Universität Stuttgart
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Item Open Access iWindow - Intelligentes Maschinenfenster(Düsseldorf : VDI Verlag, 2018) Sommer, Philipp; Verl, Alexander; Kiefer, Manuel; Rahäuser, Raphael; Müller, Sebastian; Brühl, Jens; Gras, Michael; Berckmann, Eva; Stautner, Marc; Schäfer, D.; Schotte, Wolfgang; Do-Khac, Dennis; Neyrinck, Adrian; Eger, Ulrich; Sommer, PhilippDas Verbundforschungsprojekt iWindow: Intelligentes Maschinenfenster beschäftigte sich mit der visuellen Unterstützung von Maschinenbedienern an Werkzeugmaschinen. Diese konnten bisher nur auf wenige bis keine Systeme, die sie bei ihren täglichen Aufgaben direkt an der Werkzeugmaschine unterstützen, zurückgreifen. Das Forschungsprojekt verbindet reale und virtuelle Welt in der Werkzeugmaschine durch Technologien wie Virtual und Augmented Reality, digitaler Zwilling, Simulation und Mehrwertdienste. Durch Nutzung jeweils für die aktuelle Arbeitssituation passender Dienste, werden Mitarbeiter befähigt, sich an die steigende Individualisierung der Produkte und die flexiblere Produktion anzupassen. Kunden und Geschäftspartner werden durch die Möglichkeit eigene mehrwertgenerierende Dienste zu entwickeln und anderen Anwendern zur Verfügung zu stellen in den Wertschöpfungsprozess eingebunden. Diese Publikation beleuchtet die im Rahmen des Forschungsprojekts erarbeiteten Ergebnisse hinsichtlich für ein intelligentes Maschinenfenster benötigter Technologien und Entwicklungen.Item Open Access Aufnahme und Nachbearbeitung von Bahnen bei der Programmierung durch Vormachen von Industrierobotern(2011) Meyer, Christian; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing.)Industrieroboter werden vornehmlich in der Großindustrie eingesetzt, dort stehen sie seit Jahrzehnten für flexible Automatisierung auf höchstem Niveau. Kleine und mittlere Unternehmen aber haben Probleme, Industrieroboter einzusetzen, da sie in anderen Losgrößen arbeiten und andere Infrastrukturmöglichkeiten haben. Sie stecken häufig in einer Automatisierungszwickmühle, sie müssen rationalisieren, können die in Großbetrieben etablierten Methoden aber nicht anwenden. Um dieses Defizit zu mindern, wurde ein Verfahren zur schnellen und intuitiven Programmierung von Industrierobotern entwickelt. Das Verfahren wurde an der Beispielanwendung MAG-Schweißen verifiziert. Die Interaktion mit der Schweißroboterzelle wird dabei multimodal vom Prozessexperten, dem Schweißer, vorgenommen. Mittels Programmierung durch Vormachen kann der Schweißer den Roboter entlang der zu schweißenden Nähte verfahren, eine Kraftregelung führt den Roboter dahin, wo der Bediener ihn hindrückt. Ein besonderer Fokus der Arbeit liegt auf der dann folgenden Nachbearbeitung der Bahn. So wurde ein Verfahren entwickelt, das es erlaubt, die aufgenommenen Bahndaten zu komprimieren und Geometrieprimitive zuzuweisen. Die Kompression nutzt den Douglas-Peucker-Algorithmus, für das Mapping der Daten werden entsprechende Kriterien erstellt. Verschiedene Kombinationen von Algorithmen wurden implementiert und verglichen. Der zweite Entwicklungsschwerpunkt lag in der Verbesserung der manuell aufgenommenen Bahn auf der Basis lokaler Werkstückgeometrie. Diese Geometriedaten bestehen aus einer Punktewolke, die mit einem Laserscanner aufgenommen werden kann. Zwei Verfahren zur Auswertung wurden entwickelt, ein auf den einzelnen Scanlinien basierendes Verfahren zur Optimierung der Bahn, sowie ein Verfahren zur Flächenrückführung, basierend auf einem Region Growth Ansatz. Die entwickelten Verfahren und Algorithmen bei einem KMU getestet. Dort wurde einerseits sichergestellt, dass das Robotersystem reale Bauteile