Promotionsschriften

Tag der Promotion: 24.07.2023

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Für ein gegebenes industrielles Computertomographie-System und einen dazugehörigen Digital Twin wird in der Validierung geprüft, ob diese hinsichtlich der signifikanten metrologischen Eigenschaften übereinstimmen. In der Überwachung wird im zeitlichen Verlauf geprüft, ob sich der Zustand des realen Systems geändert hat, so dass die Validierung als obsolet angesehen werden muss. Beides sind zentrale Fragestellungen, wenn der Digital Twin als virtueller metrologischer Computertomograph für eine simulative Messunsicherheitsbestimmung eingesetzt werden soll. Entsprechend werden für die Validierung und Überwachung praxistaugliche Verfahren benötigt, welche das reale System und den Digital Twin hinsichtlich ihrer signifikanten metrologischen Eigenschaften vergleicht. Im Rahmen dieser Arbeit werden bisher weniger etablierte Methoden zur Analyse der Messdaten hinsichtlich ihrer Eignung zum Einsatz zur Validierung und Überwachung eines Digital Twins zu untersuchen. Hierbei werden Methoden zur Ermittlung der Strukturauflösung, des Einzelpunktrauschens und der lokalen Qualität der Oberfläche. Aufbauend auf den hieraus gewonnen Erkenntnissen werden Empfehlungen für praxisgerechte Konzepte für die Validierung und Überwachung abgeleitet, welche auf sowohl den untersuchten als auch auf bereits etablierten Methoden zur Analyse der Messdaten beruhen.

Tag der Promotion: 18.10.2022

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Industrielle Röntgencomputertomographie ist eine wertvolle Messtechnologie für die dimensionelle Messtechnik, da sie die holistische Erfassung eines kompletten Bauteils inklusive der innenliegenden Merkmale in einem Scan erlaubt. Die Simulation dieser röntgencomputertomographischen Messungen könnte die numerische Bestimmung von aufgabenspezifischen Messunsicherheiten erlauben, deren Fehlen momentan die Anwendung in metrologischen Kontexten behindert und auch weitere Anwendungen wie z. B. die Korrektur systematischer Messabweichungen auf Simulationsbasis erlauben. Diese Promotionsschrift diskutiert die Herausforderung und notwendigen Entwicklungen für diese simulative numerische Messunsicherheitsbestimmung. Eine der wichtigsten notwendigen Entwicklungen auf dem Weg zu diesem Ziel ist die Erstellung eines digitalen Zwillings für ein konkretes reales CT-System. Dies umfasst die Parametrisierung eines spezifischen realen Röntgencomputertomographiesystems, für welche eine Methode zur Bestimmung einer effektiven Detektorsensitivität, Charakterisierungsmessungen für die Verteilung des Detektorrauschens sowie eine Methode zur Bestimmung des Spotintensitätsprofils vorgestellt werden. Für die Anwendung der Monte-Carlo-Methode zur Messunsicherheitsbestimmung wurde ein vorhandener Prototyp für Konvergenz- und Parameterrelevanz-Untersuchungen verwendent. In einem Anwendungskapitel wird der Nutzen einer idealisierten Simulation anhand einer Fallstudie zur Annahme und (Re-)  Verifikationsprüfung im Kontext des neuen ISO 10360-11 Standards vorgestellt.

Tag der Promotion: 16.12.2021

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Die Mikro- und Nanomesstechnik wird vorangetrieben durch die stetigen Fortschritte der Fertigungstechnik. Die Messaufgaben für Mikro- und Nanomesssysteme sind geprägt von zunehmend sinkenden Strukturgrößen und Miniaturisierung der Merkmale bei zugleich zunehmender Dimensionalität. Hochauflösende Messinstrumente und Techniken zur Qualitätssicherung im Mikro- und Nanometerbereich erfordern sowohl quantitative, dimensionale Messungen mit Nanometergenauigkeit als auch Messungen über große Messbereiche, um die Nanotechnologie zu einer industriellen Nutzung zu führen.
Weißlichtinterferometrie und Rasterkraftmikroskopie sind zwei wichtige Messverfahren der Mikro- und Nanomesstechnik. Allerdings sind ihre Messbereiche begrenzt. Es ist von großer Bedeutung, dass die Messbereiche bis zu mehreren Millimetern erweitert werden, um die heutigen metrologischen Herausforderungen zu erfüllen. Die vorliegende Arbeit zeigt das Vorgehen für die großflächige Topografiemessung mit hoher Strukturauflösung mittels Weißlichtinterferometrie und Rasterkraftmikroskopie.
Ein Weißlichtinterferenzmikroskop wurde in die Nanopositionier- und Nanomessmaschine (NMM-1) zur großflächigen Topografiemessung auch ohne Überlappungsfelder integriert. Der Messaufbau, die Einmessstrategie, die Charakterisierung der metrologischen Eigenschaften, die Korrektur von Kippungen bzw. Drehung des Sensors um die lateralen Achsen und die vertikale Achse und eine experimentelle Untersuchung zur Verifizierung der Messstrategie werden aufgezeigt.
Ein neues metrologisches Rasterkraftmikroskop für gleichzeitige Messung der Biegung, Torsion und Position des Cantilevers mit verbesserter Signalqualität, welches ebenfalls in die NMM-1 für großflächige Topografiemessungen integriert wurde, wird vorgestellt. Dabei werden der Messaufbau, die Einmessstrategie, die Charakterisierung, die Messunsicherheit und Applikationsmessungen wie Stufenhöhenmessung, Gitterabstandsbestimmung und großflächige Messungen gezeigt.

