07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik
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Item Open Access Farbkodierte objektangepasste Streifenprojektion für die schnelle 2D- und 3D-Qualitätsprüfung(2002) Haist, Tobias; Tiziani, Hans J.Die Kontrolle von Werkstücken hinsichtlich ihrer dreidimensionalen Geometrie und ihrer Oberflächencharakteristik ist von entscheidender Bedeutung für die automatisierte industrielle Produktion. Vorgestellt wird ein schnelles und robustes Einzelbildverfahren das es gestattet, gleichzeitig die Topographie zu kontrollieren und ein Videobild des Werkstückes zu generieren. Hierzu wird eine objektangepasste Streifenprojektion mit einer farbkodierten Maske verwendet. Zur Detektion können preiswerte Einzelchip Farbkameras zum Einsatz kommen. Das Verfahren erzielt eine vergleichsweise gute 3D-Auflösung von 1/4000 bei einer hohen lateralen 2D- und 3D-Auflösung und ist weitgehend unempfindlich gegen lokale Verschmutzungen und Variation der Beleuchtung.Item Open Access Beitrag zur Untersuchung von hochfesten synthetischen Faserseilen unter hochdynamischer Beanspruchung(Stuttgart : Institut für Fördertechnik und Logistik (IFT) der Universität Stuttgart, 2017) Wehr, Martin; Wehking, Karl-Heinz (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Item Open Access Injection compression molded microlens arrays for hyperspectral imaging(2018) Röder, Marcel; Drexler, Marc; Rothermel, Thilo; Meissner, Thomas; Guenther, Thomas; Zimmermann, AndréItem Open Access Präzise Fahrzeugpositionierung durch Entzerrung der gepulsten magnetischen Flussdichteverteilung einer Ladespule(2017) Martinovic, Dean; Reuss, Hans-Christian (Prof. Dr.-Ing.)Elektrofahrzeuge werden in Zukunft nicht mehr per Kabel, sondern mittels induktiver Ladesysteme mit Strom versorgt. Um eine hohe Ladeleistung sicher übertragen zu können, müssen die Spulen hinreichend genau übereinander positioniert werden, was für den Fahrer eine kaum lösbare Aufgabe darstellt. Das allgemeine Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, eine neue Methode zu untersuchen, die ein gepulstes Magnetfeld der Ladespule zu dessen Ortung nutzt. Hierbei wird das magnetische Pulssignal durch den ferromagnetischen Unterboden des Elektrofahrzeugs verzerrt. Dieser verändert die Pulsamplitude entsprechend einer unbekannten Abbildung, ohne deren Kenntnis eine präzise und eindeutige Positionierung nicht möglich ist. Die Herausforderung der vorliegenden Arbeit ist daher die Bestimmung dieser Abbildung samt ihrer Eigenschaften und Abhängigkeiten. Theoretische Untersuchungen zeigen, dass die Abbildung allgemein vom nicht-deterministischen magnetischen Zustand des Unterbodenmaterials abhängt und dessen messtechnische Erfassung kaum möglich ist. Im weiteren Verlauf der Untersuchungen wird jedoch hergeleitet, dass die Ladespule, das Elektrofahrzeug und die umgebende Atmosphäre zusammen einen magnetischen Kreis bilden, der aufgrund der sehr hohen Reluktanz der Atmosphäre linear ist. Änderungen des magnetischen Zustands haben folglich keinen Einfluss auf die Abbildung. Diese ist somit reproduzierbar und kann messtechnisch einfach erfasst werden. Die These wird für unterschiedliche magnetische Zustände experimentell nachgewiesen. Basierend auf den Forschungsergebnissen wird ein vollständiger Prototyp entwickelt und in ein Versuchsfahrzeug integriert. Das Gesamtsystem wird anschließend erfolgreich getestet. Die gefundenen Ergebnisse zeigen, dass mittels gepulster magnetischer Felder eine universelle, kostengünstige, sichere und präzise Positionierung von Elektrofahrzeugen möglich ist. Dies unterstreicht das Potential des neuen, komfortablen Positionierungsverfahrens eine Schlüsseltechnologie für die Elektromobilität zu werden.Item