Die vorliegende Bachelorarbeit widmet sich der Entwicklung einer Methodik zur Kalibrierung von Fototechnik in der Medienvorstufe. Die Medienvorstufe ist ein Teilprozess in der Medienproduktion, der alle Schritte vor dem eigentlichen Druck umfasst. Dazu gehören beispielsweise die Bilderfassung, Bildbearbeitung und die Qualitätskontrolle. Die Medienvorstufe hat die Aufgabe, die Daten so aufzubereiten, dass diese für den Druck geeignet sind und eine hohe Qualität gewährleisten. Die Fototechnik bezieht sich auf Technologien und Geräte, die in der Fotografie verwendet werden, wie digitale Kameras, Objektive und diverses Zubehör, welche die Erfas- sung und Verarbeitung von hochwertigen Bildern ermöglicht. Eine präzise Kalibrierung und Vorbereitung der Fototechnik im Prozess der Bildentstehung soll eine hohe Qualität gewährleisten, jedoch existiert bisher keine spezifische Methodik für die Anwendung im Lehrkontext. Im Rahmen der Qualitätssicherung in der Medienvorstufe werden in dieser Arbeit verschiedene Kalibriermethoden und -verfahren analysiert und experimentell untersucht, um praxisorientierte Richtlinien zu erstellen. Die entwickelte Methodik besteht aus fünf verschiedenen Leitfäden zur Kalibrierung, die anhand einer Testreihe in der Praxis geprüft werden. Basierend auf den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit können die Leitfäden in der fotografischen Lehre angewendet werden und bieten eine Grundlage für Weiterentwicklungen anhand zukünftiger Erkenntnisse in der Fototechnik.:1. Einführung 1 2. Digitale Kamerasysteme 2 2.1. Kameras in der digitalen Fotografie 2 2.1.1. Klassifizierung von Digitalkameras 2 2.1.2. Kamerafunktionen 5 2.2. Objektive und ihre Funktionen 7 2.3. Hilfsmittel und fotografisches Zubehör 10 3. Qualitätssicherung in der Medienvorstufe 12 3.1. Farbmanagement und Datenspeicherung 12 3.1.1. Farbtiefe 13 3.1.2. Farbsysteme 13 3.1.3. Dateiformate 16 3.1.4. Dateigröße, Bildauflösung, Bildgröße 17 3.2. Abbildungsfehler und Effekte 17 3.3. Kalibriermethoden und -verfahren 20 3.3.1. Notwendigkeit der Kalibrierung 20 3.3.2. Farbige und geometrische Kalibrierung 20 3.3.3. Kritische Bewertung der Methoden 29 4. Methodik zur Kalibrierung 33 4.1. Vorbereitung im Fotostudio 33 4.1.1. Auswahl der Messmethoden und -mittel 33 4.1.2. Auswahl der Kamera-Objektiv-Systeme 34 4.1.3. Vorbereiten der Aufnahmesituation 35 4.2. Experimente 35 4.2.1. Weißabgleich 36 4.2.2. Farbwiedergabe 40 4.2.3. Abbildungsmaßstab 42 4.2.4. Verzeichnung 45 4.2.5. Schärfentiefe im Autofokus 47 4.3. Entwicklung der Methodik 50 5. Evaluation 56 5.1. Teilnehmende Beobachtung 56 5.1.1. Testperson A: Weißabgleich und Farbwiedergabe 57 5.1.2. Testperson B: Weißabgleich und Abbildungsmaßstab 58 5.1.3. Testperson C: Weißabgleich und Verzerrungen 59 5.1.4. Testperson D: Weißabgleich und Schärfentiefe 60 5.2. Auswertung 61 5.3. Diskussion der praktischen Anwendbarkeit 62 6. Fazit 63

The aim of using parallel kinematic motion systems as an alternative of conventional machine tools for precision machining has raised the demands made on the accuracy of identification of the geometric parameters that are necessary for the kinematic transformation of the motion variables. The accuracy of a parallel manipulator is not only dependent upon an accurate control of its actuators but also upon a good knowledge of its geometrical characteristics. As the platform's controller determines the length of the actuators according to the nominal model, the resulted pose of the platform is inaccurate. One way to enhance platform accuracy is by kinematic calibration, a process by which the actual kinematic parameters are identified and then implemented to modify the kinematic model used by the controller. The first and most general valuation criterion for the actual calibration approaches is the relative improvement of the motion accuracy, eclipsing the other aspects to pay for it. The calibration outlay has been underestimated or even neglected for a long time. The scientific value of the calibration procedure is not