Tag der Promotion: 29.09.2021

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In der additiven Fertigung fehlen aufgrund unzureichender Standards zur prozessbegleitenden Fertigungs- und Qualitätskontrolle derzeit entscheidende Voraussetzungen, die für eine industrielle Serienproduktion erforderlich sind. Neben zahlreichen Bemühungen verschiedener Normungsgremien den additiven Fertigungsprozess schrittweise zu standardisieren, beschäftigt sich auch die vorliegende Arbeit mit grundlagenwissenschaftlichen Methoden zur referenzierten in-Prozess Überwachung sowie daraus abgeleiteten Ansätzen zur Analyse geometrischer Fertigungs- und Messabweichungen. Dadurch soll ein Beitrag für ein einheitliches Vorgehen bei der Prozessüberwachung zur Sicherstellung der Konformität geometrischer Produktspezifikationen in der additiven Fertigung geleistet werden. Um die erfassten geometrischen Abweichungen prozessbegleitend mit entsprechenden Regelstrategien zu korrigieren, bedarf es neben einer ausreichenden Steuerbarkeit der Fertigungsanlage einer exakten Zuordenbarkeit der Messdaten zu jedem Zeitpunkt des Fertigungsprozesses. Um diese geforderte Beobachtbarkeit der Messgrößen besser beurteilen zu können, wird ein neuartiges Referenzierungskonzept zur exakten Lagebestimmung der Schmelzbadkonturen am Beispiel eines pulverbettbasierten selektiven Laserstrahlschmelzprozesses bereitgestellt. Durch die Erfassung von vier im Pulverbett integrierten Referenzierungsrohren kann mit einer Verkürzung des Messkreises die Genauigkeit der Messdatenerfassung erhöht werden. Dadurch ist eine bessere Zuordenbarkeit der Entstehungsursachen von Fertigungs- und Messabweichungen möglich. Basierend auf der referenzierten Konturanalyse des Schmelzbades und der Erfassung der durchschimmernden Wärmestrahlung der Bauteilkonturen nach dem Pulverauftrag, werden messtechnische Nachweise lateraler Konturverlagerungen erbracht.

Tag der Promotion: 25.03.2021

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Es wird die Erarbeitung der Grundlagen, die Entwicklung und Untersuchung eines robusten, genauen, hochfrequent fokusabstandsmodulierten, konfokalen Punktsensors sowie dessen Integration und Validierung in einem Nanokoordinatenmesssystem beschrieben. In Kombination mit einer fasergekoppelten konfokalen Beleuchtung und Detektion, einer regelbaren, akustisch getriebenen Gradientenindex-Flüssigkeitslinse (TAG-Linse) sowie zweier innovativer Varianten einer Kollimationsmodulation zur Modulation des axialen Fokusabstandes und einer für die Konfokalmikroskopie neuartigen Signalauswertung mit Lock-in-Verstärker wird der Einsatz des Sensors in einer kontinuierlich lateral abtastenden Arbeitsweise mit konstantem Arbeitsabstand (engl. constant distance scanning mode) mithilfe eines Nanokoordinatenmesssystems anhand – im Bereich der Nanometrologie – großflächiger Messungen gezeigt. Daraus resultiert eine signifikante Steigerung der Genauigkeit, respektive eine Reduktion der Messunsicherheit sowie der Messzeit unter Beibehaltung der bekannten Vorteile des konfokalen Messprinzips.

Tag der Promotion: 09.03.2017

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Neue Fertigungstechnologien ermöglichen die Herstellung zunehmend komplexerer Bauteile bei häufig reduzierter Taktzeit und minimiertem Ressourcenbedarf. Um die dadurch generierten wirtschaftlichen Vorteile voll auszuschöpfen, bedarf es möglichst prozessnaher Messsystemlösungen. Auf diese Weise können relevante Merkmale stichprobenartig bereits kurz nach deren Herstellung erfasst und gleichzeitig hierfür notwendige Werkstückhandhabungszeiten minimiert werden. Insbesondere die präzise, ganzheitliche Erfassung von Merkmalen variierender Größe und Form
in einer fertigungsnahen Umgebung stellt die aktuelle Messtechnik vor Herausforderungen.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden daher die grundlagenwissenschaftlichen Erkenntnisse für die fertigungsnahe Auslegung eines Multisensor-Messsystems zur holistischen, mehrskaligen Messung am Beispiel komplexer Bauteile der neuen Fertigungstechnologie „Blechmassivumformung“ erarbeitet. Eine eingehende Untersuchung der messtechnisch relevanten Bauteileigenschaften und möglicher
Umweltfaktoren bildete die Basis für eine detaillierte Anforderungsanalyse zur Konzeption und Realisierung eines Messsystemaufbaus. Durch die Entwicklung eines Multisensor-Kalibrierverfahrens konnte die Kombination von Sensordatensätzen, ohne auf eine Überlappung der Sensormessbereiche angewiesen zu sein, realisiert werden. Hierzu wurde ein Kalibrierkörper geschaffen, der flexibel an unterschiedliche
Messaufgaben angepasst werden kann. Mit der Digitalisierung des Kalibrierkörpers steht ein Referenzdatensatz für die Ausrichtung der Datensätze der Einzelsensoren zur Verfügung. Hierdurch wird die Bestimmung von sensorspezifischen Transformationsmatrizen als notwendige Voraussetzung zur Ausrichtung der Datensätze in einem einheitlichen Koordinatensystem möglich.

