Forschung
Forschungsprojekte

Forschungsprojekte am Institut für Mess- und Regelungstechnik

Fertigungsmess- und Prüftechnik

  • Schnelle Prüfung komplexer Geometrien (SFB 871 C2)
    Für die Wartung eines Flugtriebwerkes, insbesondere die Inspektion der Turbinenschaufeln einer Blisk, werden die Triebwerke teilzerlegt und mit flexiblen Video-Endoskopen analysiert. Diese subjektive Sichtprüfung erfolgt durch speziell geschulte Mitarbeiter. Um neben der persönlichen Beurteilung durch den Mitarbeiter eine quantitative Analyse einer Blisk zu ermöglichen, wird an einem hochpräzisen Miniatur-3D-Messsystem auf Basis des Streifenprojektionsverfahrens geforscht. Umgesetzt wird dieser Sensor über ein Boroskop, welches mit einer Chip-on-the-Tip Kamera ausgestattet ist. In Kombination mit einer hochgenauen Aktorik und speziell entwickelten Kalibrier- und Stichingverfahren, sollen vollständige und automatisierte 3D-Messungen erfolgen. Mit diesem System soll eine präzise quantitative Qualitätskontrolle ermöglicht werden, um somit die Sicherheit der Triebwerksprüfung zu steigern und effizienter zu gestalten.
    Leitung: Prof. Dr. Eduard Reithmeier
    Team: M. Sc. Philipp Middendorf
    Jahr: 2011
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 2011-2022
  • Multiskalige Geometrieprüfung (SFB 1153 C5)
    Forschungsschwerpunkt des Teilprojekts C5 ist die flächige 3D-Geometrie-Rekonstruktion schmiedewarmer Tailored-Forming-Bauteile unter Nutzung optischer Triangulationssensoren. Die Prüfung der geometrischen Merkmale der Fügezone nach jedem einzelnen Prozessschritt ermöglicht die Einstellung des Herstellungsprozesses, eine Fehlerfrüherkennung, wie auch die Evaluierung von Bauteilverzügen, die durch inhomogene Abkühlprozesse der hybriden Materialpaarungen entstehen können.
    Leitung: PD Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Markus Kästner
    Team: M. Sc. Pascal Kern
    Jahr: 2015
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 2015-2023
  • Roboterassistierte Boroskopie
    Bei der Wartung von Flugzeugtriebwerken ist es notwendig die Schaufeln innerhalb der Turbine zu begutachten. Hierfür wird aktuell ein Boroskop verwendet, dass durch eine kleine Öffnung an der Turbinenseite in den jeweiligen Gaskanal eingeführt wird (äquivalent zur Endoskopie). Um neben der persönlichen Beurteilung durch den Mitarbeiter eine quantitative Analyse von Schadensgeometrien zu ermöglichen, wird an einem flexiblen Miniatur-3D-Messsystem auf Basis des Streifenprojektionsverfahrens geforscht. Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit dem Institut für Mechatronische Systeme bearbeitet. Die Entwicklung eines robotischens Trägersystems auf der Basis eines Kontinuumsroboters wird hierbei vom IMES übernommen.
    Leitung: Prof. Dr. Eduard Reithmeier
    Team: M. Sc. Moritz von Wrangel
    Jahr: 2018
    Förderung: BMWi
    Laufzeit: 2018-2021
  • Robuste Messdatenregistrierung mittels maschinellen Lernens
    Bei der Charakterisierung der Mikrostruktur von technischen Komponenten entsteht ein Zielkonflikt. Eine möglichst hohe Auflösung ermöglicht es auch kleine Strukturen zu erfassen, hat aber ein kleines Messfeld zur Folge. Gleichzeitig soll das Messfeld möglichst groß sein um statistisch aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten. Eine Lösung hierfür bietet die Registrierung, bei der mehrere hochaufgelöste Aufnahmen zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden. Klassische Verfahren genügen heutigen Ansprüchen oft nicht mehr. Das maschinelle Lernen bietet hier einen vielversprechenden Ansatz um genauere und robustere Ergebnisse zu erreichen. Im Rahmen dieses Projektes sollen diese Methoden zur Registrierung von mikroskopischen Oberflächenmessdaten entwickelt und erforscht werden.
    Leitung: Prof. Dr. Eduard Reithmeier
    Team: M. Sc. Stefan Siemens
    Jahr: 2019
    Laufzeit: 2019-202x

