gezeigt. Mit Hilfe einer sättigenden weichen strukturvariablen Regelung wird die Regelgüte weiter verbessert, sodass der Derotator auch in transienten Betriebszuständen die Rotation eines Messobjektes eliminiert. Die Implementierung einer bildrückgeführten Regelung schafft die Möglichkeit auch Messobjekte ohne Drehzahlsensor zu untersuchen.
Zum Abschluss werden die charakteristischen Eigenformen eines Schaufelrades und einer Blisk mit einem Laser-Doppler-Vibrometer gemessen. Die hervorragenden Ergebnisse demonstrieren das Einsatzpotenzial des Gesamtsystems für die Untersuchung rotierender Objekte mit optischen Messverfahren.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Ein neu entwickeltes, flexibles und kostengünstiges Messsystem zur Prozessüberwachung erfasst die Umformkraft ortsaufgelöst und kann im Krafthauptfluss integriert und auf nahezu alle Stufenpressen angepasst werden. Das Messprinzip auf Basis von Dehnmessstreifen (DMS), als auch die Messung mit Hilfe von piezoelektrischen Materialien sind geeignet. Auf Basis dieser beiden Prinzipien wurden zwei unterschiedliche Messketten entwickelt, gebaut und hinsichtlich der auftretenden Messfehler und der Langzeitstabilität erprobt.
Die DMS-Version wurde in einem zehnwöchigen Versuchsprogramm unter industriellen Bedingungen für den Praxiseinsatz getestet.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Bei der Herstellung von Antriebsstrangkomponenten der Automobilindustrie durch die an der
Leibniz Universität Hannover erforschten „Prozesskette zur Herstellung präzisionsgeschmiedeter
Hochleistungsbauteile“ ist aufgrund von Geometrieabweichungen und Materialaufmaßschwankungen
eine Positions- und Lagekorrektur vor der Endbearbeitung erforderlich.
Die vorliegende Arbeit präsentiert sowohl Inline-Messsysteme, die innerhalb des Prozessschritts
der „Aufmaßorientierten Feinpositionierung“ die Geometrieelemente des zu bearbeitenden
Bauteils erfassen als auch Auswertestrategien, die auf Basis der geometrischen Daten
die Lage- und Positionskorrektur in vier Freiheitsgraden berechnen.
Für das Bauteil Ritzelwelle wird ein optisch arbeitendes Inline-Messsystem aufgebaut, welches
innerhalb einer konventionellen Drehmaschine sowohl die Verzahnung als auch den Lagersitz
profillinienhaft erfasst. Die entwickelte Algorithmik errechnet einen Korrekturvektor
in vier Freiheitsgraden, sodass nach dessen Umsetzung die Bearbeitung des Bauteils in einer
bestmöglichen Position und Lage durchgeführt werden kann.
Für die Geometrieerfassung des Bauteils Kurbelwelle wird ebenfalls ein Inline-Messsystem
auf Basis optischer Messtechnik entwickelt. Die Analyse der profillinienhaften Messdaten aller
Geometrieelemente erfolgt mit volumetrischen Auswertestrategien. Auf deren Grundlage
wird sowohl eine Approximation der statischen Unwucht als auch eine Positions- und Lagekorrektur
in vier Freiheitsgraden für eine unwuchtminimierende Bearbeitung ermittelt.
Aktualisiert: 2019-10-17
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Die mit einem Messsystem erreichbare Messunsicherheit muss um ein Vielfaches geringer sein als die vom Konstrukteur geforderten Bauteiltoleranzen, um die funktionsrelevanten Geometriemerkmale erfolgreich prüfen zu können. Die Messunsicherheit hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab, wie beispielsweise der Erfahrung des Bedieners oder der Bauteilausrichtung des Werkstücks im Messvolumen. Die Analyse erfolgt in der Regel durch umfangreiche Untersuchungen an einem Referenzbauteil bzw. Normal und bringt sowohl einen hohen Zeit- und Kostenaufwand mit sich. Für die Angabe der Messunsicherheit bietet sich sowohl die Methode A als auch die Methode B nach GUM (Guide to the expression of Uncertainty inMeasurement) an, wobei Methode A einen statistischen Ansatz und Methode B eine wissenschaftliche Beurteilung auf Basis eines mathematischen Modells des Messprozeses darstellt.