In einer Leistungsevaluation des prototypischen Messsystems erfolgte nicht nur der Funktionsnachweis für das Kalibrierverfahren, sondern vielmehr wurden in beispielhaften Messreihen die Vorteile mehrskaliger Multisensor-Messungen gegenüber Messung mit einzelnen Sensoren aufgezeigt. Als Merkmale kamen Radien, Winkel und Stufenhöhen des PTB-Mikrokonturnormals zum Einsatz. Für Merkmale, die bei mehrskaligen Messungen über den Messbereich eines Sensors hinausreichen, wie dies bei Abstandsmessungen der Fall ist, konnte eine Abhängigkeit zur Genauigkeit der Kalibrierung nachgewiesen werden. Dabei ist das Messsystem zur Erzeugung des Kalibrierkörper-Referenzdatensatzes der limitierende Faktor. Im Rahmen einer abschließenden Messreihe an einem, einer Kugelhantel angenäherten, Zweikugelkörper, fand eine kurze Betrachtung der erreichbaren Messunsicherheit nach dem Prinzip der Substitutionsmessung statt.

Tag der Promotion: 22.05.2014

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In der vorliegenden Arbeit werden neue Methoden und Verfahren der bayesschen Schätzung für die Koordinatenmesstechnik entwickelt, umgesetzt und validiert. Messungen sind aufgrund allgegenwärtig wirkender bekannter und unbekannter Einflüsse (Störungen oder Rauschprozesse) stets abweichungsbehaftet und die tatsächlichen Koordinaten nicht exakt bestimmbar. Der Messvorgang liefert Informationen über die Position in Form von Beobachtungen, die allerdings eine abweichungsbehaftte Abbildung der tatsächlichen Position repräsentieren. Da bei dieser Transformation Informationen verloren gehen, ist eine exakte, eindeutige Berechnung der tatsächlichen Position aus den vom Messprozess generierten Beobachtungen nicht möglich. Sie kann jedoch mathematisch geschätzt werden, da der funktionale Zusammenhang zwischen den tatsächlichen Objektkoordinaten und den Beobachtungen erhalten bleibt.

Das Ziel dieser Arbeit ist die Implementierung und Bereitstellung von Algorithmen zur dynamischen, messdatenbasierten und sensorübergreifenden Genauigkeitsverbesserung und Messunsicherheitsermittlung von Koordinatenmessungen. Die Lösung erfordert vom Anwender weder das Aufstellen einer Modellgleichung des Messprozesses, noch a priori Verteilungsannahmen, erlaubt aber deren Spezifikation bei Bedarf. Durch diese probabilistische Messdatenverarbeitung und -auswertung können Abweichungen in den Messdaten reduziert und gleichzeitig Unsicherheitsaussagen abgeleitet werden.

Tag der Promotion: 02.12.2014

ISBN: 978-3-8440-3296-3

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/5528

Funktionale Mikrostrukturen tragen zur Optimierung von Produkten bei, wodurch diese effizienter, aber auch hinsichtlich der Tolerierung, der Fertigung und der Qualitätssicherung komplexer werden. Herkömmliche Toleranzkonzepte für die Spezifikation und Verifikation von geometrischen Merkmalen, wie ISO GPS, stoßen im Mikro- und Nanometerbereich an ihre Grenzen, da Wirkzusammenhänge zwischen geometrischen und nicht-geometrischen Merkmalen, welche die Funktionsfähigkeit eines Werkstücks signifikant beeinflussen, nicht mehr ausreichend abgebildet werden können. Im konstruktionsorientierten Verifikationsprozess werden so nur genormte Kenngrößen unabhängig voneinander erfasst und bewertet. Eine ganzheitliche, mehrdimensionale Bewertung erfasster Messdaten hinsichtlich einer funktionsorientierten Konformitätsentscheidung fehlt.

