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Item Open Access Spatio-temporal and immersive visual analytics for advanced manufacturing(2019) Herr, Dominik; Ertl, Thomas (Prof. Dr.)The increasing amount of digitally available information in the manufacturing domain is accompanied by a demand to use these data to increase the efficiency of a product’s overall design, production, and maintenance steps. This idea, often understood as a part of Industry 4.0, requires the integration of information technologies into traditional manufacturing craftsmanship. Despite an increasing amount of automation in the production domain, human creativity is still essential when designing new products. Further, the cognitive ability of skilled workers to comprehend complex situations and solve issues by adapting solutions of similar problems makes them indispensable. Nowadays, customers demand highly customizable products. Therefore, modern factories need to be highly flexible regarding the lot size and adaptable regarding the produced goods, resulting in increasingly complex processes. One of the major challenges in the manufacturing domain is to optimize the interplay of human expert knowledge and experience with data analysis algorithms. Human experts can quickly comprehend previously unknown patterns and transfer their knowledge and gained experience to solve new issues. Contrarily, data analysis algorithms can process tasks very efficiently at the cost of limited adaptability to handle new situations. Further, they usually lack a sense of semantics, which leads to a need to combine them with human world knowledge to assess the meaningfulness of such algorithms’ results. The concept of Visual Analytics combines the advantages of the human’s cognitive abilities and the processing power of computers. The data are visualized, allowing the users to understand and manipulate them interactively, while algorithms process the data according to the users’ interaction. In the manufacturing domain, a common way to describe the different states of a product from the idea throughout the realization until the product is disposed is the product lifecycle. This thesis presents approaches along the first three phases of the lifecycle: design, planning, and production. A challenge that all of the phases face is that it is necessary to be able to find, understand, and assess relations, for example between concepts, production line layouts, or events reported in a production line. As all phases of the product lifecycle cover broad topics, this thesis focuses on supporting experts in understanding and comparing relations between important aspects of the respective phases, such as concept relationships in the patent domain, as well as production line layouts, or relations of events reported in a production line. During the design phase, it is important to understand the relations of concepts, such as key concepts in patents. Hence, this thesis presents approaches that help domain experts to explore the relationship of such concepts visually. It first focuses on the support of analyzing patent relationships and then extends the presented approach to convey relations about arbitrary concepts, such as authors in scientific literature or keywords on websites. During the planning phase, it is important to discover and compare different possibilities to arrange production line components and additional stashes. In this field, the digitally available data is often insufficient to propose optimal layouts. Therefore, this thesis proposes approaches that help planning experts to design new layouts and optimize positions of machine tools and other components in existing production lines. In the production phase, supporting domain experts in understanding recurring issues and their relation is important to improve the overall efficiency of a production line. This thesis presents visual analytics approaches to help domain experts to understand the relation between events reported by machine tools and comprehend recurring error patterns that may indicate systematic issues during production. Then, this thesis combines the insights and lessons learned from the previous approaches to propose a system that combines augmented reality with visual analysis to allow the monitoring and a situated analysis of machine