Industrielle und Medizinische Bildverarbeitung

  • Modellbasierte automatisierte Justage komplexer optischer Systeme
    Die Anwendung optischer Systeme nimmt sowohl in der Industrie, als auch bei privaten Anwendern stetig zu. Somit werden beispielsweise Interferometer im Bereich der Messtechnik, Laser in der Gravitationsphysik, Teleskope in der Astronomie und Kameraobjektive für bildgebende Verfahren verwendet. Durch diesen wachsenden Bedarf steigen auch der Anspruch und die Komplexität solcher Systeme. Besonders der Montageprozess miniaturisierter und komplexer optischer Systeme wird heutzutage noch überwiegend noch manuell durchgeführt und hängt somit maßgeblich von der Expertise des geschulten Personals ab.
    Leitung: M.Sc. Nils Melchert
    Jahr: 2020
    Laufzeit: 01.04.2020 - 01.04.2023
  • ‚In situ‘-Bildverarbeitungsprüfung von thermischen Beschichtungen in Flugtriebwerken (NBank, TinTin)
    Das vorliegende Teilprojekt findet innerhalb der „Technologieinitiative Triebwerksinstandsetzung“ (TinTin) statt, welche ein Verbundprojekt zwischen der MTU Maintenance GmbH, der TU Braunschweig und der Leibniz Universität Hannover darstellt. Der Forschungsschwerpunkt liegt hierbei in der Entwicklung von innovativen Wartungstechnologien für Flugzeugtriebwerke. Innerhalb des Teilprojekts sollen mithilfe von Bildverarbeitungsalgorithmen Inspektionsprozesse teilautomatisiert und somit effizienter und flexibler gestaltet werden. Dabei ist vor allem eine Quantifizierung von Schadenserscheinungen interessant, da mithilfe vergleichbarer Schadensmaße reparaturfähige Triebwerkskomponenten identifiziert und gesichert werden können.
    Leitung: Prof. Dr. Eduard Reithmeier
    Team: M. Sc. Kolja Hedrich
    Jahr: 2021
    Förderung: NBank
    Laufzeit: 01.01.2021 - 31.12.2023