Die vorliegende Arbeit zeigt einen Ansatz zur Lösung dieses Defizites mittels einer übertragbaren Methode zur modellbasierten und auf Oberflächenmessdaten beruhenden prädikativen Beurteilung des Grades der zu erwartenden Funktionsfähigkeit strukturierter Werkstückoberflächen. Die Grundlage bildet ein mathematisch-physikalisches Modell der Funktion, das funktionale Zusammenhänge einer Mikrostruktur beschreibt und mit dem die Funktionsfähigkeit basierend auf Oberflächenmesswerten prognostiziert wird. Ferner werden zur effizienten Weiterverarbeitung von Messdaten in Simulationen universelle, segmentierungsbasierte Auswerteverfahren für die automatische Merkmalextraktion von Regelgeometrien strukturierter Topografien bereitgestellt. Am Beispiel der Mikrostruktur einer Druckwalze wird demonstriert, dass mit diesem modellbasierten Lösungsansatz funktional wichtige Parameter identifiziert werden können und die Funktionsfähigkeit der Topografie fundierter beurteilt werden kann.

Tag der Promotion: 17.12.2013

ISBN: 978-3-8440-3304-5

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/4121

Reifegradmodelle stellen ein stufenbasiertes Entwicklungsmodell eines spezifischen und quantitativ schwierig zu erfassenden Betrachtungsobjekts (z. B. Prozess, Produkt oder System) dar, um auf Basis qualitativ ausgelegter Indikatoren dessen Reifegradstufe zu ermitteln. Der Reifegrad repräsentiert dabei den Entwicklungsstand zu einem bestimmten Bewertungszeitpunkt. Derzeit verfügbare Reifegradmodelle sind entweder zu generell verfasst oder in ihrem Anwendungsbereich auf bestimmte Betrachtungsobjekte limitiert. Ebenso werden Informationsunsicherheiten wie die linguistische Unschärfe, die der Reifegradbewertung prinzipiell innewohnen, sowohl in bestehenden Reifegradmodellen als auch in den Vorgehensweisen zur Auslegung neuer Reifegradmodelle außen vorgelassen oder unzureichend berücksichtigt.

Aufgrund dieser Defizite wurde eine Methodik zur Auslegung neuer Reifegradmodelle mit einem höheren Bezug zum Betrachtungsobjekt sowie valideren Reifegradaussagen durch die Berücksichtigung der Informationsunsicherheit konzipiert. Die Validierung der Methodik stellt durch Konstruktion und Applikation ein Reifegradmodell zur Bewertung und Verbesserung des Entwicklungsstands neuer Fertigungsprozesse der Umformtechnik bereit. Für eine effektive und effiziente Unterstützung des Anwenders in der Umsetzung der entworfenen Vorgehensweise wurde im Sinne eines Informations- und Assistenzsystems eine entsprechende datenbankbasierte Softwareapplikation realisiert.

Tag der Promotion: 15.04.2013

ISBN: 978-3-8440-2299-5

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/3504

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°.

Tag der Promotion: 25.10.2012

ISBN: 978-3-8440-1572-0

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/2742

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.

Tag der Promotion: 02.10.2012

ISBN: 978-3-8440-1879-0

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/2677

The structural properties of technical surfaces become more important in the applications of micro and nanotechnology. The possible relationships between geometrical properties of technical surfaces and their functional behavior are commonly investigated by functional tests. Although functional tests may provide correlations between the measured variable and the functional behavior of products, available information is not always sufficient to understand reasons for the lack of functionality and they are not always enough to control manufacturing processes. New approaches are required to evaluate measurement results in a function-oriented way.

In this thesis, based on the analysis of technical functions and description of surfaces with parameters, the informative value of measurement results is investigated. Moreover, surfaces are characterized with function-oriented parameters to predict the behavior of products. The scientific method is described in a general way but its application is shown in a case study. In order to verify the proposed methodology, the wettability of technical surfaces is investigated and it is characterized with functionoriented parameters.

Tag der Promotion: 16.03.2012

ISBN: 978-3-8440-1092-3

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/2182

Seit vergleichsweise kurzer Zeit wird die Röntgen-Computertomographie in der Koordinatenmesstechnik eingesetzt. Sie ermöglicht die vollständige Erfassung des gesamten Messobjekts in einem Volumendatensatz mit sehr hoher Punktedichte und guter Genauigkeit. Neben der Messung von Merkmalen auf der Oberfläche des Bauteils sind auch Auswertungen an konventionell nicht zugänglichen Stellen und im Innern des Bauteils möglich. Zur Beurteilung der Qualität und der Sicherung der Rückführung der Messergebnisse ist die Angabe der aufgabenspezifischen Messunsicherheit für jedes Merkmal notwendig. Aufgrund der Komplexität des Messprozesses kann dies für die Computertomographie nur anhand von Wiederholmessungen oder Simulationen erfolgen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Messprozesssimulation erstellt, sodass es möglich ist, das Rauschen der Messpunkte bei Wiederholmessungen nachzustellen. Durch Auswertung der simulierten Datensätze lässt sich die aufgabenspezifische Messunsicherheit für jedes Merkmal bestimmen. Der dafür notwendige Zeitaufwand ist wesentlich geringer als bei analytischen Durchstrahlungssimulationen oder beim experimentellen Vorgehen. Die Validierung zeigt, dass sich mit den verschiedenen Verfahren metrologisch verträgliche Ergebnisse erzielen lassen.