Um vor der eigentlichen Messung die Eignung der Messsysteme für die vorliegende Prüfaufgabe zu untersuchen, bietet sich der Einsatz virtueller Messtechnik für die Abschätzung der erreichbaren Messunsicherheit an. Virtuelle Messsysteme stellen eine numerische Simulation des Messvorgangs dar und bilden die physikalischen Vorgänge durch mathematische Modelle ab. In dieser Arbeit wird ein virtuelles Multisensor-Assistenzsystem auf Basis eines Schattenprojektionssystems und eines Streifenprojektionssystems entwickelt und für die Messunsicherheitsanalyse und die Messbarkeitsprüfung anhand von CAD-Modellen eingesetzt. Neben der mathematischen Beschreibung der Modelle werden auch Kalibrierverfahren zur Identifikation aller relevanten Systemparameter ausgearbeitet. Anschließend erfolgt auf Basis der mathematisch/physikalisch motivierten Modelle der Messsysteme die Entwicklung von Methoden zur Charakterisierung von Unsicherheiten sowie zur Prüfung der Messbarkeit von funktionsrelevanten Merkmalen.
Aktualisiert: 2019-10-17
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In dieser Arbeit wird ein Bildderotator, ein berührungsloses optisches Messsystem, zur Analyse
der Dynamik rotierender Bauteile entwickelt und erprobt. Durch die optische Eliminierung
der Drehbewegung eines rotierenden Objekts ermöglicht dieses Messsystem die Untersuchung
der Bewegungen und des Schwingungsverhaltens des Objekts im quasi Stillstand.
Hauptbestandteile dieser Arbeit sind die Entwicklung, der Aufbau, und die Inbetriebnahme
des Derotator-Messsystems. Darüber hinaus werden die Entwicklung der hierfür nötigen
Bildverarbeitungsalgorithmen und eines mathematischen Modells des Systems für die automatisierte
Justage dargestellt. Beispielhaft und erstmalig wird das Messsystem in experimentellen
Untersuchungen zur Analyse des Schlupfs der Wälzkörper eines Wälzlagers eingesetzt.
Zudem erfolgen thermographische Messungen, um die Eignung des Systems zur Temperaturmessung
darzustellen. In den Untersuchungen wird der Einfluss verschiedener Betriebsparameter
auf den Schlupf ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, dass die radiale Lagerkraft und die
Drehzahl einen deutlichen Einfluss auf das Schlupfverhalten der Wälzkörper haben. Es tritt
generell bei allen Betriebsparametern Schlupf auf. Er kann in seiner Ausprägung jedoch durch
die Lagerkraft und die Drehzahl erheblich beeinflusst werden. Die thermographischen Untersuchungen
zeigen, dass das vorgestellte Derotator-Messsystem sehr gut zur Ermittlung der
stationären Temperaturverhältnisse im Lager unter realen Betriebsbedingungen möglich ist.
Aktualisiert: 2019-10-17
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Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung der Rasterelektronenmikroskopie zur Nutzung für dreidimensionale Oberflächenrekonstruktionen.
Dabei wird detailliert auf Möglichkeiten zur Neugestaltung des Detektorsystems
eingegangen, um den Wirkungsgrad und den rekonstruierbaren Flankenwinkel
von Messobjekten deutlich zu steigern.