events directly at the production line. The presented approach primarily focuses on the support of operators on the shop floor. At last, this thesis discusses a possible combination of the product lifecycle with knowledge generating models to communicate insights between the phases, e.g., to prevent issues that are caused from problematic design decisions in earlier phases. In summary, this thesis makes several fundamental contributions to advancing visual analytics techniques in the manufacturing domain by devising new interactive analysis techniques for concept and event relations and by combining them with augmented reality approaches enabling an immersive analysis to improve event handling during production.Item Open Access Concepts and methods for the design, configuration and selection of machine learning solutions in manufacturing(2021) Villanueva Zacarias, Alejandro Gabriel; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.-Ing. habil.)The application of Machine Learning (ML) techniques and methods is common practice in manufacturing companies. They assign teams to the development of ML solutions to support individual use cases. This dissertation refers as ML solution to the set of software components and learning algorithms to deliver a predictive capability based on available use case data, their (hyper) paremeters and technical settings. Currently, development teams face four challenges that complicate the development of ML solutions. First, they lack a formal approach to specify ML solutions that can trace the impact of individual solution components on domain-specific requirements. Second, they lack an approach to document the configurations chosen to build an ML solution, therefore ensuring the reproducibility of the performance obtained. Third, they lack an approach to recommend and select ML solutions that is intuitive for non ML experts. Fourth, they lack a comprehensive sequence of steps that ensures both best practices and the consideration of technical and domain-specific aspects during the development process. Overall, the inability to address these challenges leads to longer development times and higher development costs, as well as less suitable ML solutions that are more difficult to understand and to reuse. This dissertation presents concepts to address these challenges. They are Axiomatic Design for Machine Learning (AD4ML), the ML solution profiling framework and AssistML. AD4ML is a concept for the structured and agile specification of ML solutions. AD4ML establishes clear relationships between domain-specific requirements and concrete software components. AD4ML specifications can thus be validated regarding domain expert requirements before implementation. The ML solution profiling framework employs metadata to document important characteristics of data, technical configurations, and parameter values of software components as well as multiple performance metrics. These metadata constitute the foundations for the reproducibility of ML solutions. AssistML recommends ML solutions for new use cases. AssistML searches among documented ML solutions those that better fulfill the performance preferences of the new use case. The selected solutions are then presented to decision-makers in an intuitive way. Each of these concepts was evaluated and implemented. Combined, these concepts offer development teams a technology-agnostic approach to build ML solutions. The use of these concepts brings multiple benefits, i. e., shorter development times, more efficient development projects, and betterinformed decisions about the development and selection of ML solutions.Item Open Access Autonome Entscheidungsfindung in der Produktionssteuerung komplexer Werkstattfertigungen(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2020) Waschneck, Bernd; Bauernhansl, Thomas (Prof. Dr.