Tag der Promotion: 09.02.2012

ISBN:

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/2097

Beherrschte Prozesse garantieren die effiziente und wirtschaftliche Herstellung von Produkten oder die kundenorientierte Erbringung von Dienstleistungen. Messungen sind die Grundlage für das Beherrschen und Lenken von Prozessen sowie für das Sicherstellen einwandfreier Produkte. Ein Nachweis der Wirtschaftlichkeit eingesetzter Messtechnik – beispielsweise auf Basis einer traditionellen Kosten-Nutzen-Analyse – ist mit den bislang verfügbaren Bewertungsmethoden jedoch nicht möglich, weil es an einem systematischen Ansatz zur Quantifizierung des Nutzens von Messergebnissen mangelt. Als Konsequenz wird die Messtechnik häufig als reiner Kostenfaktor angesehen, bei dem die Optimierungsstrategie primär in einer Kostenminimierung besteht. Die mitunter fatalen Folgen „kostengünstiger“ Messtechnik, die sich in der Regel in Form von Produktivitätsverlusten und Qualitätseinbußen äußern, werden dabei vernachlässigt. In der vorliegenden Arbeit wird eine neuartige Methode vorgestellt, mit der sich der Nutzen eines Messergebnisses monetär bewerten lässt. Dazu werden die Wahr-scheinlichkeit und das Ausmaß eines finanziellen Schadens herangezogen, der entstehen kann, wenn beispielsweise Prüfentscheidungen oder Prozessbeurteilungen ohne messtechnische Grundlage erfolgen müssten. Im Vergleich dazu kann bei Vorliegen verlässlicher Messergebnisse ein Teil des drohenden Schadens abgewendet werden. Das ist der monetär bewertete Nutzen eines Messergebnisses und zugleich die Grundlage für weiterführende Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen der Messtechnik.

Tag der Promotion: 30.01.2012

ISBN: 978-3-8440-1332-0

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/2352

Die Ausbildung in produktionstechnisch orientierten Fachgebieten stellt besondere Anforderungen an den Unterricht. Die Integration von Unterrichtseinheiten, in denen Erfahrungswissen erarbeitet werden kann, hat darin einen sehr hohen Stellenwert. Dies erfordert die Integration von praktischen Arbeiten in die Ausbildung in möglichst realitätsnaher Umgebung. Dazu sind dazu häufig komplexe, teure Infrastruktur und qualifiziertes Personal zu dessen Betreuung erforderlich.

Diese steht vielfach nur an ausgewählten Kompetenzzentren zur Verfügung und kann so nicht ohne weiteres von jedem Bildungsanbieter in Unterrichtseinheiten eingebunden werden. Unter Nutzung von Alternativen wie z. B. der Durchführung von Praktika an simulierten Geräten oder der Durchführung von Praktika mit Partnerinstitutionen, bei denen die Studierenden zu den Geräten gebracht werden, ergeben sich Defizite in didaktischer, technischer oder wirtschaftlicher Hinsicht. Besonders groß sind diese, wenn komplexe, moderne Geräte für die Durchführung von Praktika eingesetzt werden sollen.

In der Arbeit wurde eine Methodik zur Entwicklung von Unterrichtseinheiten mit Fernpraktika unter Berücksichtigung technischer und didaktischer Aspekte entwickelt. Neben der Entwicklungsmethodik wird deren exemplarische Umsetzung am Beispiel der Koordinatenmesstechnik für den Einsatz an einer Hochschule beschrieben. Dabei wird auf die Konzeption, Detaillierung, Realisierung und Evaluierung eingegangen. Unter Verwendung einer neuen Kombination moderner Technologien, konnte ein geschlossenes, komplexes Gerät aus dem Bereich der optischen Koordinatenmesstechnik Studierenden für die Nutzung in Fernpraktika über das Internet zugänglich gemacht werden.

Es werden die Erfahrungen mit der Entwicklungsmethodik sowie der Nutzung der Realisierung im Unterrichtsbetrieb einer Hochschule im Vergleich zu konventionellen Unterrichtsformen beschrieben. Dabei werden fachliche, methodisch-didaktische, kommunikative sowie wirtschaftliche Aspekte beleuchtet. Die Evaluationsergebnisse der praktischen Umsetzung sind vielversprechend. Sie zeigen, dass die neue Möglichkeit, komplexe Geräte über das Internet für Unterrichtszwecke zu nutzen, eine günstige Ergänzung für den Unterricht darstellt.

Die beschriebene Methode und viele Erfahrungen aus deren Anwendung sind übertragbar auf andere Gebiete. Dies eröffnet die Möglichkeit, Unterricht in produktionstechnisch orientierten Fachgebieten mit neuen Möglichkeiten des Einsatzes von Fernpraktika zu bereichern.

