Robuste Kurbelwellenmessung mit Röntgenstrahlung:
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Aachen
Apprimus-Verl.
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| adam_text | Titel: Robuste Kurbelwellenmessung mit Röntgenstrahlung
Autor: Damm, Björn Eric
Jahr: 2013
I nhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
2 Das Maschinenelement Welle 5
2.1 Wellen und Achsen - zentrale Maschinenelemente.............. 6
2.2 Wellen im Verbrennungsmotor......................... 7
2.2.1 Die Kurbelwelle............................. 8
2.2.2 Fertigung von Kurbelwellen...................... 10
2.3 Mess- und Prüfaufgaben an Kurbelwellen................... 13
2.3.1 Integrationsgerade der Fertigungsmesstechnik............ 16
2.3.2 Automatisierte Mess- und Prüftechnik für Kurbelwellen....... 17
2.4 Zwischenfazit.................................. 23
3 Motivation und Zielsetzung der Arbeit 25
3.1 Die deutsche Automobil- und Zuliefererindustrie als Innovationstreiber . . 25
3.1.1 Die Rolle der Fertigungsmesstechnik in der Automobilindustrie . . . 27
3.1.2 Entwicklungstrends der Fertigungsmesstechnik in der Automobilin-
dustrie .................................. 28
3.2 Zielsetzung ................................... 29
3.2.1 Wellenmessung mit Röntgenstrahlung................. 30
3.2.2 Forschungsfragen............................ 31
3.3 Forschungsdesign................................ 31
3.3.1 Modellbildung.............................. 34
4 Physikalische Modellbildung und technische Gestaltung 37
4.1 Das physikalische Modell............................ 37
4.1.1 Elektromagnetische Wellen....................... 37
4.1.2 Röntgenstrahlung............................ 38
4.1.3 Interaktion von Röntgenstrahlung und Materie............ 42
4.1.4 Modellierung der Verschmutzung................... 44
4.1.5 Detektion von Röntgenstrahlung ................... 48
4.2 Das technische Modell............................. 49
4.2.1 Der Versuchsaufbau und die Komponenten.............. 50
4.2.2 Röntgenquelle.............................. 50
4.2.3 Detektor................................. 54
4.2.4 Rundtisch und Linearachse....................... 57
5 Methoden und Algorithmen des Messsystems 59
5.1 Das Signal des Detektors............................ 60
5.1.1 Kenngrößen des Detektorbildes.................... 60
5.2 Bildvorverarbeitung............................... 63
5.2.1 Filterung defekter Pixel ........................ 64
5.2.2 Hell-Dunkelbildabgleich ........................ 65
5.3 Algorithmen zur Kantenerkennung ...................... 66
5.4 Entwicklung des Kantenmodells........................ 68
5.4.1 Kantendetektion basierend auf Polynominterpolation........ 71
5.4.2 Kantendetektion auf Basis der Sigmoidfunktion........... 72
5.5 Bildnachbearbeitung - Entfernung der Restexzentrizität........... 74
5.6 Das geometrische Modell............................ 75
5.6.1 Zusammenhang zwischen den Abständen des Systems und der Schat-
tenbreite ................................. 76
5.7 Kalibrierung des Systems............................ 77
5.7.1 Justierung des Systems......................... 78
5.7.2 Kalibrierung durch exzentrische Drehung............... 80
5.7.3 Kalibrierung durch definierte Systemzustände............ 85
5.8 Algorithmen zur Eingrenzung der Kontur................... 86
5.8.1 Gefilterte Rückprojektion ....................... 87
5.8.2 Tangentiales Eingrenzen........................ 87
5.8.3 Polygonschnittverfahren........................ 88
6 Bewertung des Messsystems 91
6.1 Methoden zur Abschätzung der Messunsicherheit des Systems....... 91
6.1.1 Messunsicherheitsbestimmung anhand von kalibrierten Werkstücken 93
6.1.2 Messnormale .............................. 95
6.2 Bestimmung der Messunsicherheit....................... 96
6.2.1 Bestimmung der Messunsicherheit am Messnormal S5........ 97
6.2.2 Bestimmung der Messunsicherheit unter Einfluss von Taumelfehler
und Exzentrizität............................ 98
6.2.3 Bestimmung der Messunsicherheit an Stufennormalen........ 100
6.2.4 Bestimmung der Messunsicherheit der Rundheit........... 101
6.3 Messreihen zur Robustheit des Systems.................... 105
6.3.1 Durchmesserbestimmung von hartgedrehten Messnormalen..... 105
6.3.2 Bestimmung der Fase eines Vergrößerungsnormals.......... 106
6.4 Messungen an Messnormalen mit Verschmutzungen............. 108
6.4.1 Definiert verschmutzte Messnormale ................. 109
6.4.2 Undefiniert verschmutzte Messnormale................ 112
6.5 Interpretation der Ergebnisse ......................... 114
6.6 Entwicklungspotenzial............................. 116
6.6.1 Variation der Beschleunigungsspannung................ 116
6.6.2 Variation der Zeilenmittelung..................... 117
6.6.3 Variation der Anzahl der aufgenommenen Bilder........... 118
6.6.4 Technologische Weiterentwicklungen ................. 119
7 Zusammenfassung und Fazit 123
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