Nach einer kurzen Einführung in die Funktionsprinzipien der Rasterelektronenmikroskopie
werden mögliche 3D-Rekonstruktionsmethoden unter Verwendung
dieser Technik beschrieben. Da die verbesserte photometrische Methode
das größte Potential bietet, soll sie in dieser Arbeit analysiert und infolgedessen
weiterentwickelt werden. Dem herausgestellten Optimierungspotential
wird sowohl mit Anpassungen der Methodik als auch mit Modifikationen am
verwendeten System begegnet. Dazu zählen unter anderem ein optimales Beschichtungsverfahren, eine 2D-Kalibrierstrategie, die Erweiterung des Systems
auf vier Sekundärelektronendetektoren, die Einführung einer Signalkombination,
die Abschirmung des Linsensystems und die Installation eines angepassten
Kollektorgitters. Die bestmögliche Geometrie des Gitters in Bezug auf den Wirkungsgrad und die Feldverteilung sowie die bestmöglichen Betriebsparameter
aller Anbauten werden mit einer detaillierten FEM-Simulation bestimmt. Des
Weiteren wird - nicht zuletzt für den Anwendungsfall als signaloptimierendes
Element - in der REM-Probenkammer eine elektronenabsorbierende Oberflächenstrukturierung mit Hilfe von weiteren Simulationen und Versuchsreihen
entwickelt.
Zur Demonstration der Fähigkeiten des modifizierten Systems werden im Abschluss
der Arbeit Kugelnormale und biologische Messobjekte rekonstruiert.
Durch eine Steigerung des maximal rekonstruierbaren Flankenwinkels im Gegensatz zu früheren Umsetzungen zeigt sich, dass die Modifikationen die gewünschten Effekte erzielen.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Die in jeder Stufe des Werkzeuges eingebauten segmentierten Kraftsensoren sind nicht nur in der Lage, die absolute Gesamtumformkraft zu messen, sondern ermöglichen auch eine örtliche Auflösung der Umformkraft.
Die zugehörige Messsoftware wertet alle Sensoren aus hinsichtlich Einbau- und Produktionsfehlern bzw. Änderungen der Produktionsbedingungen auf das Werkstück, die gemessenen Kraft-Winkel-Verläufe und Kraftverteilungen des Messrings. Besonders bei Exzentrizität zwischen Stempel und Matrize als auch beim fehlerhaften Platinenausschnitt zeigt sich das Potential dieses Messsystems gegenüber konventionell eingesetzten Kraftmesssystemen.
Dieses System ist nicht allein im Werkzeugbau, sondern auch für andere Werkzeugmaschinenhersteller über die Umformtechnik hinaus von Nutzen.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Durch ihr innovatives und smartes Äußeres lassen Hologramme auf eine fortschrittliche Vorgehensweise bei der Entwicklung und Herstellung sowie entsprechende Qualität und positive Eigenschaften des betrachteten Artikels schließen. Des Weiteren bieten Hologramme eine Möglichkeit zum Schutz vor Produktpiraterie.
Hologramme nicht wie bisher in Kunststofffolien zu prägen, die dann per Klebeverbindung auf dem Zielprodukt appliziert werden, sondern direkt in die Oberfläche von Produkten aus Blechwerkstoffen zu prägen und diese so unzertrennlich in das Produkt zu integrieren, bedeutet einen technischen Fortschritt.
Eine besondere Technologie integriert aus Nickel und Kobalt galvanisch hergestellte holografische Prägeshims als Werkzeugelemente und ermöglicht das direkte Prägen von Hologrammen.
Experimentelle Versuche zeigen, dass sich Hologramme in die Nichteisenmetalle Aluminium, Kupfer sowie eine Legierung aus Aluminium- Magnesium in guter Qualität prägen lassen.
In die Oberfläche von Stahlwerkstoffen lassen sich Prägehologramme mittels der hier untersuchten Stempelwerkstoffe nur eingeschränkt prägen.