Tag der Promotion: 06.12.2011

ISBN: 978-3-8440-1283-5

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/2067

Die rasche Weiterentwicklung eingesetzter Technologien erfordert kontinuierliche Maßnahmen zur Erhaltung und gezielten Förderung der Kompetenzen und Fähigkeiten von Mitarbeitern im Unternehmen entsprechend deren jeweiligen Aufgaben. Eine geeignete berufsbegleitende Weiterqualifizierung der Mitarbeiter ist somit ein unverzichtbarer Bestandteil eines umfassenden, modernen Qualitätsmanagements. Diese Situation betrifft die Fertigungsmesstechnik besonders, da hier eine spezifische Grundausbildung fehlt, aber die Vielfalt und Komplexität der eingesetzten Messverfahren stetig zunimmt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Methodik zur bedarfsgerechten, effizienten Erstellung ganzheitlicher Qualifizierungsmaßnahmen entwickelt und am Beispiel der Fertigungsmesstechnik umgesetzt und verifiziert. Diese anbieterorientierte Systematik wurde durch das Konzept für ein Assistenzsystem zur Unterstützung der Anwender bei der Auswahl passender Angebote ergänzt. Damit steht nun eine allgemein anwendbare Vorgehensweise zur Erstellung ganzheitlicher Konzepte für die Mitarbeiterqualifizierung bereit.

Tag der Promotion: 05.04.2011

ISBN: 978-3-8440-0345-1

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/1775

Die Fertigungsüberwachung komplex geformter Strangprofile während des Herstellungsprozesses ist mit steigenden Anforderungen verbunden. Dabei sind die geometrischen Produktmerkmale wie Länge oder Form kontinuierlich zu kontrollieren. Die Halbzeuge aus Stahl, Messing, Aluminium oder Kunststoffen werden aus wirtschaftlichen Gründen für die Herstellung vieler technischer Produkte eingesetzt und müssen daher hinsichtlich Ihrer Gestalt überwacht werden. Die heutzutage verwendeten optischen Sensorsysteme können entweder nur geringe Datendichte mit ausreichender Messunsicherheit und Messrate, oder konkave Profilzonen mit unzureichender Messunsicherheit und zu langsam bestimmen. Ein erheblicher technischer Vorteil besteht darin, die singulären Messverfahren in einem optischen Multi-Sensor-Messverfahren zu vereinen. Mit den Prüfaussagen lassen sich Ausschuss- und Nacharbeitsanteile reduzieren und gleichzeitig die Bauteilqualität bezüglich der Gestalt verbessern. In der vorliegenden Arbeit wird daher ein wissenschaftlicher Beitrag für ein geeignetes optisches Multi-Sensor-Messverfahren zur echtzeitfähigen, präzisen und vollständigen Messung konkaver Strangprofile vorgestellt und gemäß wissenschaftlichen Standards evaluiert. Danach wurde das neue Messverfahren in der realen Fertigungsumgebung verifiziert.

Tag der Promotion: 05.04.2011

ISBN: 978-3-8440-0240-9

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/1720

Simulationsgestützte Prozessplanung birgt derzeit noch ein hohes Einsatzpotential! Bisher herrscht die Praxis vor, Umwelteinflüsse und Unvollkommenheiten des Fertigungsprozesses bei der Modellbildung zu vernachlässigen, um die Komplexität der Modelle einzugrenzen. Dadurch erhält man zwar überschaubare Modelle, aber Aussagen über optimale Prozessparameter oder die Qualitätsfähigkeit des zu planenden Prozesses sind aufgrund der unzureichenden Modelldetaillierung unbrauchbar oder weisen zu große Unsicherheiten auf. Oftmals werden erst nach dem realen Aufbau der Fertigungslinie die entsprechenden Qualitätsmanagementtechniken „aufpfropfend“ eingesetzt, wenn eine Vielzahl von begrenzenden Faktoren unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten bereits als unveränderbar hingenommen werden müssen.

Auf Basis der dargestellten Situation liegt das Ziel dieser Arbeit in der Bereitstellung einer Systematik, die mit dem Begriff „virtuelles Qualitätsmanagement“ betitelt wurde. Hierunter werden „aufeinander abgestimmte Vorgehensweisen zur effizienten Modellierung, Anpassung, Nutzung und Auswertung von Simulationen bezüglich Generieren von belastbarem Wissen und Auslegen von Qualitätstechniken für Produkte und Prozesse während der Planungsphase“ zusammengefasst. Der Ansatz besteht aus einer übergeordneten, allgemeingültigen Systematik für den Aufbau von abweichungsbetrachtenden Simulationsmodellen sowie aus einem Referenzmodell zur Entwicklung und Implementierung virtueller Qualitätsmanagementtechniken. Im Rahmen einer ausführlichen Erprobung wurden drei Simulationsmodelle unterschiedlicher Fachdomänen aufgebaut und mit den neu entwickelten Werkzeugen der virtuellen statistischen Prozessregelung erfolgreich untersucht.