-Ing.)Die Variabilität in der kundenindividuellen Massenproduktion stellt eine enorme Herausforderung für die industrielle Fertigung dar. Die komplexe Werkstattfertigung als Produktionsprinzip eignet sich aufgrund der inhärenten Flexibilität besonders für die kundenindividuelle Massenproduktion. Allerdings sind die bestehenden Methodiken für die Produktionssteuerung einer Werkstattfertigung für die Einmal- oder Wiederholproduktion ausgelegt, was zu Defiziten in der Massenproduktion führt. Entweder ist die globale Qualität der Ergebnisse suboptimal oder die notwendige Echtzeitfähigkeit in der Entscheidungsfindung kann nicht bereitgestellt werden. Zudem entsteht durch Veränderungen und Anpassungen der Produktionssteuerung einer komplexen Werkstattfertigung ein hoher manueller Aufwand. In der vorliegenden Arbeit wird eine Methodik für eine dezentrale, selbstorganisierte und autonome Produktionssteuerung für eine Werkstattfertigung entwickelt, die dazu beiträgt, mit der zunehmenden Komplexität und dem Produktionsvolumen umzugehen. Dabei wird die Produktion als Reinforcement-Learning-Modell formalisiert, das die Grundlage für das autonome Lernen einer Strategie zur Optimierung der Abarbeitungsreihenfolge bildet. Mehrere kooperative Deep-Q-Network-Agenten werden in diesem Modell darauf trainiert, eine Strategie zu finden, die eine gegebene Bewertungsfunktion - meist ein Key Performance Indicator aus der Produktion - maximiert. Die Neuronalen Netze, in denen die erlernte Entscheidungslogik der Deep-Q-Network-Agenten abgebildet ist, werden nach der Trainingsphase in die Produktion übertragen. Der Multi-Agenten-Ansatz trägt dazu bei, dass der Lernvorgang beschleunigt wird und im produktiven Einsatz durch die Dezentralität Entscheidungen schneller bestimmt werden können. Die Erprobung der Methodik in zwei praxisnahen Fallbeispielen aus der Halbleiterindustrie zeigt ihre Leistungsfähigkeit. In beiden Fallbeispielen konnten Strategien zur Optimierung der Abarbeitungsreihenfolge auf oder über Expertenniveau autonom erlernt werden. Konkret konnte dadurch im zweiten Fallbeispiel der Anteil verspäteter Aufträge in einer Technologieklasse von 17, 0 % auf 1, 3 % reduziert werden. Abgerundet wird die Arbeit durch eine Einordnung in das soziotechnische System „Fabrik“, in der die Umsetzung der Reihenfolgeentscheidungen durch die Werker betrachtet wird. Dabei wird offensichtlich, dass die Optimierung der Produktionssteuerung ganzheitlich unter Einbeziehung der Werker in einem kontinuierlichen Verbesserungsprozess erfolgen muss.Item Open Access Modell zum maschinellen Lernen von Wirkzusammenhängen bei der Holzverarbeitung auf Basis von online-erfassten Werkzeugmaschinendaten(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2018) Lenz, Jürgen Herbert; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. a. D. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Aufgrund des immer härter werdenden globalen Wettbewerbs müssen produzierende Unternehmen, die auch in der Zukunft profitabel produzieren wollen, ihre Leistungsreserven nutzten. Die Möbelfertigung, die größte holzverarbeitende Industrie, besteht im Hauptprozess aus dem Fräsen von Holzwerkstoffen. Hierbei gibt es Leistungsreserven in der Einsatzplanung der Fräswerkzeuge. Gute Einsatzplanung ist die Voraussetzung für eine hohe Verfügbarkeit des Produktionssystems. Die Einsatzplanung wird durch Entwicklungen wie individuelle Möbelstücke, kleinere Losgrößen und neue Schneidstoffe erschwert. Die Herausforderung der Planungsunsicherheit beim Werkzeugeinsatz in der Holzbearbeitung wächst zusätzlich durch die größere Anzahl an industriell hergestellten Holzwerkstoffen mit jeweils unterschiedlicher Abrasivität. Dadurch wird die Bestimmung der Reststandzeit eines Werkzeuges erschwert. Zielsetzung dieser Arbeit ist die Planungssicherheit des Werkzeugeinsatzes durch eine exakte Planung des Werkzeugwechselfensters sowie durch Prognose der Reststandzeit zu erhöhen. Mithilfe dieser Prognose kann das gesamte Standvermögen des Werkzeuges verwendet werden. Das führt dazu, dass die Verfügbarkeit des Produktionssystems erhöht wird, da durch das Überschreiten der Werkzeugeinsatzgrenze bedingte Stillstände vermieden werden. Hierfür wurde ein Modell erstellt, das online erfasste Daten aus der Werkzeugmaschinensteuerung mit kontextbezogenen Informationen aus Datenbanken wie dem ERP-System und der Werkzeugverwaltung kombiniert. Aus diesen Informationen wird eine werkzeugspezifische Einsatzhistorie gebildet und mit gemessenen physikalischen Werten über den Werkzeugverschleiß und Kantenqualität des Werkstückes in Verbindung gebracht. Diese Verbindung von Bearbeitungshistorie und echten physikalischen Messgrößen bilden die Datenbasis für das maschinelle Lernen von Wirkzusammenhängen. Durch das Erlernen dieser Zusammenhänge