only in direct proportion to the achieved accuracy, but also to the calibration effort. These demands become particularly stringent in case of the calibration of hexapods of the so-called simple design. The objectives of the here proposed new calibration procedure are based on the deficits mentioned above under the special requirements due to the circumstances of the simple design-concept. The main goals of the procedure can be summarized in obtaining the basics for an automated kinematic calibration procedure which works efficiently, quickly, effectively and possibly low-cost, all-in-one economically applied to the parallel kinematic machines. The problem will be approached systematically and taking step by step the necessary conclu-sions and measurements through: Systematical analysis of the workspace to determine the optimal measuring procedure, measurements with automated data acquisition and evaluation, simulated measurements based on the kinematic model of the structure and identifying the kinematic parameters using efficient optimization algorithms. The presented calibration has been successfully implemented and tested on the hexapod of simple design `Felix' available at the IWM, TU Dresden. The obtained results encourage the application of the procedure to other hexapod structures.

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) unterstützt vielfältig die Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft. Eine ihrer Kernkompetenzen als das nationale Metrologie-Institut der Bundesrepublik Deutschland ist die Messtechnik. In diesem Sinne kalibriert die Arbeitsgruppe „Solarzellen“ der PTB i. d. R. den Kurzschlussstrom unter Standardtestbedingungen (I_STC) von Referenzsolarzellen. Der I_STC von Referenzsolarzellen ist in Photovoltaik-Kalibrierketten bei der Bestimmung der Bestrahlungsstärke von zentraler Bedeutung und fließt signifikant in die Berechnung der Wirkungsgrad von Solarzellen und Solarmodulen ein. Um den I_STC einer Solarzelle mit geringster Messunsicherheit zu bestimmen, wurde die Differential Spectral Responsivity (DSR)-Methode verwendet. Sie basiert auf der Messung der differentiellen spektralen Empfindlichkeit bei unterschiedlichen Bestrahlungsstärken. Anhand dieser kann die absolute spektrale Empfindlichkeit s(λ) unter Standardtestbedingungen sowie der I_STC berechnet werden. Da jedoch die Umgebungsbedingungen meistens von den STC abweichen, reichen letztere nicht zum umfassenden Vergleich der Wirkungsgrade in der Praxis aus. Um Einflussfaktoren (Temperatur, Bestrahlungsstärke, Winkelabhängigkeit,...) genauer untersuchen zu können, wurde im Rahmen dieser Arbeit an der PTB ein neuer Laser-basierter DSR-Messplatz aufgebaut und charakterisiert. Mit dem neuen Messplatz wurden c-Si Referenzsolarzellen, organische Solarzellen auf Basis kleiner Moleküle sowie Farbstoffsolarzellen umfassend untersucht. Unter anderem wurden die elektrischen Leistungsparameter einer organischen Solarzelle (aktive Schicht: DCV5T-Me:C60) mit denen einer c-Si Solarzelle verglichen. Es zeigt sich, dass der Wirkungsgrad der organischen Solarzelle mit zunehmender Bestrahlungsstärke sinkt und mit zunehmender Temperatur steigt, während die c-Si Solarzelle ein gegensätzliches Verhalten aufweist. Darüber hinaus wurde u.a. die Winkelabhängigkeit der zweiten organischen Solarzelle (aktive Schicht: C60:DCV5T-Me(3,3)) untersucht und mit den Resultaten einer c-Si Solarzelle verglichen. Diese Untersuchungen haben ergeben, dass die Winkelabhängigkeit des Kurzschlussstroms der organischen Solarzelle im Vergleich zu einer c-Si Solarzelle insbesondere zwischen 20° < ϑ < 60° eine „Super-Kosinus-Anpassung“ aufweist. Ergänzend wurde an der PTB im Rahmen dieser Arbeit ein mobiler Messplatz für Outdoormessungen aufgebaut. Mit diesem konnten die mittels Indoor-Untersuchungen erhaltenen spektralen Empfindlichkeiten mit Outdoor-Messungen verglichen werden. Des Weiteren wurden spektrale Charakterisierungen der Himmelshalbkugel durchgeführt und Methoden für Korrekturen von Sekundärkalibrierungen untersucht.

