Dichtmassen werden heutzutage mit unterschiedlichen Funktionen in verschiedensten Industriezweigen eingesetzt. Die Auswahl und deren Nutzen sind dabei stark von der jeweiligen Anwendung abhängig. Die Ziele liegen häufig in der Abdichtung von Fugen oder Spalten, der Verbindung von Bauteilen oder der Isolation. Der Aushärtefortschritt bestimmt maßgeblich die mechanischen Eigenschaften sowie den Schrumpf, der sich wiederum z. B. auf den Strömungswiderstand des Spaltes auswirkt. Um eine ausreichende Aushärtung und damit die geforderte Funktionsfähigkeit des Bauteils zu gewährleisten, werden häufig Ressourcen wie Arbeitszeit und Produktionsflächen vorsichtshalber unnötig lange gebunden oder es findet eine zerstörende Prüfung an Prozessbegleitproben statt.
In diesem Forschungsprojekt haben sich die berührungslosen und inlinefähigen Messtechniken Luftultraschall und Terahertz als geeignet für die zerstörungsfreie Messung des Aushärtefortschritts applizierter Dichtmassen erwiesen. Weiterhin wurde das prozessintegrierbare Streifenprojektionsverfahren zur Bestimmung des Schrumpfes eingesetzt. Im Zuge der Untersuchungen wurden insbesondere industrierelevante Einflussfaktoren wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit sowie Handhabungseinflüsse der Messtechnik näher betrachtet.
Interessierte Unternehmen sind aufgerufen, sich am SKZ, das je nach Umfang kostenlose Messungen an unternehmensspezifischen Dichtmassen anbietet, zu melden. Aufbauend auf den Erkenntnissen aus dem Forschungsprojekt ist in Kooperation mit dem Fraunhofer IFAM ein Folgeprojekt geplant, um ein Aushärtemodell unter Berücksichtigung relevanter Einflussfaktoren zu entwickeln und dadurch den Weg für die industrielle Umsetzung weiter zu ebnen.
Aktualisiert: 2022-01-27
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Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Validierung von Kompensationsverfahren für den Lichtablenkungseffekt bei der optischen Triangulationsmessung der Geometrie schmiedewarmer Bauteile durch Streifenprojektion. Die Lichtablenkung hat einen bislang nicht quantifizierbaren Einfluss auf das Messergebnis und verfälscht dieses. Induziert wird die Ablenkung durch das inhomogene Brechungsindexfeld, welches durch die Erwärmung der Umgebungsluft durch das warme Bauteil ausgelöst wird. Eine Messung mit Kompensierung des Lichtablenkungseffekts eröffnet neue Möglichkeiten zur Inline-Messung und Bewertung der Geometrie von Schmiedeteilen, da nicht mehr auf die Abkühlung der Bauteile gewartet werden muss. Eine solche Messung ermöglicht zudem eine Verbesserung der Auslegung von Schmiedeprozessen, da die Geometrie des warmen Bauteils ein besseres Abbild der Werkzeugkontur darstellt als die Geometrie des erkalteten Werkstücks.
Aktualisiert: 2021-07-07
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Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Validierung von Kompensationsverfahren für den Lichtablenkungseffekt bei der optischen Triangulationsmessung der Geometrie schmiedewarmer Bauteile durch Streifenprojektion. Die Lichtablenkung hat einen bislang nicht quantifizierbaren Einfluss auf das Messergebnis und verfälscht dieses. Induziert wird die Ablenkung durch das inhomogene Brechungsindexfeld, welches durch die Erwärmung der Umgebungsluft durch das warme Bauteil ausgelöst wird. Eine Messung mit Kompensierung des Lichtablenkungseffekts eröffnet neue Möglichkeiten zur Inline-Messung und Bewertung der Geometrie von Schmiedeteilen, da nicht mehr auf die Abkühlung der Bauteile gewartet werden muss. Eine solche Messung ermöglicht zudem eine Verbesserung der Auslegung von Schmiedeprozessen, da die Geometrie des warmen Bauteils ein besseres Abbild der Werkzeugkontur darstellt als die Geometrie des erkalteten Werkstücks.