kann die Reststandzeit eines Werkzeuges prognostiziert werden und somit die Planungsgenauigkeit des Werkzeugeinsatzes durch exakte Festlegung von Werkzeugwechselfenstern gesteigert werden. Zur Erprobung wurde das entwickelte Modell implementiert und seine Funktionsfähigkeit anhand einer Werkstoff-/Schneidstoffpaarung validiert. Diese Erprobung zeigte dass die Wirkzusammenhänge erlernt werden können.Item Open Access Robotermanipulationsfähigkeiten zur Automatisierung von Instandhaltungsaufgaben(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2019) Friedrich, Christian; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)In Produktionssystemen spielt die Anlagenverfügbarkeit und Produktqualität, vor allem im Hinblick auf ökonomische Unternehmensziele, eine entscheidende Rolle. Damit dies erreicht werden kann, unterliegen Produktionseinrichtungen regelmäßigen Instandhaltungsarbeiten. Während für Inspektionsaufgaben bereits Verfahren zur Verfügung stehen, welche die automatisierte Fehlerdetektion, -isolation und -identifikation erlauben, bestehen bisher keine Systeme, die eine automatische Wiederherstellung des Sollzustands ermöglichen. Aufgrund dessen untersucht diese Arbeit neuartige Manipulationsfähigkeiten, die es einem autonomen Robotersystem erlauben, Wartungs- und Instandsetzungsaufgaben zu automatisieren, hierdurch den menschlichen Akteur unterstützen und langfristig zu einer Attraktivitätssteigerung der Produktion in Hochlohnländern führen könnten. Damit Robotersysteme derart komplexe Aufgaben unter realitätsnahen Bedingungen autonom lösen können, entwickelt diese Arbeit spezielle Fähigkeiten zur Planung, Steuerung und Regelung von Robotermanipulationen. Ein besonderes Hauptaugenmerk bei der Entwicklung dieser Methoden liegt dabei vor allem auf der zeiteffizienten Planung sowie der Möglichkeit zur Kompensation von Umweltunsicherheiten zwischen a priori und Sensordaten. Für die Aufgabenplanung wird ein Verfahren entwickelt, welches auf Basis von CAD- und visuellen Sensordaten, die notwendigen Manipulationen in Form symbolischer Anweisungen generiert. Durch einen neuartigen stichprobenbasierten Ansatz wird eine zeiteffiziente Berechnung möglicher Demontageräume erlaubt. Damit eine zielgerichtete Akquirierung relevanter Sensordaten ermöglicht werden kann, wird ein Algorithmus vorgestellt, der mittels aufgabenabhängiger Metriken die Kombination von Kartenexploration und Objekterkennung in einer geeigneten Sensorpose zulässt. Zur Planung einer Bewegungsbahn, für die Ausführung der einzelnen Manipulationsaufgaben, werden, dem Stand der Technik gemäß, bekannte globale Bahnplanungsverfahren verwendet. Jedoch wird eine Vorverarbeitungsstrategie vorgeschlagen, die auf Grundlage einer adaptiven Schrittweitensteuerung eine deutliche Reduktion des Planungsraums zulässt, wodurch eine niedrigere Planungszeit bei höherer Erfolgsrate in der Lösungsfindung erzielt wird. Die aus der Planung generierte Beschreibung wird weitergehend in ein Anwenderprogramm umgesetzt. Hierzu wird ausgehend von einer allgemeinen Dekompositionsvorschrift die Generierung elementarer Roboterkontrollanweisungen erlaubt, welche aufgabenabhängig über propriozeptive oder exterozeptive Regler ausgeführt werden. Die entwickelten Manipulationsfähigkeiten werden in eine Steuerungsarchitektur integriert und ganzheitlich an einem Demonstratorsystem, anhand praxisrelevanter Anwendungsfälle, experimentell validiert.Item Open Access Beitrag zur Modellierung und Simulation des Strahlzerfalls bei der pneumatischen Lackzerstäubung(2020) Shen, Bo; Westkämper, Engelbert (Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Der Zerstäubungsprozess ist der zentrale Vorgang bei der Spritzlackierung. Bei pneumatischen Zerstäubern wird der Lack durch Zerstäubungsgase, die mit Hochgeschwindigkeit strömen, zerlegt. Der Einfluss der Eigenschaften der Zerstäubungsgase auf die Zerstäubung und den gesamten Spritzvorgang wird zuerst im Rahmen dieser Arbeit durch experimentelle und numerische Untersuchungen studiert. Hierbei ist festzustellen, dass Gase mit geringerer Dichte höhere Strömungsgeschwindigkeiten nahe am Zerstäuber erzielen und damit eine bessere Zerstäubung bewirken. Gleichzeitig fällt die Gasgeschwindigkeit schneller wieder ab, wodurch der Staudruck minimiert wird und ein hoher Lackauftragswirkungsgrad