Mit dem Ziel der Entwicklung einer standardisierten Vorgehensweise zur Parametrisierung von sandigen Böden beschäftigt sich diese Arbeit mit aktuellen Methoden zur Bestimmung der Stoffparameter für das hypoplastische Stoffgesetz mit intergranularen Dehnungen. Mit seiner Dissertation zu dem Thema „Hypoplastizität und Granulometrie einfacher Korngerüste“ etablierte HERLE (1997) eine bis heute weitestgehend übernommene Methode zur Ermittlung der acht Stoffparameter des hypoplastischen Grundmodells aus bodenmechanischen Standardversuchen. In den letzten Jahren wurden weitere Ansätze entwickelt, die auf den Überlegungen von HERLE beruhen [...]. Mit dem Minimalistic Experimental Programme von MAŠÍN (2019) und dem Online-Kalibrierungs-Tool ExCalibre des SOILMODELS-Projekts stehen allen Anwender*innen des Stoffgesetzes zwei Methoden einer solchen vereinfachten Vorgehensweise zur Verfügung. Zudem entspricht die Kalibrierung der Stoffparameter durch Anpassung der Simulationskurven an Messkurven in Element-Test-Simulationen dem Stand der Technik. Eine vergleichende Prüfung der genannten Methoden auf Grundlage der gleichen Versuchsdaten erfolgte bisher nicht. Die unterschiedlichen Parametrisierungsansätze werden in dieser Arbeit am gut dokumentierten und vielfach verwendeten Karlsruhe-Sand getestet. Es werden insgesamt acht Parametersätze ermittelt und dessen Simulationsergebnisse miteinander verglichen. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wird ein Vorschlag einer standardisierten Vorgehensweise zur Parametrisierung der acht Stoffparameter des hypoplastischen Grundmodells gemacht [...]. Über die Parametrisierung der zusätzlichen fünf Stoffparameter der Erweiterung der intergranularen Dehnungen wird ein aktueller Überblick erarbeitet, da die Durchführung der speziellen erforderlichen bodenmechanischen Laborversuche im Rahmen der Arbeit nicht möglich war.:1 EINFÜHRUNG 2 DAS HYPOPLASTISCHE STOFFGESETZ FÜR NICHTBINDIGE BÖDEN 2.1 MECHANISCHES VERHALTEN VON NICHTBINDIGEN BÖDEN 2.2 HYPOPLASTISCHE STOFFGESETZE 2.2.1 Allgemeine Formulierung des hypoplastischen Stoffgesetzes nach VON WOLFFERSDORFF 2.2.2 Small Strain Stiffness - Intergranulare Dehnungen nach NIEMUNIS UND HERLE 3 ZUR PARAMETRISIERUNG DER HYPOPLASTISCHEN STOFFPARAMETER MIT INTERGRANULAREN DEHNUNGEN 3.1 PARAMETERBESTIMMUNG ANHAND VON LABORVERSUCHEN 3.1.1 Versuche und Methoden zur Parametrisierung der Stoffparameter 3.1.2 Vorschlag eines Prüfprogramms zur Parametrisierung der hypoplastischen Stoffparameter 3.2 PARAMETERKALIBRIERUNG MIT EXCALIBRE 4 BESCHREIBUNG DES NICHTBINDIGEN BODENS UND LABORVERSUCHE 4.1 BESCHREIBUNG DES BODENMATERIALS 4.2 ERLÄUTERUNG DER ERFORDERLICHEN LABORVERSUCHE 4.2.1 Schüttkegelversuch 4.2.2 Ödometerversuch 4.2.3 Triaxialversuch 4.3 LABORVERSUCHE AM KARLSRUHE-SAND 4.3.1 Schüttkegelversuche 4.3.2 Ödometerversuche 4.3.3 Triaxialversuche 5 PARAMETRISIERUNG DER HYPOPLASTISCHEN STOFFPARAMETER 5.1 PARAMETRISIERUNG NACH HERLE 5.2 PARAMETRISIERUNG ANHAND VON ELEMENT-TEST-SIMULATIONEN 5.3 PARAMETRISIERUNG MIT EXCALIBRE 5.4 ZUSAMMENFASSUNG DER KALIBRIERTEN PARAMETERSÄTZE 6 VALIDIERUNG DER STOFFPARAMETER 6.1 REFERENZVERSUCHE ZUR VALIDIERUNG DER PARAMETERSÄTZE 6.2 SIMULATIONEN DER REFERENZVERSUCHE 6.3 AUSWERTUNG UND VERGLEICH DER SIMULATIONS- UND MESSKURVEN 6.4 ZUSAMMENFASSUNG DER VALIDIERUNGSERGEBNISSE 7 ENTWICKLUNG DER STANDARDISIERTEN VORGEHENSWEISE ZUR PARAMETRISIERUNG VON SANDIGEN BÖDEN FÜR DAS HYPOPLASTISCHE STOFFGESETZ 7.1 BEURTEILUNG DER UNTERSUCHTEN PARAMETRISIERUNGSANSÄTZE 7.2 VORSCHLAG EINER STANDARDISIERTEN VORGEHENSWEISE ZUR PARAMETRISIERUNG 7.3 FEHLERQUELLEN UND WEITERE UNTERSUCHUNGEN ZUR VALIDIERUNG DES VORSCHLAGS 7.4 ZUSAMMENFASSUNG 8 FAZIT UND AUSBLICK 9 LITERATURVERZEICHNIS