Aktualisiert: 2021-09-02
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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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In der vorliegenden Arbeit wird ein neues, physikalisch basiertes Geometriemodell des Streifen projektionsverfahrens zur Umrechnung von Phasenmeßdaten in 3D-Koordinaten entwickelt. Es beschreibt flexible Meßanordnungen mit den wesentlichen Aufbaugrößen, wobei reale Eigenschaften
optischer Abbildungssysteme berücksichtigt werden. Der geometrische Zusanm1enhang zwischen Kamera und Projektor wird auf einfache Abhängigkeiten reduziert. Dadurch ist das Modell kompakt und in der Anwendung effektiv bei weitgehender Wahrung von Allgemeingültigkeit. Zur einheitlichen Beschreibung des Meßprinzips optischer Koordinatenmeßverfahren wird das Konzept der Meßsensitivität eingefülut und eine allgemeine Grundgleichung abgeleitet. Damit können unterschiedliche Meßanordnungen durch Gleichungssysteme einheitlicher Grundstruktur modelliert werden.
Für die praktische Anwendung des Geometriemodelles müssen die Modellparameter zuverlässig bestimmt werden. Dafür wird ein neues, modellbasiertes Kalibrierverfahren entwickelt, das die Modellparameter mit ausreichender Genauigkeit identifiziert. Aufgrund der Modellstruktur verringert sich die Anzahl der zu bestinu11enden Aufbaugrößen wesentlich und die Identifikationsaufgabe läßt sich auf einfach zu lösende lineare Probleme zurückfuhren. Durch Anwendung des neuen Geometriemodells und Kalibrierverfahrens wird ein reproduzierbar genaues und gleichzeitig mit vertretbarem Aufwand praktikables Fomuneßverfahren für komplex-strukturierte Objekte realisiert. Das Meßverfahren garantiert eine obere Grenze systematischer Koordinatemneßabweichungen, die unter dem durch die Phasemnessung gegebenen Rauschniveau liegt. Die durch das Auswerteverfahren gegebene Flexibilität bzgl. der Meßkomponenten ermöglicht eine optimale Anpassung der Meßanordnung an die Gegebenl1eiten des Meßobjektes.
Aktualisiert: 2020-11-19
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Die Inspektion von Werkstücken auf Formabweichungen und Defekte ist ein Bereich der Messtechnik, der sich auf Grund hoher Stückzahlen und des dadurch erreichbaren Einsparpotentials für die Automatisierung anbietet. Eine Vielzahl von industriellen Produkten wie beispielsweise Karosserieteile, Wasserarmaturen, oder optische Bauteile weist spiegelnde Eigenschaften auf. Die automatisierte Untersuchung dieser Oberflächen mittels optischer Messmethoden erfordert spezielle Herangehensweisen. Im Gegensatz zur Untersuchung matter Oberflächen kann beispielsweise weder eine direkte Auswertung von Grauwertbildern noch einfache Triangulation verwendet werden. Um eine dreidimensionale Vermessung spiegelnder Oberflächen zu ermöglichen, werden in dieser Arbeit unterschiedliche bestehende und neu entwickelte Verfahren beschrieben. Hierzu wird der physikalische Zusammenhang bei spiegelnder Reflexion erläutert, sowie die prinzipiellen Voraussetzungen an einen Messaufbau erläutert. Bei dem gewählten Messverfahren Deflektometrie wird gezielt die spiegelnde Reflexion eines bekannten Musters am zu untersuchenden Objekt ausgewertet. Mit Hilfe eines Datenprojektors wird eine Folge von Streifenmustern auf einer Projektionsfläche dargestellt. Die Reflexion dieser Muster am zu untersuchenden Objekt wird mit einer digitalen Kamera beobachtet und auf einem Computer zur weiteren Verarbeitung eingelesen. Mittels Phasenverschiebung der projizierten periodischen Muster ist die Bestimmung des Strahlengangs für alle das Muster erfassende Kamerapixel gleichzeitig möglich. Das Prinzip eines selbst entwickelten Messaufbaus wird erläutert und ein speziell entworfenes Kalibrierverfahren beschrieben sowie auf seine Genauigkeit überprüft. Es zeigt sich, dass aus den direkt gemessenen deflektometrischen Daten keine eindeutige Rekonstruktion möglich ist. Verschiedene Ansätze, die eine Rekonstruktion unter Verwendung von Zusatzwissen oder der Verknüpfung mehrerer Messungen ermöglichen, werden hergeleitet und erläutert. Hierzu wird unter anderem der Polarisationsgrad des reflektierten Lichts ausgewertet. Der Zusammenhang zwischen benachbarten Messpunkten wird mittels Markov-Zufallsfeldern modelliert. Eindeutige Merkmale auf einer spiegelnden Oberfläche lassen sich durch stereoskopische Auswertung lokaler Krümmungsmerkmale bestimmen. Diese sind für die Realisierung eines Regionenwachstumverfahrens notwendig. Letztlich werden die mit dem entwickelten Messaufbau und den implementierten Algorithmen realisierten dreidimensionalen Rekonstruktionsergebnisse diskutiert. Unter Verwendung von Optimierungsverfahren konnten diese Daten weiter verbessert werden. Die Eignung verschiedener numerischer Methoden wie etwa Iterated Conditional Modes oder Gauß-Seidel-Relaxation wurde untersucht und an Hand der erzielten Verbesserung bewertet.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Optische 3D-Formerfassungssysteme werden zum gegenwärtigen Zeitpunkt kaum zur Inline-Kontrolle metallischer Strukturen eingesetzt. Dies ist zum einen in der schlechten Messbarkeit spiegelnder Oberflächen begründet, die eine Weißung der Oberflächen vor der Vermessung erforderlich macht. Zum anderen ist die Bewertung großer Punktwolken eine sehr rechenzeitintensive Aufgabe.