fertigen kann, andererseits wurden Programmiertests mit Mitarbeitern der Firma durchgeführt. Die Testläufe zeigten, dass die Referenzbauteile mit dem entwickelten Programmierverfahren gefertigt werden können und die Ziele der Arbeit, die Vereinfachung der Programmierung und die Verkürzung der Programmierzeit, erreicht wurden.Item Open Access Verfahren zur automatisierten Handhabung von hochsensiblen Photovoltaik-Substraten aus Flüssigkeiten(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Giesen, Tim; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Bestrebungen in der Entwicklung und der Produktion zukünftiger kristalliner Photovoltaik-Zellen haben unter anderem den reduzierten Einsatz von hochreinem Silizium mittels neuer Produktionstechnologien im Fokus. Für die Herstellung von ultra-dünnen Siliziumsubstraten kann das thermomechanische Verhalten des Siliziums genutzt werden, um folienartige, stark gebogene Substrate mit Dicken zwischen 50 - 80 μm zu erzeugen. Diese müssen in anschließenden Prozessschritten gereinigt werden, um flache, nutzbare Substrate für Photovoltaikzellen zu gewinnen. Ziel dieser Arbeit ist es, für die Reinigung der sich transformierenden Substrate - von einem gebogenen in einen flachen Zustand während des Reinigungsschrittes - eine automatisierte Handhabung zu entwickeln und zu erproben. In der Folge werden die Randbedingungen für das Handhabungsverfahren analysiert, Anforderungen an das Verfahren abgeleitet und das Verfahren konzipiert. Unter der Berücksichtigung von unsteten Bedingungen durch die Prozessflüssigkeit wird das Handhabungsverfahren im aufgestellten Modell regelbar ausgelegt. Die Komplikationen des Handhabungsverfahrens werden erörtert und dabei die Wirkzusammenhänge zwischen Greifpunktpräzision und resultierender Positioniergenauigkeit für einen kontinuierlich stabilen Prozess deutlich. Mit dem Aufbau eines Demonstrators wird das konzipierte Verfahren umgesetzt und die einzelnen Verfahrensfunktionen experimentell untersucht und charakterisiert. Durch die Identifikation der signifikanten Parameter werden die Bedingungen für eine automatisierte Handhabung in Flüssigkeiten beschrieben. Für die Erprobung werden im Dauerversuch Handhabungsvorgänge bei unterschiedlichen Flüssigkeitszuständen bewertet. Die Erprobungsergebnisse zeigen die potentielle Anwendbarkeit des Verfahrens für die industrielle Nutzung. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Grundlagen für die Automatisierung eines Schlüsselprozesses geschaffen, der die zukünftige Produktion ultra-dünner Siliziumsubstrate und deren Handhabung aus Prozessflüssigkeiten heraus ermöglicht. Es wird ein hoher Erfüllungsgrad der an das Verfahren gestellten Anforderungen aufgezeigt. Synergien des automatisierten Handhabungsverfahrens lassen sich aus den eigens entwickelten Teilsystemen der Greifpunktbestimmung und der Handhabungsbewertung für die situative Prozesslenkung auf weitere, vergleichbare Anwendungsfälle übertragen.Item Open Access Untersuchung von Messgliedern zur Erfassung der Regelgröße beim Erwärmen für das Thixoschmieden(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2019) Gerlach, Oliver; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Thixoschmieden ist ein Umformverfahren mit dem Potential, die Vorteile von Schmieden und Gießen zu vereinen. Es können mit dem Verfahren Formteile mit hoher Endkonturnähe und guter mechanischer Belastbarkeit hergestellt werden. Vor der Anwendung des Verfahrens muss der Rohling in den teilflüssigen Zustand erwärmt werden, wobei das Verhältnis von fester und flüssiger Phase, der sogenannte Flüsigphasenanteil, maßgeblich für die Güte des Umformprozesses