Tag der Promotion: 08.12.2010

ISBN: 978-3-8322-9914-9

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/1504

Streifenprojektionssysteme werden zunehmend in der dimensionellen Bauteilprüfung eingesetzt. Insbesonders sind sie geeignet um flächige und durch Eigenspannungen deformierte Leichtbauteile unter Anwendung der „virtuellen Rückdeformation“ taktzeitgerecht ohne Aufspannung zu prüfen. Zur Durchführung der Bauteilprüfung muss der Prüfablauf optimal geplant werden. Diese komplexe, multikriterielle Planung – bei der u. a. zu prüfende Merkmale, die akzeptable Messunsicherheit und wirtschaftliche Aspekte zu berücksichtigen sind – erfolgt bislang unmethodisch und subjektiv. Die Folgen sind lange Planungs- und Prüfzeiten, hohe Prüfkosten und die Gefahr mangelhafter Prüfergebnisse aufgrund nicht aufgabenorientiert geplanter Prüfstrategien. Die vorliegende Arbeit zeigt einen Ansatz zur Beseitigung dieser Defizite mittels eines simulationsbasierten Assistenzsystems zur Unterstützung des Prüfplaners bei der Ermittlung eines aufgabengerechten Prüfablaufplans. Er basiert auf einem physikalischen Modell zur Simulation der Streifenprojektionsmessung, inklusive der GUM-konformen Prognose der lokal auftretenden Messunsicherheit. Auf dieser Basis kann die Güte eines geplanten Prüfablaufs abgeschätzt und diese mittels erarbeiteter Algorithmen weitgehend automatisch, multikriteriell und toleranzgerecht optimiert werden. Die wissenschaftlichen Grundlagen werden allgemein beschrieben und in einem Prototyp realisiert. Die Güte des Modells zur Simulation von Messungen und die Wirksamkeit der automatischen Prüfablaufplanung werden experimentell verifiziert.

Tag der Promotion: 18.11.2010

ISBN: 978-3-8440-0053-5

Link: n.a.

Tag der Promotion: 25.01.2010

ISBN: 978-3-8322-9276-8

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/1230

Optische Messgeräte ermöglichen eine flächenhafte Antastung von Werkstückoberflächen mit sehr hoher Punktdichte. Dies bietet die Möglichkeit zur Bestimmung neuer Strategien bei der Auswertung von Messergebnissen und zum Entwickeln passender Lösungen für komplexe Messaufgaben im Bereich der Fertigungsmesstechnik. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Auswertung von optisch erfassten Punktewolken und der Bestimmung von Parametern, die zur Verbesserung von Blechumformprozessen in früheren Phasen der Prozessauslegung beitragen können. Diese Parameter sind die Form der Mittelfläche und die Wanddicke des Blechbauteils. Im Rahmen der Arbeit wurde ein experimentelles Messsystem zum Erfassen ausgewählter interessanter Bereiche gekrümmter umgeformter Blechbauteile entworfen und aufgebaut. Es besteht aus zwei gegenüberliegenden Streifenprojektionsgeräten. Eine Lösung für das Problem der Transformation von zwei unabhängigen Messdatensätzen in ein gemeinsames Koordinatensystem wurde bereitgestellt. Der erfasste Blechbauteilbereich wird dadurch zuverlässig abgebildet. Eine innovative Methode zur Bestimmung von Mittelflächenpunkten und zur Berechnung der lokalen Wanddicken, die senkrecht zur Mittelfläche bestimmt wurden, wurde entworfen und realisiert. Die Extrahierte Mittelfläche kann zur Bewertung der Blechbauteilform durch den Vergleich mit dem CAD-Modell, beziehungsweise mit der Soll-Mittelfläche des Blechbauteils, verwendet werden. Durch die Darstellung des Blechdickenverlaufs über die Mittelfläche ist eine genaue Lokalisierung von Ausdünnungen und Materialanhäufungen möglich. Die erhaltenen Daten sind außerdem zum Vergleich mitsimulierten Daten und folglich zur Beurteilung der Zuverlässigkeit numerischer Simulationen verwendbar.

Tag der Promotion: 25.02.2009

ISBN: 978-3-8322-8228-8

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/830

Zur Prüfung von Werkstücken werden in der Fertigungsmesstechnik sehr häufig Koordinaten- und Oberflächenmessgeräte eingesetzt, welche jeweils Punkte auf der Oberfläche von Werkstücken mittels Tastsystemen erfassen, um die Lagebeziehung dieser Punkte zueinander mit Längenmesssystemen zu bestimmen. Zur Antastung werden typischerweise optische bzw. taktile Systeme eingesetzt, welche mit der Werkstückoberfläche mit Licht bzw. einer Kraft interagieren. Beide Prinzipien stoßen bei der durch die Entwicklungen in der Fertigungstechnik verlangten fortschreitenden Verbesserung des Auflösungsvermögens, der praktischen Einsetzbarkeit und Wirtschaftlichkeit an ihre Grenzen. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, inwieweit eine elektrische Wechselwirkung zur Antastung von Werkstückoberflächen für Nanometer aufgelöste Oberflächen- und Koordinatenmesstechnik geeignet ist. Hierzu wurde nach theoretischer Betrachtung verschiedener elektrischer Wechselwirkungsmechanismen ein experimentelles Tastsystem entworfen und ein Versuchsstand aufgebaut. Anhand von typischen Messaufgaben der Oberflächen- und Koordinatenmesstechnik, sowie Vergleichen mit anerkannten optischen und taktilen Messverfahren wurde die Einsetzbarkeit der elektrischen Wechselwirkung zur Werkstückantastung wissenschaftlich untersucht.