Um diese Defizite zu überwinden, werden in dieser Arbeit Verfahren entwickelt, die eine Vermessung durch Musterprojektion auch bei unkooperativen Oberflächen ermöglichen. Zu diesem Zweck werden verschiedene kombinierbare Strategien vorgestellt und an hierfür konzipierten Versuchsständen für unterschiedliche Messvolumina erforscht. Dabei wird das projizierte Muster in seiner Helligkeit global und lokal an die zu vermessende Oberfläche angepasst. Weitere Strategien zielen auf eine direkte Entstörung der Streifenprojektion durch Mittel der Datenverarbeitung. Dabei wurde erstmals das Verfahren der zyklischen Redundanzprüfung auf die Streifenprojektion angewendet. Das Verfahren ermöglicht eine erhebliche Verbesserung der Datenqualität der gemessenen Punktwolken und macht eine Weißung in vielen Fällen unnötig.
Die Entwicklung im Bereich der Computersysteme hat sich von der reinen Steigerung der Taktfrequenzen hin zu Prozessoren mit immer mehr Kernen verlagert. Daher werden die zur Bewertung der geometrischen Eigenschaften der Oberfläche nötigen Algorithmen untersucht und Multiprozessorvarianten entwickelt. Diese werden hinsichtlich ihrer Skalierbarkeit für die Nutzung auf künftigen Multiprozessorcomputern untersucht.
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 die Entwicklung eines modifizierten Streifenprojektions-verfahrens, dem Zeilenkameraschnitt, präsentiert. Das Messsystem wurde für die industrielle Vermessung großer (>3,2 m²), komplex geformter Karosseriebauteile entwickelt und kann großflächige und kleine Abweichungen von der Sollgeometrie mit einer Höhe von 90 m mit einem Durchmesser von 1 mm detektieren. Es wurde ein vereinfachtes physikalisches Modell auf Basis der Strahlensimualtion und den grafischen Transformationen entwickelt. Mithilfe dieses Modells kann das Messsystem und seine Eigenschaften abhängig von der jeweiligen Justierung untersucht werden. In einer weiterführenden Simulation wurde die Extraktion der Höhendaten mit der angewandten Auswertemethode, die Fourierprofilometrie, an CAD-Bauteilen untersucht und getestet. Komplementär dazu wurden Algorithmen und Programme entwickelt, mit denen das System in der Lage ist, komplexe Bauteile in kurzer Zeit zu vermessen. Weiterhin werden experimentelle Ergebnisse aus dem Labormesssystem und der Simulation vorgestellt.
Aktualisiert: 2019-10-17
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In der Dissertation wird ein neuartiges Konzept der 3D-Koordinatenmessung per Streifenprojektion mit parallelen optischen Achsen und extrem großen Öffnungswinkeln vorgestellt. Das Konzept eröffnet neue Einsatzgebiete bei vereinfachter Handhabung der Technik, allerdings mit hohen Anforderungen an die Datenaufnahme. Um diesen gerecht zu werden, werden die Grundlagen im Rahmen einer durchgängig analytischen Modellierung untersucht und wird das Messprinzip bis an die physikalischen Grenzen optimiert. Es werdenErkenntnisse dargestellt, die über das Konzept hinaus auf andere Messtechniken übertragbar sind. Die Realisierung einer kompakten 3D-Kamera auf basis des neuen Prinzips wird dargestellt und mit Messbeispielen unterlegt.
Aktualisiert: 2020-02-17
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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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