Industrielle Prozesskontrolle mittels räumlich-zeitlicher Bildverarbeitung auf zellularen neuronalen Netzwerken:
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Aachen
Shaker
2013
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INHALTSVERZEICHNIS
ABSTRACT V
1 EINLEITUNG 1
1.1 ZIELSETZUNG 2
1.2 GLIEDERUNG 3
2 ZELLULARE NEURONALE NETZWERKE (CNN) 5
2.1 URSPRUENGLICHER ANSATZ VON CHUA UND YANG 5
2.2 DYNAMISCHE EIGENSCHAFTEN DES STANDARD-CNN 9
2.3 ABSCHAETZUNG DER RECHENLEISTUNG 13
2.4 GRENZEN DER RECHENGENAUIGKEIT 16
2.5 FULL-RANGE-CNN 17
2.6 CNN UNIVERSAL MACHINE 18
2.7 UEBERSICHT UEBER CNN-IMPLEMENTIERUNGEN 19
2.8 EIGNUNG ZUR INDUSTRIELLEN PROZESSSTEUERUNG 25
2.9 BISHERIGE ANWENDUNGEN VON C N N 27
3 MESSTECHNISCHE CHARAKTERISIERUNG EINER CNN-KAMERA 29
3.1 AUSWAHL EINER KAMERA ZUM AUFBAU VON REGELSYSTEMEN 29
3.2 SYSTEMARCHITEKTUR 30
3.3 PROGRAMMIERUNG 1. 32
3.4 BILDSENSOR 32
3.5 RECHENGENAUIGKEIT 34
3.5.1 MESSUNG VON RAUSCHEN UND RAEUMLICHER INHOMOGENITAET 34
3.5.2 RECHENGENAUIGKEIT VON GRAUWERTOPERATIONEN 35
3.5.3 FADING IN ANALOGSPEICHERN 38
3.6 RECHENLEISTUNG 38
3.6.1 GRAUWERT-OPERATIONEN A U F DEM Q-EYE-CHIP 39
3.6.2 BINAERE OPERATIONEN A U F DEM Q-EYE-CHIP 4 0
3.6.3 NIOS-PROZESSOR 41
3.6.4 VERGLEICH MIT INTEL CORE I7 PROZESSOR 42
3.7 BILDRATEN UND LATENZZEITEN 4 4
3.8 STAERKEN UND SCHWAECHEN DER KAMERA 4 6
4 REGELUNG VON LASERSCHWEISSPROZESSEN 49
4.1 DER TIEFSCHWEISSPROZESS 4 9
4.2 MOEGLICHE STELLGROESSEN 51
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IMAGE 2
II INHALTSVERZEICHNIS
4.3 DAS DURCHSCHWEISSLOCH ALS BILDMERKMAL FUER DIE EINSCHWEISSTIEFE 52
4.4 BILDVERARBEITUNGSSYSTEM ZUR ERFASSUNG DES DURCHSCHWEISSLOCHES 54
4.5 ALGORITHMEN ZUR DETEKTION DES DURCHSCHWEISSLOCHES 57
4.5.1 CHARAKTERISIERUNG DES DURCHSCHWEISSLOCHES 57
4.5.2 REFERENZ ZUR BEWERTUNG DER ALGORITHMEN 60
4.5.3 CNN-ALGORITHMUS FUER KONSTANTE SCHWEISSRICHTUNG 61
4.5.4 SCHWEISSRICHTUNGSUNABHAENGIGER CNN-ALGORITHMUS 62
4.6 CHARAKTERISIERUNG DES SCHWEISSPROZESSES AM OFFENEN REGELKREIS 64
4.6.1 WIRKUNGSPLAN DES REGELKREISES 64
4.6.2 MESSGROESSE ZUR BESCHREIBUNG DES DURCHSCHWEISSLOCHES 66
4.6.3 STATISCHE ABHAENGIGKEIT ZWISCHEN STELL- UND REGELGROESSE 68
4.6.4 DYNAMISCHES VERHALTEN DER REGELGROESSE 72
4.7 GEREGELTE SCHWEISSUNGEN 76
4.7.1 ENTWICKLUNG EINER REGELEINRICHTUNG 77
4.7.2 AUSREGELUNG VON STOERGROESSEN 81
4.7.3 GRENZEN DER REGELUNG 86
4.8 ZUSAMMENFASSUNG 87
5 UEBERWACHUNG VON DRAHTZIEHPROZESSEN 89
5.1 DER DRAHTZIEHPROZESS 89
5.2 BILDVERARBEITUNGSSYSTEM 91
5.2.1 MESSANORDNUNG 92
5.2.2 MESSTECHNISCHE ANFORDERUNGEN 93
5.2.3 AUFBAU DER BELEUCHTUNGSEINHEIT 95
5.2.4 AUFBAU DES DEMONSTRATORS 100
5.3 ALGORITHMENENTWICKLUNG 102
5.3.1 REFERENZ UND ANFORDERUNG AN DIE ERKENNUNGSSICHERHEIT 102
5.3.2 DETEKTION VON RATTERMARKEN UND GROSSEN RIEFEN 104
5.3.3 DETEKTION VON QUERRIEFEN 106
5.3.4 DETEKTION KLEINER LAENGSRIEFEN 107
5.3.5 MESSERGEBNISSE AM DEMONSTRATOR 109
5.3.6 VERGLEICH MIT KONVENTIONELLEM BILDVERARBEITUNGSSYSTEM 112
5.4 UEBERTRAGBARKEIT A U F ANDERE AUFGABENSTELLUNGEN 112
5.4.1 SKALIERUNG DER KAMERAOPTIK 113
5.4.2 SKALIERUNG DER LED-BELEUCHTUNG MIT DEM BILDFELD 114
5.4.3 ABSCHAETZUNG VON BELICHTUNGSZEIT, VORSCHUB UND BILDRATE 115
5.5 ZUSAMMENFASSUNG 118
IMAGE 3
111
6 ZUSAMMENFASSUNG 121
6.1 BEWERTUNG DER ERGEBNISSE 121
6.2 AUSBLICK 124
7 LITERATURVERZEICHNIS 127
8 ANHANG 137
8.1 SCHAERFENTIEFE UND NUMERISCHE APERTUR 137
8.2 ABKUERZUNGSVERZEICHNIS 140
8.3 LISTE DER VERWENDETEN SYMBOLE 141
8.4 GLOSSAR 146
9 DANKSAGUNG 149
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