Open Access Modeling and optimization of turning duplex stainless steels(2015) Ali, Rastee Dalshad; Heisel, Uwe (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. h. c. mult. Dr. h. c. mult.)In the present dissertation, machining investigations into duplex stainless steels are performed under different and systematically well-structured modeling and optimization frameworks. Focusing on the main objective of finding optimum machining process parameters and com-prehensively applying the statistical design of experiments to design the experiments, the study tackles the challenge of integrating modeling and optimization algorithms using six different approaches. Firstly, sets of non-dominated optimal solutions are obtained during cutting standard EN 1.4462 and super EN 1.4410 duplex grades employing statistical regres-sion and Multi-Objective Bat Algorithm. Secondly, fuzzy implication rules are used to derive a universal characteristics index to simultaneously eliminate the discrepancy among the rank-ing system of four multiple attribute decision-making methods and define the optimum cut-ting condition during the facing of austenitic EN 1.4404, duplex EN 1.4462 and 1.4410 stain-less steels at constant cutting speeds. Thirdly, the Taguchi-VIKOR-Meta-heuristic concept is proposed and applied to the mono- and multi-objective optimization of austenitic and duplex stainless steels. Fourthly, a novel approach based on the fuzzy set theory is applied to optimize the multiple surface quality characteristics of austenitic and duplex stainless steels. Fifthly, the multi-pass facing of duplex stainless steels at constant cutting speeds is sustainably optimized using the hybridization of statistical and computation modeling as well as optimization techniques. A new sustainability index is defined and a novel Cuckoo Search for neural network system algorithms is employed for the modeling and optimization. Lastly, the finite element simulation of turning duplex stainless steels is performed, and a novel procedure of the inverse identification of the input parameters is proposed. Statistical and computational optimization techniques are employed to minimize the percentage difference between experimental and numerical results. The study also covers the hypothetical application of finite element simulations in defining the optimum criteria during cutting duplex stainless steels.Item Open Access Ablenk-Systeme für die Multi-Elektronenstrahllithografie auf Basis CMOS-kompatibler Fertigungsprozesse(2017) Jurisch, Michael; Burghartz, Joachim N. (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access The effect of rod orientation on electrical anisotropy in silver nanowire networks for ultra-transparent electrodes(2016) Ackermann, Thomas; Neuhaus, Raphael; Roth, SiegmarTwo-dimensional networks made of metal nanowires are excellent paradigms for the experimental observation of electrical percolation caused by continuous jackstraw-like physical pathways. Such systems became very interesting as alternative material in transparent electrodes, which are fundamental components in display devices. This work presents the experimental characterization of low-haze and ultra-transparent electrodes based on silver nanowires. The films are created by dip-coating, a feasible and scalable liquid film coating technique. We have found dominant alignment of the silver nanowires in withdrawal direction. The impact of this structural anisotropy on electrical anisotropy becomes more pronounced for low area coverage. The rod alignment does not influence the technical usability of the films as significant electrical anisotropy occurs only at optical transmission higher than 99 %. For films with lower transmission, electrical anisotropy becomes negligible. In addition to the experimental work, we have carried out computational studies in order to explain our findings further and compare them to our experiments and previous literature. This paper presents the first experimental observation of electrical anisotropy in two-dimensional silver nanowire networks close at the percolation threshold.Item Open Access Methodik zum leichtbaugerechten Konzipieren(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2016) Posner, Benedikt; Binz, Hansgeorg (Prof. Dr.