CHAMP (CHAllenging Minisatellite Payload) is a German small satellite mission to study the earth's gravity field, magnetic field and upper atmosphere. Thanks to the good condition of the satellite so far, the planned 5 years mission is extended to year 2009. The satellite provides continuously a large quantity of measurement data for the purpose of Earth study. The measurements of the magnetic field are undertaken by two Fluxgate Magnetometers (vector magnetometer) and one Overhauser Magnetometer (scalar magnetometer) flown on CHAMP. In order to ensure the quality of the data during the whole mission, the calibration of the magnetometers has to be performed routinely in orbit. The scalar magnetometer serves as the magnetic reference and its readings are compared with the readings of the vector magnetometer. The readings of the vector magnetometer are corrected by the parameters that are derived from this comparison, which is called the scalar calibration. In the routine processing, these calibration parameters are updated every 15 days by means of scalar calibration. There are also magnetic effects coming from the satellite which disturb the measurements. Most of them have been characterized during tests before launch. Among them are the remanent magnetization of the spacecraft and fields generated by currents. They are all considered to be constant over the mission life. The 8 years of operation experience allow us to investigate the long-term behaviors of the magnetometers and the satellite systems. According to the investigation, it was found that for example the scale factors of the FGM show obvious long-term changes which can be described by logarithmic functions. The other parameters (offsets and angles between the three components) can be considered constant. If these continuous parameters are applied for the FGM data processing, the disagreement between the OVM and the FGM readings is limited to pm1nT over the whole mission. This demonstrates, the magnetometers on CHAMP exhibit a very good stability. However, the daily correction of the parameter Z component offset of the FGM improves the agreement between the magnetometers markedly. The Z component offset plays a very important role for the data quality. It exhibits a linear relationship with the standard deviation of the disagreement between the OVM and the FGM readings. After Z offset correction, the errors are limited to pm0.5nT (equivalent to a standard deviation of 0.2nT). We improved the corrections of the spacecraft field which are not taken into account in the routine processing. Such disturbance field, e.g. from the power supply system of the satellite, show some systematic errors in the FGM data and are misinterpreted in 9-parameter calibration, which brings false local time related variation of the calibration parameters. These corrections are made by applying a mathematical model to the measured currents. This non-linear model