Bücher aus dem Jahr 2013

In dieser Dissertation wird durch den Einsatz der Technologie der Röntgenstrahlung in einem Wellenmessgerät eine neue Möglichkeit zur Qualitätssicherung und Prozessregelung der Wellen- bzw. Kurbelwellenfertigung erforscht. Der enorme Vorteil gegenüber bisherigen Messverfahren ergibt sich durch die Robustheit gegenüber Störgrößen am Bauteil, wie Kühlschmierstoff und Bearbeitungsreste, was einen flexiblen Einsatz innerhalb der Produktion ermöglicht. Diese Technologie kann integriert in die Fertigungslinie oder Produktionsmaschinen (In-Prozess-Messung) zu einer Null-Fehler-Produktion führen oder Prozessschritte rationalisieren (z.B. die Reinigung des Bauteils). (Quelle: Apprimus Verlag)

Anwendungen, bei denen der koordinatenmesstechnische Einsatz von Industrierobotern sinnvoll ist, unterscheiden sich von den typischen Einsatzszenarien herkömmlicher Koordinatenmessgeräte (KMG). Industrieroboter eignen sich insbesondere zum Koordinatenmessen in rauer Fertigungsumgebung und für Fälle, in denen die Koordinatenmessaufgabe mit einer anderen Industrieroboteranwendung kombiniert wird (z.B. Messen und Bearbeiten). Auch bei der Selbstkalibrierung, die auf der Vermessung von Kalibrierkörpern basiert, und der Zellenkalibrierung wird der Industrieroboter zum Koordinatenmessen eingesetzt. Aufgrund dieser abweichenden Einsatzzwecke, -orte und -bedingungen sowie der verschiedenartigen Roboterkinematiken mit bis zu sechs Freiheitsgraden wird die Grundidee der herkömmlichen, nicht auf Industrieroboter ausgerichteten, Koordinatenmesstechnik zunächst analysiert und verallgemeinert. Herkömmliche KMGs ermitteln die Koordinaten von Oberflächenpunkten. Verallgemeinernd wird als Zweck eines allgemeinen KMG die Lageermittlung von Formelementen, d.h. beliebigen Starrkörpern, festgelegt. Das KMG, das Formelement und die sie quasi wie ein virtuelles Gelenk miteinander verbindenden Sensorwerte des Messkopfes werden als kinematisches Gesamtsystem betrachtet und dessen Beweglichkeit koordinatenfrei, d.h. ohne Festlegung auf eine konkrete Koordinatendarstellung, mit den Beschreibungsmitteln der Differentialgeometrie untersucht. Ausgehend von der verallgemeinerten Koordinatenmesstechnik wird speziell für den Einsatz eines Industrieroboters als KMG aus den bekannten Konzepten des messenden und des schaltenden Messkopfes ein neues Messkonzept synthetisiert: der messende Messkopf im Schaltbetrieb. Es handelt sich hierbei um einen messenden Messkopf, mit dem jedoch eine Antastbewegung nach dem Visual-Servoing-Prinzip durchgeführt wird, bis ein bestimmter Sollmesswert erreicht ist. Dieses Messkonzept ermöglicht insbesondere die automatische Insitu-Selbstkalibrierung sowohl der Roboterkinematik als auch des Messkopfes durch Vermessung von Kalibrierkörpern. Um zu vermeiden, dass die für Koordinatenmessroboter typischen Probleme und Fragestellungen immer wieder von Grund auf neu gelöst werden müssen, wird das Konzept eines Frameworks für die Entwicklung von Koordinatenmessroboter-Anwendungen mit seriellkinematischen Industrierobotern, die sich im industriellen Einsatz etabliert haben, erstellt. Abschließend wird ein Fallbeispiel für den kombinierten Koordinatenmess- und Bearbeitungseinsatz eines Industrieroboters präsentiert: die Herstellung von Nietbohrungen in der Flugzeugrumpfmontage. (Quelle: Shaker Verlag)

Der Tagungsband enthält alle Beiträge des XXVII. Messtechnischen Symposiums des Arbeitskreises der Hochschullehrer für Messtechnik e.V. (AHMT) vom 12.-14. September 2013 in Zürich. Die Beiträge aus den unterschiedlichsten Bereichen der Messtechnik beschäftigen sich mit einer Vielzahl spezieller, aktueller Fragen und Anwendungen. Am diesjährigen Symposium geht es einerseits um Messfehler und Messunsicherheit in Theorie und Praxis, sowie um konkrete Messungen zu thermischen Effekten an Drehachsen. Dann wird Messsignalverarbeitung in ganz unterschiedlichen Gebieten behandelt: Das Erfassen von Einspritzdauer bei Dieselmotoren, Das systematisches Erfassen der menschlichen Wahrnehmung und die Signalverarbeitung zur verteilten Verfolgung von Personen. Das Thema berührungsloses Messen ist ebenfalls weit gesteckt: Schwingungskompensation beim Weisslicht-Interferometer, Messen bewegter Proben über Fluoreszenz, sowie Personendetektion. Beim optischen Messen werden ebenfalls schwierige Anwendungen vorgestellt: Prüfung von Gleitsichtbrillengläsern, gleichzeitige optische Messung mehrerer Bewegungsabweichungen einer Linearachse und optische Messung transparenter Objekte. (Quelle: Shaker Verlag)