Unter bestimmten Blickwinkeln sind die Motive dennoch zu erkennen, so dass eine Verwendung der Hologramme als Sicherheitsmerkmal vorstellbar ist.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Wahrnehmungsbasierte Benutzerschnittstellen integrieren natürliche Ausdrucksformen, wie z.B. Handgesten, die durch 3D-Bildverarbeitung kontaktlos detektiert werden können. Diese gewinnen in der OP-Umgebung, besonders durch Einhaltung der Asepsis, gegenüber herkömmlichen Benutzerschnittstellen (Fernbedienung, Tablet) an Bedeutung. Kann dadurch eine sichere und effiziente Interaktion erfolgen, nimmt dies positiven Einfluss auf die Qualität der Patientenversorgung.
Es wird zunächst eine Analyse bestehender Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) in Bezug auf die OP-Geräte, den OP-Tisch und die OP- Leuchte durchgeführt. Diese beschreibt im Besonderen die Einflüsse multimodaler Interaktionsformen vor dem Hintergrund kognitiver Ressourcenmodelle des Menschen. Die 3D-Bildverarbeitung wird auf Grundlage von Tiefenbilddaten durchgeführt, die durch die Structured Light und Time-of-Flight- (TOF) Technologie gewonnen werden.
Die Benutzerschnittstellen werden durch ein Interaktionskonzept, welches sich in einen Autorisierungsprozess und zwei Objektinteraktionskonzepte gliedert, erzeugt. In ersterem wird die örtliche Beschreibung der Interaktionspartner ermöglicht. In einem infrastrukturellen Messaufbau mit vier Sensoren, wird dazu die Objekt- und Personendetektion in 3D-Punktwolken durch Einsatz z.B. des ICP und SAC-IA Algorithmus realisiert. Es wird ebenfalls ein Personenklassifikator auf Grundlage biometrischer Merkmale erstellt. Die Objektinteraktionskonzepte sind durch eine direkte und kontaktlose Steuerung ohne grafische Nutzeroberfläche charakterisiert. Durch jeweils einen Tiefensensor und eine modellbasierte Bewegungserkennung, können Gesten erkannt und Gerätefunktionen zugeordnet werden.
In Benutzertests kann gezeigt werden, dass die Interaktionssicherheit durch den Autorisierungsprozess deutlich gesteigert und damit ein häufiges Integrationsproblem gelöst werden kann. Ebenfalls erfolgt die kontaktlose Interaktion mit den vorgestellten Schnittstellen (OP-Tisch, OP-Leuchte) effizienter und mit einer höheren Zufriedenstellung gegenüber herkömmlichen Steuerungen. Das vorgestellte MMI-Konzept zeigt darüber hinaus, durch geringe Kosten und modularen Aufbau, ein hohes Integrationspotential in bestehende OP-Umgebungen.
Aktualisiert: 2019-11-07
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In der Leiterplattenfertigung steigen die Anforderungen an die Verfahren der Qualitätssicherung durch die fortschreitende Miniaturisierung der elektronischen Bauteile. Um bessere Inspektionsergebnisse zu erhalten, wird daher eine 3D-Inspektion der Werkstücke angestrebt.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer streifenprojektionsbasierten Prüfung von bestückten Leiterplatten. Nach einer kurzen Einführung in die Methoden der Qualitätssicherung in der Elektronikfertigung werden die benötigten messtechnischen und mathematischen Grundlagen für diese Entwicklung aufgeführt. Die zur Prüfung verwendete Messeinrichtung ist eine Multi-Sensor-Einheit für die automatische, optische Inspektion, die aus mehreren Kameras und einem Projektor besteht. Neben den benötigten Modellen zur Beschreibung der optischen Abbildung der Komponenten - Kamera und Projektor, wird zudem eine geeignete Kalibrierstrategie für die Multi-Sensor-Einheit präsentiert.
Im Anschluss daran werden drei streifenprojektionsbasierte Messverfahren vorgestellt. Der Messablauf der bekannten Verfahren der klassischen und inversen Streifenprojektion wird ebenso betrachtet wie der Ablauf der quasi-inversen Streifenprojektion, die im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wurde. Hierbei ist die quasi-inverse Methode eine Kombination der zuvor genannten Verfahren. Es wird sowohl die Berechnung der Oberflächengeometrie des Werkstücks als auch die schnelle und flächenhafte Prüfung mittels eines Soll-Ist-Vergleichs umgesetzt.