is derived from an inversion technique. If the disturbance field of the satellite body are fully corrected, the standard deviation of scalar error triangle B remains about 0.1nT. Additionally, in order to keep the OVM readings a reliable standard, the imperfect coefficients of the torquer current correction for the OVM are redetermined by solving a minimization problem. The temporal variation of the spacecraft remanent field is investigated. It was found that the average magnetic moment of the magneto-torquers reflects well the moment of the satellite. This allows for a continuous correction of the spacecraft field. The reasons for the possible unknown systemic error are discussed in this thesis. Particularly, both temperature uncertainties and time errors have influence on the FGM data. Based on the results of this thesis the data processing of future magnetic missions can be designed in an improved way. In particular, the upcoming ESA mission Swarm can take advantage of our findings and provide all the auxiliary measurements needed for a proper recovery of the ambient magnetic field. / CHAMP (CHAllenging Minisatellite Payload) ist eine deutsche Kleinsatellitenmission für die Forschung und Anwendung in Bereich der Geowissenschaften und Atmosphärenphysik. Das Projekt wird vom GFZ geleitet. Mit seinen hochgenauen, multifunktionalen, sich ergänzenden Nutzlastelementen (Magnetometer, Akzelerometer, Sternsensor, GPS-Empfänger, Laser-Retroreflektor, Ionendriftmeter) liefert CHAMP erstmalig gleichzeitig hochgenaue Schwere- und Magnetfeldmessungen (seit Mitte 2000). Dank des bisherigen guten Zustandes des Satelliten ist die auf 5 Jahre ausgelegte Mission bis 2009 verlängert geworden. An Board befinden sich ein skalares Overhauser-Magnetometer(OVM) für Kalibrierungszwecke sowie zwei Fluxgate-Magnetometer(FGM) zur Messung des magnetischen Feldvektors. Die Messungen vom FGM werden immer verglichen mit denen vom OVM und korregiert im Fall von Widersprüche, das ist die sog. Skalar-Kalibrierung. Um eine zuverlässige Datenqualität während der 8 jährigen Mission zu garantieren, ist die Nachkalibrierung implementiert. Im Rahmen der standard mäßigen Datenverarbeitung werden die Instrumentenparameter des FGM alle 15 Tage neu bestimmt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, eine Verbesserung der Vektormagnetfelddaten zu erzielen durch eine neue Methode der Kalibrierung, die die Eigenschaften der Sensoren und Störung vom Raumfahrzeug mit berücksichtigt. Die Erfahrung aus den zurückliegenden Jahren hat gezeigt, dass sich die Skalenfaktoren des FGM stark mit der Zeit ändern. Dieser Verlauf lässt sich gut durch eine Logarithmuskurve anpassen. Andere Parameter wie die Winkel und die Offsets scheinen stabil zu sein. Eine Ausnahme macht der Offset der Z-Komponent. Dieser bedarf einer regelmäßigen Korrektur. Während die Standardverarbeitung eine undifferenzierte Bestimmung aller 9 FGM Parameter durch nicht-lineare Inversion der skalar Daten vornimmt, beziehen wir jetzt die langzeitlichen Eigenschaften der Parameter in die Bestimmung mit ein. Eine weitere Verbesserung der CHAMP-Magnetfelddaten konnte erreicht werden durch geeignete Berücksichtigung von Störung vom Raumfahrzeug. Die verbleibenden Unsicherheiten konnten durch diese Maßnahmen auf eine Standardabweichung von 0.1nT reduziert werden.