erzielt werden kann. Anschließend fokussiert diese Arbeit auf numerische Untersuchungen zum Primärzerfall von Flüssigkeitsstrahlen unter Verwendung der Volume-of-Fluid-Methode (VOF). In der Simulation sind unterschiedliche Zerfallserscheinungen zu beobachten. Die Länge des intakten Flüssigkeitsstrahls, welche häufig als Maßstab zur Bewertung der Zerstäubungsqualität verwendet wird, lässt sich ebenfalls bestimmen. Zum Herausfinden der Bedingungen für einen effizienten Primärzerfall werden zwei Zerfallsindizes eingeführt. Eine negative Korrelation zwischen den Zerfallsindizes und dem dynamischen Druckverhältnis ist festzustellen. Schließlich wird der Stahlzerfall separat mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera und eines Laserbeugungssystems untersucht. Die erzielten Ergebnisse werden mit den Simulationsergebnissen verglichen.Item Open Access Smart Engineering Apps für eine mobile und situationssensitive Bereitstellung von Engineeringdaten(2019) Hoos, Eva; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.-Ing.)Globale Megatrends wie steigende Produktindividualisierung, kürzere Produktlebenszyklen und steigende Produktkomplexität führen zu erheblichen Herausforderungen im Engineering, also in der Produkt- und Produktionsprozessentwicklung. Die Informationsbereitstellung in der Engineeringdomäne ist zeitaufwendig und komplex, deshalb werden Engineeringprozesse nur unzureichend unterstützt. Gleichzeitig wird das Potenzial neuer Technologien wie mobile Apps oder situationssensitive Anwendungen bisher nicht genutzt. Um dies zu adressieren, stehen im Zentrum dieser Arbeit Smart Engineering Apps (SEA), die eine mobile und situationsabhängige Bereitstellung von Engineeringdaten ermöglichen. Die Beiträge der Doktorarbeit umfassen sowohl die Konzeption und prototypische Implementierung von SEAs als auch die Entwicklung von Methoden und Konzepten für deren strategischen Einsatz und Entwurf. Die Beiträge lassen sich in drei Teilbereiche untergliedern: (1) Es wird eine systematische, prozessorientierte Analysemethode zur Identifikation von App-Potenzialen bereitgestellt. Die Methode wird auf mehrere Engineeringprozesse angewendet, um eine Übersicht über App-Potenziale und den möglichen Geschäftsnutzen zu erhalten. (2) Für die systematische Konzeption der Situationssensitivität wird ein Entwurfsframework zur Verfügung gestellt. Es stellt sowohl ein Metamodell für Situationen als auch Entwicklungsmethoden und -bausteine für die Modellierung und Erfassung von Situationen bereit. (3) Die situationsabhängige Bereitstellung von Engineeringdaten stellt eine Kernfunktionalität von SEAs dar. Das erarbeitete Konzept ermöglicht die Realisierung von SEAs, die Anwendern nur die Engineeringdaten zur Verfügung stellen, die sie für ihre aktuelle Aufgabe benötigen. Auf Basis der entwickelten Konzepte und Methoden werden zwei SEAs realisiert. Die Evaluation der Forschungsbeiträge erfolgt durch die Anwendung der Konzepte und Methoden bei deren Entwurf. Damit wird gezeigt, dass die erarbeiteten Forschungsbeiträge in realen Anwendungsfällen einsetzbar sind und dass sie den Entwurf von SEAs unterstützen. Eine Expertenevaluation zeigt, dass durch SEAs Prozessverbesserungen erreicht werden können. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass SEAs die Herausforderungen der Informationsbereitstellung im Engineering adressieren. Durch die entwickelten Lösungskonzepte werden der Entwurf und die Konzeption von SEAs unterstützt. Deren Einsatz liefert einen Beitrag für Prozessverbesserungen im Engineering.Item Open Access Development of a bioinspired multimodal mobile robot platform(2024) Kim, HyunGyu; Sitti, Metin (Prof. Dr.)Item Open Access Aspekte des Change Management in großen koordinierten Systemverbünden(2019) Königsberger, Jan; Mitschang, Bernhard (Prof. Dr.-Ing. habil.)Diese Arbeit untersucht verschiedene Aspekte von Änderungsvorhaben im Rahmen großer Systemverbünde in serviceorientierten Architekturen (SOA). Entsprechende Änderungsaktivitäten und -prozesse werden unter dem Begriff Change Management zusammengefasst und sind ein Teilbereich der SOA Governance. Die SOA Governance definiert Prozesse und Richtlinien zur Steuerung und Überwachung einer SOA. Änderungsprozesse müssen für jede Änderung an einem Bestandteil eines SOA-Systemverbundes, wie etwa eines Services oder seiner Schnittstellen, durchlaufen werden. Daher ist es essentiell, dass solche Prozesse klar dokumentiert und möglichst schlank gehalten werden. Aufgrund der Komplexität eines Systemverbundes ist die Unterstützung der Änderungsprozesse durch spezialisierte Softwareanwendungen unabdingbar zur effizienten Durchführung von Änderungsvorhaben. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwicklung von Methoden und Verfahren zur Unterstützung der Änderungsprozesse und der Governance serviceorientierter Architekturen. Zur Erreichung dieses Ziel liefert die vorliegende Arbeit mehrere Beiträge. Es werden zunächst Möglichkeiten zur Vereinfachung der Integration von neuen Service-Consumern in eine SOA vorgestellt. Hierzu wurde das Konzept der Business Objects plus entwickelt. Dieses zielt auf eine Vereinheitlichung von häufig genutzten Datenobjekten über Domänengrenzen hinweg ab, wodurch die Anbindung von Consumern vereinfacht wird. Einen weiteren Beitrag aus diesem Themenfeld stellt die REST-to-SOAP-Middleware Architecture dar. Sie ermöglicht die Anbindung von existierenden, klassischen SOAP-basierten Webservices in Anwendungsfällen, die das leichtgewichtigere REST-Architekturparadigma nutzen. Durch den Einsatz moderner Technologien können sich neue Möglichkeiten bei der Entwicklung von Softwaresystemen eröffnen. Konkret untersucht diese Arbeit dazu die Einsatzmöglichkeiten semantischer Technologien in der Entwicklung eines SOA-Governance-Informationssystems, das Stakeholdern einer SOA eine effiziente Erledigung ihrer Aufgaben ermöglichen soll. Ein weiterer wichtiger Themenkomplex ist die Durchführung von Software- und Schnittstellentests im Rahmen eines Änderungsprozesses. Insbesondere in einem Systemverbund sind dabei eine Vielzahl an Abhängigkeiten zwischen Systemen und Services zu beachten. Diese Arbeit liefert dazu eine Methode zur Risikobewertung von Änderungen, wodurch eine zielgerichtete und ressourcenschonende Testdurchführung ermöglicht wird. Zur Unterstützung der Testplanung und -durchführung wurde in einem weiteren Beitrag ein Konzept zur automatischen Generierung und Optimierung von Testzeitplänen entwickelt, welches existierende Abhängigkeiten und Randbedingungen mit einbezieht, durch die eine manuelle Erstellung eines solchen Zeitplans komplex wäre. Die in dieser Arbeit entwickelten Methoden und Konzepte wurden als Prototyp eines SOA-Governance-Informationssystems, dem SOA Governance Repository implementiert, das ebenfalls vorgestellt wird.Item Open Access Flexible Führung hochbrillanter Laserstrahlen mit optischen Fasern(München : utzverlag, 2020) Röhrer, Christian; Graf, Thomas (Prof. Dr. phil. nat.)Festkörperlaser mit beugungsbegrenzter Strahlqualität eröffnen durch ihre stetig steigende Ausgangsleistung kontinuierlich neue Anwendungsfelder in der Lasermaterialbearbeitung. In Hinblick auf den wachsenden Bedarf einer flexiblen Strahlführung von Festkörperlaserstrahlung gewinnen optische Glasfasern hierbei, bedingt durch ihre vergleichsweise niedrigen Kosten, hohe Zuverlässigkeit und Vielseitigkeit, in industriellen Systemen immer mehr an Bedeutung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher verschiedene optische Glasfasern für Anwendungen im Dauerstrichbetrieb (CW), wie auch für ultrakurz gepulste (UKP) Strahlung, untersucht. Für Anwendungen von cw-Lasern bis in den kW-Bereich wurde der Grundmodestrahltransport in hochgradig multimodigen Stufenindexfasern untersucht. Hierfür wurde die gesamte Entwicklungskette von der Faserauslegung über die Faserproduktion bis hin zur Fasercharakterisierung durchgeführt. Im Bereich der Hohlkernfasern, wie sie typischerweise für die Übertragung von UKP-Strahlung verwendet werden, wurden Fasern bezüglich ihres polarisationserhaltenden Verhaltens analysiert, da die Polarisation einen entscheidenden Parameter für eine Vielzahl der Prozesse in der Mikromaterialbearbeitung darstellt. Zum Grundmodestrahltransport in hochgradig multimodigen Stufenindexfasern wurde zu Beginn der Einfluss des Faserkerndurchmessers untersucht, um den minimal benötigten effektiven Brechzahlunterschied Δneff zwischen den Moden LP01 und LP11, der zur Unterdrückung von Modenmischung notwendig ist, zu finden. Hierbei wurde gezeigt, dass es möglich ist, in Fasern mit Kerndurchmessern von bis zu 80 µm bei einer numerischen Apertur (NA) von 