-Ing.)In der vorliegenden Arbeit wurde ein Methoden-Baukasten erarbeitet, um Leichtbaupotenziale zu analysieren und bereits in der Konzeptphase Leichtbau-Lösungen zu entwickeln. Aus der Leichtbau-Produktentwicklung sind verschiedene Leichtbau-Strategien bekannt, wie z. B. der Werkstoffleichtbau. Durch eine Zuordnung dieser Strategien zum generischen Produktentwicklungsprozess ergeben sich Lücken in der Methodik der Leichtbau-Produktentwicklung. Leichtbau wird in der von verschiedenen Autoren als wesentlich hervorgehobenen Konzeptphase kaum methodisch unterstützt. Der in der vorliegenden Arbeit entwickelte Methoden-Baukasten zum leichtbaugerechten Konzipieren schließt diese Lücke. Dieser kann durch seinen modularen Aufbau den unterschiedlichen Schwerpunkten der unternehmens- und projektspezifischen Produktentwicklungsprozesse angepasst werden. Die Funktionsmassenanalyse stellt das erste Methoden-Modul des Methoden-Baukastens dar. Mit ihr kann der Konstrukteur systematisch ein umfassendes Grundverständnis für die Funktionszusammenhänge und die im Produkt verbauten Massen entwickeln. Dabei werden zum einen die Wichtigkeit der Funktionen für die Erfüllung der Kundenanforderungen analysiert und zum anderen die Massen untersucht, die für die Umsetzung der Funktionen aufgebracht werden. Daraus lassen sich Massenziele sowie Leichtbaupotenziale ableiten. Anschließend wird mit dem resultierenden Wissen das Produkt auf das für den Kunde Wesentliche reduziert. Um die identifizierten Leichtbau-Potenziale auszuschöpfen, müssen Leichtbau-Lösungen gefunden werden. Die vorliegende Arbeit setzt dabei den Fokus auf alle Abstraktionsebenen der Konzeptphase, d. h. Funktions-, Wirk- und Gestaltebene. Die für die Erarbeitung dieser Lösungen entstandenen Methoden-Module basieren auf Grundsätzen zur systematischen Leichtbau-Lösungsentwicklung, diese wurden aufgestellt. Die Idee dieser Grundsätze ist es, zunächst den Informationsgehalt des Modells zu analysieren, das in der jeweiligen Abstraktionsebene der Lösungsbeschreibung eingesetzt wird. Ein Beispiel eines solchen Modells ist die Funktionsstruktur. Danach werden die Variationsmöglichkeiten erweitert. Dies geschieht basierend auf dem Ansatz, den das Contact & Channel - Model zur Lösungsvariation vorschlägt. Daraufhin werden die Variationsmöglichkeiten überprüft, ob sie für die Entwicklung einer Leichtbau-Lösung zweckmäßig sind. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn sie das Umsetzen einer bestimmten Leichtbau-Strategie begünstigen. Um aus der entstandenen Lösungsvielfalt diejenigen mit einem größeren Leichtbaupotenzial auszuwählen, wird in der vorliegenden Arbeit ein zielführendes Vorgehen präsentiert. Die resultierenden Methoden werden in den sogenannten Funktions-, Wirk- und Gestalt-Leichtbau-Modulen beschrieben. Besonders auf Gestaltebene ist es wichtig, Lösungen abstrahieren zu können, um sich nicht auf diese zu fixieren. Das Gestalt-Leichtbau-Modul, welches auch als Leichtbau-Denkwerkzeuge bezeichnet wird, unterstützt dies. Außerdem umfasst dieses Methoden-Modul eine schrittweise Variation und eine vollständige, systematische Entwicklung von Leichtbau-Lösungen. Aus der Erweiterung der Leichtbau-Denkwerkzeuge unter Nutzung