Führungsgetriebe die durch Servomotoren angetrieben werden, benötigen für definierte Stellungen des Abtriebsglieds eine programmierte Funktion (elektronische Kurvenscheibe). Diese leitet sich aus dem möglicherweise fehlerbehafteten kinematischen Modell des Getriebes ab (inverse Kinematik). Zur Verbesserung der Genauigkeit der Führungsbewegung wird ein Verfahren zur Justierung der Übertragungsfunktion auf Basis des Newton-Verfahrens unter Nutzung der Singulärwertzerlegung vorgestellt. Dabei werden die realen Getriebeabmessungen anhand einer Messung berechnet und werden anschließend korrigiert zur Anpassung der Übertragungsfunktion verwendet.

Redundant parallel kinematic machines are parallel mechanisms to which one or more kinematic branch is added in order to improve their mechanical properties, in particular, their stiffness. Redundant parallel kinematic machines have then more actuators than their degree of freedom. New calibration methods are developed in this thesis in order to deal with the particularities related to the actuation redundancy. First, calibration methods using geometrical models are tested. Several measurement systems and control models are compared. A self-calibration is also carried out, where the redundant branches are switched to a passive mode. Thus, they play the role of the measurement system and the mechanism can be calibrated without the help of extra sensors. Geometrical calibration methods, however, do not take into account the internal constraints due to the redundancy. Elastic deformations are neglected although they are shown to have an influence on the positioning accuracy after the calibration. Modeling methods are then developed that take into account the geometry of the mechanism as well as the stiffness of its elements to improve the accuracy of the calibration. With such modeling methods, it is possible to determine the tool-center-point position for redundantly actuated parallel mechanisms from geometrical and stiffness parameters and given positions for all actuators. The modeling methods are first demonstrated on a simple mechanism. They are then tested on a real machine and used in calibration processes. / Mechanismen mit redundanter Parallelkinematik sind Parallelmechanismen, denen eine oder mehrere kinematische Ketten zugefügt werden, um die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Steifigkeit, zu verbessern. Maschinen mit redundanter Parallelkinematik besitzen dann mehr Antriebe als ihr Freiheitsgrad erfordern würde. In dieser Dissertation werden neue Kalibrierungsmethoden entwickelt, um die mit der Antriebsredundanz gebundenen Besonderheiten zu betrachten. Zuerst werden Kalibrierungsmethoden basierend auf geometrischen Modellen getestet. Verschiedene Messmethoden und Messsysteme werden verglichen. Eine Selbstkalibrierung wird durchgeführt. Bei dieser Kalibrierungsmethode werden die redundanten Antriebe freigeschaltet und als Messsystem genutzt. Die Maschine kann dadurch ohne externes Messsystem kalibriert werden. Dennoch betrachten geometrische Kalibrierungsmethode keine internen Verspannungen, die mit der Redundanz verbunden sind. Die elastischen Verformungen werden vernachlässigt, obwohl gezeigt wird, dass sie einen Einfluss auf die Positioniergenauigkeit nach der Kalibrierung haben. Es werden deshalb Modellierungsmethoden entwickelt, die sowohl die Geometrie des Mechanismus als auch die Elementsteifigkeit betrachten, um die Genauigkeit der Kalibrierung zu verbessern. Mit solchen Methoden ist es möglich, die Werkzeugposition redundanter Parallelkinematiken aus den Geometrie- und Steifigkeitsparametern und allen Antriebspositionen zu bestimmen. Die Modellierungsmethoden werden zuerst an einem einfachen Mechanismus angewandt. Sie werden danach an einer realen Maschine getestet und in einem Kalibrierungsprozess genutzt / Les