0,111 über eine Faserlänge zwischen 5 und 10 m eine nahezu beugungsbegrenzte Strahlqualität (Beugungsmaßzahl M² ≈ 1,3) beizubehalten. Dies entspricht beim größten Faserkerndurchmesser von 80 µm einer effektiven Modenfläche von 2800 µm² bei einem Δneff von 0,5·10-4. Der Einfluss der Einkopplung wurde zuerst theoretisch mit Hilfe numerischer Simulationen untersucht, bevor die Ergebnisse experimentell bestätigt wurden, indem die Strahlgröße des fokussierten Gaußstrahls auf der Faserfacette variiert wurde. Bei optimaler Einkopplung in die Faser, das heißt, der Überlapp zwischen einfallendem Strahl und LP01-Grundmode der Faser ist maximal, konnte nach der Faser die niedrigste Beugungsmaßzahl gemessen werden. Außerdem wurde gezeigt, dass die Strahlqualität nach der Faser selbst für Biegeradien der Faser bis hinab zu 2 cm kaum degradiert und so für alle untersuchten Fasern mit Kerndurchmessern zwischen 50 und 80 µm stets ein M² kleiner 1,5 gemessen werden konnte. Die Schwellleistung von stimulierter Raman-Streuung konnte experimentell für eine Faser mit einem Kerndurchmesser von 80 µm bei einer Länge von 10 m, welche lose auf dem Tisch platziert wurde (Biegeradius rbend ≥ 25 cm), zu mehr als 60 kW ermittelt werden. Um Limitierungen aufgrund thermisch induzierter Aberrationen zu umgehen, wie sie typischerweise bei transmissiven Optiken zur Freistrahleinkopplung auftreten, wurde zur weiteren Untersuchung des Grundmodestrahltransports in hochgradig multimodigen Stufenindexfasern ein monolithischer Ansatz verwendet. Zur experimentellen Realisierung wurde ein cw-Grundmode-Faserlaser an die zu untersuchenden Transportfasern gespleißt, welche auf Basis der Coupled-Mode-Theorie hinsichtlich Faserdesign wie auch Faserproduktion optimiert wurden. Die hierfür notwendigen Taper wurden direkt während des Faserzugs in die Fasern implementiert und alle benötigten Spleißverbindungen wurden vorab entwickelt. Über eine Faserlänge von 100 m konnte auf diese Weise für Fasern mit Kerndurchmessern zwischen 30 und 60 µm bei einer NA von 0,22 die Erhaltung nahezu beugungsbegrenzter Strahlqualität (M² ≈ 1,3) demonstriert werden. Mit steigender Faserlänge wurde eine graduelle Degradierung der Strahlqualität unabhängig vom Faserkerndurchmesser beobachtet. Für eine Faser mit einem Kerndurchmesser von 60 µm bei einer Länge von 380 m konnte trotzdem noch ein M² von 2,1 gezeigt werden. Die Hochleistungstauglichkeit des verwendeten monolithischen Ansatzes konnte demonstriert werden, indem ein Strahl mit einer Leistung von 1 kW über eine 100 m lange Faser mit einem Kerndurchmesser von 60 µm übertragen werden konnte, bei einem M² des transmittierten Strahls von 1,3 und ohne dass stimulierte Raman-Streuung die Übertragung limitierte. Zur Übertragung von UKP-Strahlung wurden zwei verschiedene Typen von Hohlkernfasern bezüglich ihres polarisationserhaltenden Verhaltens untersucht. Die verwendeten photonischen Kristallfasern nutzen „Inhibited-Coupling“ als Strahlführungsmechanismus, wobei die K-7C Faser ein Kagome-Gitter im Fasermantel besitzt, bei der sieben Fehlstellen den Faserkern mit hypozykloider Kernkontur bilden, und die T-8 Faser über einen tubularen Aufbau verfügt, bestehend aus acht Kapillaren im Fasermantel. Es konnte gezeigt werden, dass ein Unterschied der Propagationskonstanten beider orthogonal zueinander polarisierten LP01-Fasermoden δneff ≠ 0) über die Propagation zu einer Phasenverschiebung führt. Dies kann umgangen werden, wenn lediglich eine der beiden LP01-Moden der Faser angeregt wird, indem die Orientierung der linearen Polarisation der in die Faser eingekoppelten Strahlung entweder parallel oder orthogonal zur Biegeebene ausgerichtet ist. Wird hingegen eine Mischung beider Polarisationszustände angeregt, führt dies über die Propagation zu einer Degradierung des linearen Polarisationszustands. Für beide Fasern steigt mit abnehmendem Biegeradius die Differenz beider Propagationskonstanten δneff an, wodurch die Phasenverschiebung zunimmt. Dieses Verhalten wurde theoretisch anhand numerischer Simulationen beschrieben und konnte abschließend mittels experimenteller Ergebnisse bestätigt werden. Es hat sich hierbei gezeigt, dass die Phasenverschiebung in der K-7C Faser etwa einen Faktor 5 höher ist als in der T-8 Faser, was in guter Übereinstimmung mit den numerischen Simulationen steht.