Die abschließend aufgeführten Messergebnisse zeigen, dass die Detektion von Fehlerarten wie umgedrehte oder verkippte Bauteile auf Basis der erzeugten Messdaten in der Leiterplattenprüfung möglich ist, und verdeutlichen das Potential, welches sich durch den Einsatz der 3D- Inspektion ergibt. Die Messergebnisse werden durch die Angabe der in Wiederholmessungen ermittelten Absolut- und Wiederholgenauigkeit ergänzt.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Die Entwicklungen der Kommunikation, Medizin und Elektronik fordern neue Technologien in der Mikrobearbeitung und Mikromontage, die genau, robust und flexibel sind. Eine Alternative zu den bereits existierenden Bearbeitungszentren bietet das sogenannte Mikro-Makro-Kinematik Konzept. Ähnlich wie ein Uhrmacher seine Arme zur Manipulation von Gegenständen, wie Werkzeugen oder Uhren, und seine Hände zur eigentlichen Operation mit den Uhren, wie Fertigung und Montage derer Bauteile, benutzt, verwendet das Mikro-Makro-Kinematik Konzept einen Roboterarm zur Makropositionierung und eine auf Piezoaktorik basierende Positioniereinheit zur Mikropositionierung. Zum Vorteil dieses Konzepts gehört hohe Flexibilität des Gesamtsystems, da es die Freiheitsgrade und den Arbeitsraum eines Roboters besitzt und somit komplexe Mikrostrukturen (zum Beispiel Strukturen auf zwei gegenüberstehenden Seiten eines Bauteils) bearbeiten kann. Dazu kann die Positionierung in einem großen Arbeitsraum mit Hilfe eines Roboters ohne einen großen Regelungsaufwand erfolgen. Dabei besitzt die Mikropositioniereinheit einen viel kleineren Bewegungsbereich, welcher jedoch größer als die maximale Positionsabweichung des Roboters ist. Die Aufgabe der Mikropositioniereinheit ist es, die Positionsabweichung des Roboters während der Mikrobearbeitung oder Mikromontage zur korrigieren. Für diese Aufgabe sind Piezoaktuatoren dank ihrer niedrigen Einschwingzeit und hohen Positioniergenauigkeit am besten geeignet. Die Analogie mit den Uhrmachern kann mit der Beschreibung des Messsystems zur Erfassung der Roboterposition fortgesetzt werden. Die Uhrmacher benutzen Mikroskope und Okulare um eigene Bewegungen besser verfolgen zu können, sowie in dieser Arbeit ein zweikamerabasiertes Messsystem eingesetzt wird. Beide Kameras verfolgen eine auf dem Roboterendeffektor befestigte 3D-Marke mit einer Bildfrequenz von bis zu 120 Bilder pro Sekunde, was die Bestimmung der Positionsabweichung des Endeffektors und deren Korrektur mit Hilfe der Mikropositioniereinheit mit nahezu Echtzeit ermöglicht. In Rahmen dieser Arbeit wird die Entwicklung eines auf Mikro-Makro- Kinematik basierenden Systems zur Mikrobearbeitung beschrieben. Die Schwerpunkte dieser Arbeit sind die Entwicklung eines zweikamerabasierten Messsystems zur Bestimmung der Position des Roboterendeffektors, die Inbetriebnahme eines Präzisionsroboters, die Untersuchung der Regelung beider Makro- und Mikropositioniersysteme, und anschließend die Entwicklung der gekoppelten Regelung des Roboters und des Piezotisches. Neben den eben genannten Schwerpunkten ist die Entwicklung eines Werkzeugsatzes erforderlich. Am Ende der Arbeit werden die experimentellen Untersuchungen mit der Mikrobearbeitung beschrieben, wodurch das Gesamtsystem evaluiert und die möglichen Verbesserungen vorgeschlagen werden.
Aktualisiert: 2019-10-17
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