Regelungstechnik

  • Makro-Mikro-Kinematik zur Mikromontage
    Der Schwerpunkt des Forschungsvorhabens liegt in der Erforschung von Methoden zum Aufbau eines Handhabungssystems, welches die aktorische Grundlage für ein klinikgerechtes, ultragenaues mechatronisches Assistenzssystem bilden soll. Ziel ist es dabei, eine Auflösung von 1 µm in einem Arbeitsvolumen von 10 mm³ zu erreichen, wobei das Arbeitsvolumen flexibel im Raum positioniert werden kann. Die technische Umsetzung erfolgt durch die Kopplung einer Piezoaktorik an einen 6-Achs-Präzisionsroboter (µKRoS316). Der Roboter übernimmt die Positionierung der Werkzeuge im gesamten Arbeitsbereich (Makro-Positionierung). Der Mikro-Positioniereinheit kommen Aufgaben wie Kompensation der Lage-Ungenauigkeiten des Roboters, Ausgleichen von Schwingungen und das hochgenaue Verfahren des Werkzeugs zu. Das Arbeitsprogramm lässt sich entsprechend der oben genannten Arbeitsschwerpunkte in fünf Bereiche gliedern: Entwurf einer gekoppelten Regelung Aufbau eines externes Messsystems zur Realtime-6D-Lagebestimmung Erforschung von Methoden zur Verbesserung der 6D-Lagegenauigkeit von Positioniereinheiten Matching der Koordinatensystemen von Positioniereinheiten und des Messsystems und Bahnplanung Entwicklung und Konstruktion des Werkzeugsatzes
    Jahr: 2015
  • Regelungskonzepte bildverarbeitungsgestützter Bewegung eines Objektes
    Am Institut für Mess- und Regelungstechnik wurde ein Versuchstand zur Stabilisierung eines 3D-inversen Pendels gebaut. Für die Bestimmung der Position des Pendels ist es notwendig die Positionen des Fußpunktes und der Spitze des Pendels zu ermitteln. Die Position der Spitze des Pendels – genau gesagt der weißer Kugel – wird mit Hilfe der Hochgeschwindigkeitskamera ermittelt. Die CMOS-Kamera macht 148 Bilder pro Sekunde. Der Zusammenhang zwischen den 2D-Bildkoordinaten und den 3D-Weltkoordinaten wird durch eine vorherige Kamerakalibrierung hergestellt. Die Position des Fußpunktes bzw. des Wagens wird über die Schrittmotoren ermittelt. Ziel der Regelung ist es, das Pendel in der stabilen aufrechten Lage an einer Position zu halten, im zweiten Schritt soll sich das Pendel auf eine Bahn – im Speziellen auf einem Kreis - stabil bewegen. Es werden ein PID-Regler, ein Regler mit Zustandsrückführung, ein MRAC- Regler (model reference adaptive control) mit Vollzustandrückführung und ein nichtlinearer Regler verwendet. Technisch wird die Steuerung mit Hilfe der xPC-Target Toolboxes von MATLAB realisiert. Die Regelungsalgorithmen werden vom Target-PC ausgeführt. Auf dem Host-PC wird lediglich die Bildverarbeitung ausgeführt und die Ergebnisse werden zum Target-PC durch die Ethernet-Verbindung geschickt. Diese Regelungskonzepte könnten für die Stabilisierung der Patienten in der Strahlentherapie verwendet werden.
    Jahr: 2015
  • Bildrückgeführte Regelung eines optomechanischen Derotators zur Messung an rotierenden Bauteilen
    Rotierende Bauteile sind in einer Vielzahl von Maschinen verbaut. Um einen effizienten und sicheren Betrieb zu gewährleisten ist eine Überprüfung dieser unerlässlich. Dieses lässt sich am zuverlässigsten durch Messungen erreichen, insbesondere wenn diese berührungslos und während des eigentlichen Betriebs durchgeführt werden. So kann sichergestellt werden, dass die Ergebnisse nicht durch das Messsystem verfälscht werden.
    Jahr: 2017
  • Simultan-Lokalisation und Kartierung System unter Verwendung von Luftkamera
    Gerade in den Bereichen der Roboternavigation, der Lokalisation und Kartierung, sowie im Augmented oder Virtual Reality hat in den letzten Jahren die Nachfrage nach Echtzeit-3D-Rekonstruktionsmethoden stark zugenommen. Ein vielversprechender Ansatz zur Implementierung von 3D-Rekonstruktionsmethoden ist das Prinzip des Simltaneous Localization and Mapping, kurz SLAM genannt. Das Ziel dieser Methode ist einerseits die 3D-Rekonstruktion der Umgebung und anderseits die zu ihr relative Lokalisierung und Verfolgung bewegender Objekte.
    Leitung: M.Eng. Hang Luo
    Jahr: 2018
    Laufzeit: 01.01.2018 – 31.12.2020
  • Robotergestützte Montage optischer Systeme mittels Prädiktor-Korrektor-Verfahren
    Dieses Forschungsprojekt beschäftigt sich mit dem funktionsorientierten Aufbau optischer Systeme und zielt darauf ab, die hohen geforderten Toleranzen sowohl der optischen Komponenten als auch der Positioniersysteme zu verringern. Des Weiteren soll auch eine geringere Ausschussrate optischer Komponenten während des Herstellungsprozesses gewährleistet werden.
    Leitung: Dr.-Ing Christian Pape
    Jahr: 2018