mécanismes à cinématique parallèle redondante sont des mécanismes parallèles auxquels a été ajoutée une branche cinématique, ou plus, dans le but d'améliorer leurs propriétés mécaniques, en particulier, leur rigidité. Les mécanismes à cinématique parallèle redondante possèdent donc plus d'actionneurs que leur degré de liberté. De nouvelles méthodes d'étalonnage sont développées dans cette thèse afin de prendre en compte les spécificités liées à la redondance d'actionnement. Les méthodes d'étalonnage utilisant des modèles géométriques sont d'abord testées. Plusieurs systèmes de mesure et plusieurs modèles de contrôle sont comparés. Un auto-étalonnage est aussi réalisé. Pour cette méthode d'étalonnage, les actionneurs redondants sont mis en mode passif et jouent le rôle de système de mesure. Le mécanisme peut être étalonné sans ajout de codeurs. Cependant, les méthodes d'étalonnage géométriques ne prennent pas en compte les contraintes internes liées à la redondance. Les déformations élastiques sont négligées bien qu'il soit montré qu'elles ont une influence sur la précision de positionnement après étalonnage. Des méthodes de modélisation qui prennent en compte la géométrie du mécanisme ainsi que la rigidité des éléments sont donc développées pour améliorer la précision de l'étalonnage. Avec de telles méthodes, il est possible de déterminer la position de l'outil des mécanismes à redondance d'actionnement à partir de paramètres géométriques et élastiques et de la position de tous les actionneurs. Les méthodes de modélisation sont d'abord appliquées sur un mécanisme simple. Elles sont ensuite testées sur une machine réelle et utilisées dans des processus d'étalonnage.

Leistungshalbleiter werden in Windenergieanlagen, Elektroautomobilen und vielen anderen Applikationen eingesetzt, bei denen die elektrische Energie in eine spezielle Form zu wandeln ist, um etwa Netzeinspeisung bei Windenergieanlagen oder eine spezifische Beschleunigung bei Elektroautomobilen zu realisieren. Bei ihrem Einsatz altern sie, dabei spielen Lastwechsel eine besondere Rolle. Es wird untersucht, welche Aspekte eine wichtige Rolle bei der Lastwechselbelastung einnehmen, wie sie zu berechnen und zu berücksichtigen sind. Am Beispiel von Leistungsmessdaten zweier an der mittelnorwegischen Küste betriebenen Windenergieanlagen wird beispielhaft gezeigt, wie die Lastwechselbelastung ermittelt werden kann. Im Rahmen der Arbeit wurde ein modularer 2000A Lastwechseltester entwickelt, gebaut und in Betrieb genommen, der mit einer neuen VCE(T) Kalibriermethode, der Aktiven Kalibrierung, ausgerüstet ist. Tester und Kalibriervorgang werden vorgestellt und im Detail diskutiert. Auf dieser Basis werden Perspektiven aufgezeigt, wie Lastwechseltester zukünftig optimiert gestaltet und die Messmethoden zur Alterungsbestimmung in die Applikation überführt werden können. / Power semiconductors are deployed in wind mills, electrical cars and many other applications whenever electrical energy has to be transformed into an intended form e.g. to feed-in wind energy or to accelerate a car. In use they fatigue at which power cycles play an important role. This work investigates the aspects taking the main role at power-cycle load, how they are to calculate and how to be considered. Based on power measurements of two wind mills placed at the middle Norwegian coast, it is shown how to determine the power cycle load. A modular 2000A power cycling test equipment has been developed, built-up and run-in. By means of this equipment a new VCE(T) calibration-method is demonstrated. The equipment as well as the calibration procedure is presented and discussed in detail. On that basis perspectives are depicted how power cycle equipment can be optimized and, moreover, methods for fatigue determination can be transferred from laboratory into application.