der bionischen Methoden entstand das Struktur-Leichtbau-Modul. Dieses hilft Konstrukteuren bereits ab der abstrakten Ebene der Wirkstruktur bei der Entwicklung von Strukturen unter Leichtbauaspekten. Die einfachen Regeln des Modells können bereits auf abstraktem Niveau für die Leichtbau-Strukturentwicklung angewendet werden. Die Regeln wurden dabei beispielsweise zur Berücksichtigung von Bauraumbeschränkungen und bewegten Bauteilen ergänzt. Eine Herausforderung des Leichtbaus beim Konzipieren ist es außerdem, dass die Masse von verschiedenen Funktionsstrukturen, Wirkprinzipien und Wirkstrukturen erst nach Festlegung des Volumens jedes Bauteils sowie des Werkstoffs bzw. dessen Dichte bekannt ist. Die Funktionsmasseneinschätzung, als weiteres Methoden-Modul, dient der Abschätzung des Leichtbau-Potenzials verschiedener Lösungen auf dem abstrakten Niveau der Funktions- und Wirkebene. Dazu werden systematisch Lösungen in Teillösungen zerlegt sowie andere Produkte mit teilweise ähnlicher Umsetzung dieser Teillösung analysiert. Basierend darauf kann eine Aussage über das Leichtbaupotenzial der abstrakten Lösungen getroffen und diese bezüglich Leichtbaukriterien ausgewählt werden. Der Methoden-Baukasten wurde in verschiedenen Industrieprojekten angewendet. Die resultierenden Evaluationsergebnisse waren ausnahmslos positiv. Als besonderer Vorteil zeigte sich, dass die Methoden-Module ohne weitere Softwareimplementierung mit einfachen Hilfsmitteln und in moderierten Workshops mit Entwicklern angewendet wurden. Dadurch konnten systematisch Leichtbau-Lösungen mittels des Methoden-Baukastens entwickelt werden.Item Open Access Modellbasierter Testprozess der akustischen Mensch-Maschine-Schnittstelle eines Infotainmentsystems im Kraftfahrzeug(2015) Lütze, Lars; Spath, Dieter (Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c.)Die softwarebasierte Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) wurde in den vergangenen Jahren zu einem zentralen Bedienelemente im Kraftfahrzeug. Immer komplexere Infotainmentsysteme mit hoher Funktionsdichte erfordern eine stetige Erweiterung und Verbesserung der MMS hinsichtlich des Bedien-komforts und der Bediensicherheit. In diesem Kontext ist die akustische MMS zur Sprachbedienung der Infotainmentsysteme zunehmend in den Vorder-grund gerückt. Durch die sich verkürzenden Entwicklungszyklen, steigenden Kostendruck und die hohe Funktionsdichte neuer Systeme ist die funktionale Qualität der akustischen MMS mit den bisher angewandten Prozessen und Methoden schon heute nur schwer zu gewährleisten. Zur Lösung dieser Herausforderung ist eine These formuliert, nach welcher es möglich ist, die akustische MMS eines Infotainmentsystems im Kfz modell-basiert und automatisiert zu testen. Hierbei soll die MMS selbst als Test-schnittstelle Verwendung finden, wodurch ein „virtueller Tester“ entsteht. Für die Beweisführung stehen zunächst die Eigenschaften und Anforderungen des Modellbasierten Tests (MBT) im Vordergrund. Durch ein modellbasiertes Vorgehen können Testaktivitäten zu einem früheren Zeitpunkt beginnen und mögliche Fehler bereits in einer frühen Projektphase identifiziert werden. Die Gegenüberstellung der Prozesse zum manuellen-, automatischen- und MBT zeigt, dass eine Weiterentwicklung zum MBT auf nahezu alle Testaktivitäten Einfluss hat und das Verständnis zum Test ganzheitlich verändern kann. Um diese Veränderung zielorientiert umzusetzen, findet das Prozessmodell des „Test Process Improvement“ (TPI) Verwendung. Die vorhandenen Test-prozesse werden auf ihre Reife hin beurteilt und notwendige Verbesserungs-maßnahmen definiert. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die reale Prozessreife vorhandener Testprozesse auf einem zufriedenstellenden Niveau bewegt. Durch die Umsetzung der abgeleiteten, konkreten Verbesserungsvorschläge können vorhandene Defizite im Prozess abgestellt werden. Nach einer Analyse bestehender Möglichkeiten zur Modellierung, werden Anforderungen an das Modell formuliert. Auf deren Basis wird eine Model-lierungssyntax entwickelt, welche die formale Modellierung der akustischen MMS eines Infotainmentsystems ermöglicht. In der praktischen Anwendung des entwickelten Formalismus werden sowohl Herausforderungen in der Modellierung erkannt und gelöst, als auch Potenziale der Modellierung identi-fiziert. Es kann bewiesen werden, dass die Modellierung der akustischen MMS im Kraftfahrzeug als formales Zustandsdiagramm möglich ist. Damit ist die Basis geschaffen, um den MBT-Prozess einzuführen und den virtuellen Tester zu realisieren. Ergänzend wird geprüft, ob die entwickelte Modellierungs-syntax auf die haptische MMS übertragen werden kann. Im nächsten Schritt sind auf Basis des entwickelten Modells der akustischen MMS Testfälle zu generieren. Mit diesem Ziel werden verschiedene Werk-zeuge zur Testfallgenerierung evaluiert. Nach der Bestimmung relevanter Anforderungen werden die Werkzeuge einem Praxistests unterzogen. Daten-basis sind die bereits erstellten Testmodelle. Das Werkzeug „MBTsuite“ wird schließlich als jenes mit der höchsten Anforderungsüberdeckung identifiziert. In der Folge werden verschiedene Generierungsstrategien bewertet und Wege einer effizienten Vorgehensweise ausgearbeitet. Es kann bewiesen werden, dass durch Anpassungen der „MBTsuite“ neben der testmodellorien-tierten Vorgehensweise auch die Testfallgenerierung aus dem vorhandenen Systemmodell der akustischen MMS umgesetzt werden kann. Die zentralen Elemente des MBT sind damit realisiert. Die entwickelte Vorgehensweise zur Testfallgenerierung wird auch auf die haptische MMS übertragen. Individuelle Modellcharakteristika erfordern hier abweichende Teststrategien. Um die Effizienz der Testdurchführung zu steigern, wird schließlich eine Testumgebung zur automatischen Ausführung der generierten Testfälle umgesetzt. In diesem Kontext rückt die Verwendung einer expliziten Test-schnittstelle zur Ansteuerung des Infotainmentsystems in den Fokus. Vor- und Nachteile der Schnittstelle werden erörtert, wobei die Risiken in deren Verwendung schließlich überwiegen. Aus diesem Grund wird zunächst ein „einfacher“ Funktionstest des Sprachdialogsystems (SDS) in eine neue Test-umgebung transferiert und so ein automatischer Test ohne die Verwendung einer expliziten Testschnittstelle realisiert. Auf Basis der hierdurch erlangten Erkenntnisse wird schließlich der zum Ziel gesetzte automatische Dialogtest des SDS entwickelt. Hierfür wird die vorhandene Testumgebung um die Möglichkeit der akustischen Systemeingabe und der Erkennung von akustischen Systemausgaben erweitert. Abschließend findet eine Bewertung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der entwickelten Methodik statt. Es kann gezeigt werden, dass die Effizienz des Prozesses zum Test der akustischen MMS durch die entwickelte, modell-basierte Vorgehensweise gesteigert wird.Item Open Access Wegmess-System für Miniatur-Linearmotoren (SensMiLi)(2012) Wibbing, Daniel; Schinköthe, Wolfgang (Prof. Dr.-Ing)Es wird ein neuartiges Prinzip für ein optisch absolut codiertes Wegmess-System vorgestellt, das auf der Beugung von Licht beruht. Optimiert für die Integration in Miniatur-Linearmotoren soll es diese zu hochdy- namischen, mikrometergenauen Bewegungen in Reinräumen befähigen. Zum ersten Mal wird gezeigt wie q-näre Pseudo-Zufalls-Sequenzen durch optische Beugung codiert werden können und so u.a. Verbesserungen bzgl. Code-Effizienz und Integrationsfähigkeit ermöglichen.
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