Tag der Promotion: 21.12.2007

ISBN: 978-3-8322-6950-0

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/553

Die Statistische Versuchsmethodik stellt eine Vorgehensweise zur Planung, Durchführung und Auswertung von Versuchen mit dem Ziel der wirtschaftlichen Informationsgewinnung über Produkte, Prozesse sowie Maschinen zur Optimierung der Qualität bereit. Am Markt erhältliche Software für die Statistische Versuchsmethodik bietet dem Anwender keine durchgängige Unterstützung bei der Ausführung dieser Tätigkeiten. Im Rahmen der Arbeit wurden die wissenschaftlichen Grundlagen zur Gestaltung von Informationssystemen für das Anwendungsgebiet Statistische Versuchsmethodik als Beitrag zur Steigerung der Leistungsfähigkeit dieser Qualitätsmanagementmethode erarbeitet. Dazu wurde ein Referenzmodell entworfen, das als eine Art „Leitfaden“ zur Gestaltung eines Informationssystems für die Statistische Versuchsmethodik genutzt werden kann. Das Referenzmodell besteht aus einer Systemarchitektur und einem Vorgehensmodell und stellt eine Strukturierungshilfe für die Inhalte der Komponenten eines Informationssystems sowie eine Handlungsanleitung zur Planung dieser rechnergestützten Systeme unter Berücksichtigung branchen-, produkt- und prozessspezifischer Anforderungen bereit. Die Anwendbarkeit des Referenzmodells wurde mit der exemplarischen Gestaltung und prototypischen Implementierung eines Informationssystems für die Statistische Versuchsmethodik in der Elektronikfertigung erprobt und nachgewiesen.

Tag der Promotion: 21.12.2006

ISBN: 978-3-8322-5921-1

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/389

Als alternatives Lösungskonzept wurde in dieser Arbeit die Anwendung einer Methodik zur rechnergestützten Korrektur bekannter Abweichungen über vektorielle Einzelpunktkorrekturen vorgestellt. Eine herstellerneutrale Datenbank zur Langzeitspeicherung der Korrekturvektoren sowie zum Verwerten von Expertenwissen unter Beachtung definierter Zusammenhänge im Messprozess wird bereitgestellt.

Tag der Promotion: 01.02.2006

ISBN: 978-3-8322-4953-3

Link: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/frontdoor/index/index/docId/243

Die Komplexität der Formmesstechnik verlangt ein hohes Maß an Wissen und Erfahrung, um zuverlässige und nachvollziehbare Messergebnisse erzielen zu können. Zur Sicherstellung hochwertiger Messergebnisse ist es erforderlich, dieses Wissen dem Messtechniker in geeigneter Weise bereitzustellen, so dass er es bei der Bearbeitung von Messaufgaben anwenden kann. Zur Entwicklung eines umfassenden, Arbeitsplatz-integrierten Assistenzsystems, das das erforderliche Wissen am Arbeitsplatz bereithält und dessen Anwendung auf eine konkrete Aufgabe aktiv unterstützt, wurde eine Entwicklungsmethodik aufgestellt, die dem interdisziplinären Charakter eines Assistenzsystems gerecht wird. Diese Methodik berücksichtigt, dass ein Assistenzsystem sowohl technisches, als auch wissensbasiertes System, Arbeitsplatz-nahe Lernumgebung und rechnergestütztes Lernsystem ist. Am Beispiel der Formmesstechnik, speziell für den Einsatz am Universalformtester MarForm Primar MX4, wird die Entwicklung eines Arbeitsplatz-integrierten Assistenzsystems gemäß der Entwicklungsmethodik beschrieben. Dazu wurden einer umfassenden Analyse der Randbedingungen folgend die erforderlichen Systemeigenschaften definiert und die Systemstruktur für das Assistenzsystem konzipiert. Anschließend wur-de das notwendige Wissen für die Bearbeitung von Formmessungen ermittelt und die Umsetzung des Assistenzsystems auf Hypertextbasis entworfen. Dieser Entwurf wurde nachfolgend auf Basis des Content-Management-Systems Zope prototypisch realisiert.

Tag der Promotion: 23.02.2005

ISBN: 978-3-8322-3915-2

Link: n.a.

Tag der Promotion: 22.07.2004

ISBN: 978-3-8322-3289-4

Link: n.a.

Tag der Promotion: 17.12.2003

ISBN: 978-3-8322-2401-1

Link: n.a.

Tag der Promotion: 17.12.2003

ISBN: 978-3-8322-3323-5

Link: n.a.

Tag der Promotion: 13.12.2001

ISBN: 3-9805911-7-4

Link: n.a.

Tag der Promotion: 06.04.2001

ISBN: 3-9805911-5-8

Link: n.a.

Tag der Promotion: 26.03.1999

ISBN: 3-9805911-2-3

Link: n.a.

Tag der Promotion: 28.07.1998

ISBN: 3-9805911-1-5

Link: n.a.

Tag der Promotion: 29.09.1997

ISBN: 3-9805911-0-7

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Tag der Promotion: 27.11.1995

ISBN: n.a.

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