ist. Der Flüssigphasenanteil stellt daher die Regelgröße des Erwärmungsvorgangs dar. Es ist zwingende Voraussetzung für das prozesssichere Umformen, dass beim Erwärmen der Rohlinge der gewünschte Flüssigphasenanteil reproduzierbar erreicht wird. Bislang steht jedoch noch keine Methode zur Verfügung, um während der Erwärmung zuverlässig auf den Flüssigphasenanteil im Rohteil schließen zu können. In dieser Arbeit wird eine Übersicht über Messgrößen und -verfahren zur indirekten Erfassung des Flüssigphasenanteils während der Erwärmung gegeben und ihre Vor- und Nachteile dargelegt. Es wird aufgezeigt, dass insbesondere der Bereich der elektrischen Messgrößen noch zu wenig untersucht wurde. Aufbauend auf dieser Erkenntnis wird die elektrische Zeitkonstante als elektrische Messgröße mit einem großen Potential zur Erfassung des Flüssigphasenanteil identifiziert und genauer untersucht. Störeinflüsse auf die Messgröße werden identifiziert und ein Verfahren vorgeschlagen, eine störeinflussarme Messgröße zu erhalten. Mittels dieses Verfahrens wird gezeigt, dass sich die Zeitkonstantenmessung eignet, um die Regelgröße beim Erwärmen in den teilflüssigen Bereich zu erfassen. Abschließend wird das Potential für weitergehende Forschung aufgezeigt.Item Open Access Entwurfsmuster für den Aufbau von Baukästen für das Funktionale Engineering(2015) Buck, Raphael; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult.)Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus bewegen sich heute in einem stark globalisierten Markt, was zu einem hohen Wettbewerbsdruck führt. Daher setzen viele Unternehmen heutzutage neben Innovation, Energieeffizienz und Qualität immer mehr auf die Individualisierung ihrer Produkte, um dem Kunden die für ihn optimale Lösung anbieten und dadurch ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis erreichen zu können. Die Individualisierung von Maschinen und Anlagen führt in den Unternehmen jedoch zu einer erhöhten Komplexität, was sich vor allem im Engineering-Bereich deutlich zeigt, wo explodierende Kosten, Qualitätsprobleme und verlängerte Projektlaufzeiten zu beobachten sind. Diesen Problemen versuchen viele Unternehmen mit baukastenbasierten Funktionalen Engineering Systemen (FES) entgegenzuwirken. Durch Modularisierung und Wiederverwendung von mechatronischen Komponenten ist es möglich, variantenreiche Maschinen und Anlagen zu konfigurieren und Daten und Projektunterlagenautomatisch zu generieren. Die Erstellung der Baukästen für FES ist jedoch zeit- und kostenintensiv. Zudem finden viele Engineering-Prozesse nicht mehr zentral in einem Unternehmen statt, sondern werden firmenübergreifend in Kooperationen hoch spezialisierter Zulieferer und Dienstleister abgewickelt. Für die reproduzierbare Erstellung leicht zu wartender Baukästen wurde deshalb in dieser Arbeit ein Katalog aus mechatronischen Entwurfsmustern erarbeitet. Um Optimierungspotenziale in vorhandenen Baukästen transparent und die Anwendung der entwickelten Entwurfsmuster messbar zu machen, wurden Metriken zur Analyse von FES-Baukästen ermittelt, die in Form eines "Model-Analysers" umgesetzt wurden. Die mechatronischen Entwurfsmuster wurden zum einen benutzt, um Konzepte für firmenübergreifend wiederverwendbare Basisbaukästen zu entwickeln, womit sich Aufwände bei der Erstellung von Baukästen reduzieren lassen. Zum anderen wurden mit Hilfe dieser Entwurfsmuster Konzepte erstellt, um den Einsatz von FES in Kooperationen zwischen Firmen zu ermöglichen.Item Open Access Online path planning for industrial robots with integrated workspace limits and safety criterion(2017) Csiszar, Akos; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing.)