Das vorliegende Lehrbuch ist den Grundlagen und Standardverfahren von Photogrammetrie und Laserscanning gewidmet. Auswahl und Gliederung des Stoffs bieten dem Studierenden einen leichten Einstieg in die komplexe photogrammetrische Technik und ersparen dem Praktiker das aufwendige Studium der oft schwer verständlichen Fachliteratur. Dieses Standardlehrbuch liegt nun in achter, vollständig überarbeiteter und aktualisierter Auflage vor. (Quelle: Deutsche Nationalbibliothek)

Die Beiträge in diesem Werk dokumentieren für die Themengebiete Photogrammetrie, Laserscanning und optische 3D-Messtechnik die neuesten Forschungsergebnisse und Anwendungsbeispiele aus Wissenschaft und Praxis, die in dieser Form an anderer Stelle kaum zu finden sind. (Quelle: Wichmann Fachmedien)

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der Anwendung von Mikrotasterarrays zur parallelisierten taktilen Messung von Mikrostrukturen. Es werden zunächst die häufigsten Probleme diskutiert, die sich aus den speziellen Eigenschaften der Mikrostrukturen (z.B. hohe Aspektverhältnisse, spiegelnde Oberflächen, transparente Schichten) und deren hochparalleler Fertigung ergeben. Hieraus wird abgeleitet, dass weder bestehende optische noch taktile Verfahren für eine fertigungsnahe, flexible Messung von Mikrostrukturen geeignet sind. Bei den taktilen Verfahren ist niedrige Messgeschwindigkeit aufgrund der seriellen Antastung das Hauptproblem, das durch die gleichzeitige Verwendung mehrerer Taster adressiert werden soll. Die Basis hierfür bilden Mikrotasterarrays, die zuvor am Institut für Mikrotechnik der TU Braunschweig entwickelt wurden. Diese werden im Stand der Technik vorgestellt und aus ihren Eigenschaften Anforderungen an geeignete Messeinrichtungen abgeleitet. In dieser Arbeit werden Strategien zum Einsatz von Mikrotasterarrays entwickelt. Hierfür wird zunächst ein Algorithmus vorgestellt, mit dem die Arrays vollautomatisch an die zu messenden Strukturen ausgerichtet werden können. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf einer Formulierung des Verfahrens, die unabhängig von Eigenschaften aktuell existierender Arrays ist und es somit auch bei zukünftigen konstruktiven Änderungen einsetzbar macht. Erschwerend kommt hinzu, dass eine erfolgreiche Ausrichtung des Arrays schon für seine Einmessung notwendig ist, weshalb das Verfahren auch mit einem nicht eingemessenem Array funktionieren muss, von dem weder seine genauen geometrischen Eigenschaften noch seine Empfindlichkeiten bekannt sind. Ein weiteres Thema stellt die Einmessung der Mikrotasterarrays dar. Es wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem die Tastkugelpositionen und die Übertragungseigenschaften der Taster bestimmt werden können. Auch hierbei ist die weitgehend automatische Durchführung ein wichtiges Entwurfsziel. Das Verfahren ist bezüglich der benötigten Einmesszeit unabhängig von der Tasteranzahl und somit auch bei zukünftigen Arrays mit vielen Tastern praktikabel. Es wird der für die experimentellen Untersuchungen verwendete Laboraufbau eines Mikro- Koordinatenmessgerätes erläutert. Dieser umfasst einen mechanischen Teil für die Messung mit realen Arrays, einen Simulator für die Erprobungsphase der Algorithmen und die zugehörige Steuerung. Für die Gestaltung von Messprogrammen werden Vorschläge für eine geeignete Programmierabstraktion gemacht, die die Besonderheiten der parallelisierten Antastung soweit kapseln, dass der Komplexitätszuwachs gegenüber Einzeltaster- Systemen vor dem Anwender weitgehend verborgen wird. In einem weiteren Abschnitt werden Kriterien für die Anwendbarkeit von Mikrotasterarrays diskutiert. Diese umfassen Richtlinien für das messgerechte Design der zu messenden Strukturen und deren Anordnung auf dem Wafer. Weiterhin wird eine gegenüber bisherigen Verfahren verbesserte Vorrichtung zur Montage der Taststifte vorgestellt. (Quelle: Shaker Verlag)

Messaufgaben heutiger dimensioneller Mikro- und Nanomesstechnik sind geprägt von zunehmend sinkenden Strukturgrößen und Bauteilabmessungen bei zugleich zunehmender Dreidimensionalität. Dies umfasst stark gekrümmte Oberflächen von Schneidkanten an Werkzeugen, Optiken und Mikrolinsen oder auch funktionale Oberflächen. Bestehende optische Sensorik oder taktile Profilometer werden den steigenden Anforderungen nicht gerecht aufgrund eines begrenzten erfassbaren Oberflächenwinkels, resultierend in steigender Messabweichung und nicht erfassten Punkten. Allein mikrotaktile 3-D- Tastsysteme erlauben die Erfassung von Winkeln bis 90°, bei jedoch begrenzter lateraler Auflösung. Der bestehende Ansatz zur Steigerung des erfassbaren Winkels, eine Datenfusion aus mehreren Messungen mit unterschiedlichen Sensorneigungen, ist zeitaufwändig und bringt zusätzliche Unsicherheitsbeiträge. Andere Verfahren wie eine Dekonvolution der Tastelementform sind in ihrer Effektivität begrenzt. Zur Steigerung des erfassbaren Winkelbereichs und der Vermeidung der Nachteile bestehender Ansätze wurde ein Verfahren entwickelt, das auf der Rotation eines Sensors um seinen Antastpunkt während der Messung basiert. Durch Nachführung des Antastwinkels, abhängig von der lokalen Oberflächenneigung, wird der Sensor stets im optimalen Arbeitswinkel betrieben und winkelbedingte Messabweichung wird vermieden. Das Verfahren erhöht den effektiv mit einem Sensor erfassbaren Oberflächenwinkel und erlaubt, 1-D Sensoren für 3-D Messungen zu nutzen. Die Sensornachführung wurde mittels einer Simulationsumgebung untersucht, die das Übertragungsverhalten eines taktilen Profilometers auf beliebigen Oberflächen abbildet. Zur Durchführung des Verfahrens wurden Strategien und Algorithmen entwickelt, um einem Oberflächenpunkt einen Rotationswinkel zuzuordnen. Die Simulationsergebnisse zeigen die erheblichen zu erwartenden Verbesserungen der Abbildungstreue durch die Sensornachführung. Die Übertragung in die Praxis erfolgte auf Basis eines Nanopositionier- und Nanomessgeräts. Kinematische Ketten zur Realisierung der Rotation wurden untersucht und als Optimum eine Stapelung zweier Drehachsen unter 45° Neigung identifiziert, die mittels Sensornachführung den erfassbaren Oberflächenwinkel auf ±90° in zwei Achsen erweitert. Zur Steigerung der Wiederholpräzision der Kinematik wurde ein in-situ Kalibrierkonzept auf Basis eines quasi-taktilen Sensors mit nanometeraufgelöster elektrischer Nahfeldwechselwirkung implementiert, um systematische Führungsabweichungen der Rotationskinematik zu kompensieren. Durch Verwendung des Kalibrierkonzepts konnte über den Rotationsbereich eine Ortsabweichung des Sensors PLTE nach ISO 10360:5 von ±69 nm in Richtung des Profilschnitts erzielt werden. Quer dazu wurden ±50 nm und in der Höhenachse ±43 nm realisiert, was die Basis für eine praktische Anwendung des Verfahrens sicherstellt. Auf Demonstratoroberflächen senkte die Sensornachführung gegenüber einer klassischen Messung mit statischer Sensorausrichtung signifikant die Messabweichung über die komplette Oberfläche. Bei einem Kugelartefakt konnte die auftretende Abweichung in der Summe um 99% gesenkt werden. Unter Berücksichtigung der Messabweichung durch die Positioniergenauigkeit der Rotationskinematik ist ein Einsatz des Prinzips schon ab einer einstelligen Oberflächenneigung gewinnbringend, auf dem Kugelartefakt schon ab 1,4°. (Quelle: Shaker Verlag)

In der dimensionellen Messtechnik zeichnen sich Messobjekte durch eine steigende Komplexität ihrer Gestalt aus. Zudem liegen relevante Gestaltkenngrößen zunehmend in verschiedenen Längenskalenbereichen – vom Mikrometer- bis Meterbereich – vor. Dies wirkt sich dahingehend aus, dass für die Charakterisierung der geometrischen Eigenschaften solcher Werkstücke mehrere Messungen aus unterschiedlichen Ansichten und mit verschiedenen Sensoren (unterschiedliche Messbereiche und Auflösungen) notwendig sind. Die mehrskaligen Messdaten werden anschließend in einem Koordinatensystem zusammengefügt und gegebenenfalls zu einem Datenmodell der Istgestalt verschmolzen. Damit dieser Prozess flexibel und automatisch und dadurch schnell und mit guter Wiederholbarkeit erfolgt, werden in dieser Arbeit Methoden zur automatischen Grobregistrierung für das Zusammenfügen von Messdaten erprobt, adaptiert und zweckgemäß in die dimensionelle Messtechnik eingeführt. Für die Fusion der Punktewolken wird ein geeignetes Verfahren vorgestellt, mit dem ein mehrskaliges Datenmodell durch die Integration relevanter Elemente aus unterschiedlich aufgelösten Datensätzen gebildet wird. Verifiziert wird die Methode, die für die Charakterisierung mehrskaliger Werkstücke und zeitlich versetzt gemessener Datensätze eingesetzt werden kann, an Messdaten eines mehrskaligen Bauteils. (Quelle: Shaker Verlag)