Diffraktive Mikrospiegelarrays sind eine seit Jahren etablierte innovative Lösung zur ortsaufgelösten Beleuchtungsmodulation im UV-Spektralbereich. Sie werden hauptsächlich als Schlüsselbauelement in mikrolithografischen Industrieanlagen eingesetzt. Gegenwärtige Untersuchungen befassen sich mit der Erweiterung der Technologie hin zu multispektralen Anwendungen, beispielsweise in der Mikroskopie zur strukturierten Objektausleuchtung. Aufgrund des diffraktiven Arbeitsprinzips mit Phasenmodulationen im Nanometerbereich sowie der Vielzahl von Einzelspiegeln mit individuellem Auslenkverhalten stellt die präzise Ansteuerung der Bauelemente eine wesentliche Herausforderung dar. In diesem Kontext steht die Entwicklung und Validierung eines Verfahrens im Fokus dieser Arbeit, das die Gesamtheit von mehreren Tausend oder auch Millionen Mikrospiegeln abhängig von gewünschtem Beleuchtungsmuster und -wellenlänge auf korrekte Kippwinkel einstellen kann. Der gewählte Ansatz liegt in einem Mess- und Korrekturverfahren aller Einzelspiegelverkippungen. Die als Kalibrierung bezeichnete Methode nutzt ein Weißlichtinterferometer zur profilometrischen Charakterisierung der elektro-mechanischen Übertragungsfunktionen der Aktuatoren, wodurch erstmalig auf diesem Themengebiet der multispektrale Bauelementeinsatz gewährleistet werden kann. Zentrales Ergebnis der Kalibrierroutine ist eine Reduzierung der Streuung der Spiegelverkippungen um einen Faktor größer fünf. Direkte Folge sind erheblich verbesserte optische Projektionsmuster, aufgenommen an einem parallel entwickelten optischen Lasermessplatz mit spektral verschiedenen Quellen. Nachgewiesen wurden im Vergleich zum unkalibrierten Ausgangszustand Kontrastverdoppelungen, Homogenitätssteigerungen und die Sicherstellung der Abbildung von mindestens 64 Graustufen. Die Ergebnisse dokumentieren einerseits die Leistungsfähigkeit von diffraktiven Mikrospiegelarrays in multispektralen Umgebungen mit sehr guten Abbildungseigenschaften. Gleichzeitig konnte die wesentliche Grundlage für einen deutlich erweiterten Einsatz optischer Mikrosysteme im stark wachsenden Anwendungsbereich der diffraktiven Optik bzw. der Ultrapräzisionsoptik geschaffen werden.

An Werkzeugmaschinen können steuerungsintegrierte geometrisch-kinematische Korrekturmodelle, wie z.B. das VCS, sowie Laserinterferometer und Lasertracker zur Bestimmung von Korrekturparametern als Stand der Technik angesehen werden. Defizite bestehen derzeit in der Charakterisierung des genauigkeitsrelevanten Maschinenzustandes durch Bestimmung von Verformungen sowie der räumlichen Lagevermessung bewegter Maschinenbaugruppen im gesamten Arbeitsraum. Photogrammetrische Verfahren sind zwar prinzipiell in der Lage, dies zu realisieren, erreichen aber nicht die notwendige Genauigkeit und können hinsichtlich der Anzahl der Kameras und des Sichtfeldes nicht an die räumlichen Gegebenheiten einer Werkzeugmaschine angepasst werden. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines photogrammetrischen Verfahrens zur Charakterisierung des Maschinenzustandes mit hoher Genauigkeit. Grundlage ist ein Messmodell, in dem die kinematische Struktur und die Messanordnung zusammengeführt wird. Weiterhin werden alle Objektzustände zusammengeführt, um einen möglichst hohen Informationsgehalt zu erreichen und diesen für statistische Auswertungen zugänglich zu machen. Zur Verifizierung werden Analysen von Komponenten und Maschinen sowie die Simulation von Messungen vorgestellt. Dabei wird die kinematische Achsanordnung im Messmodell berücksichtigt, was sowohl die Erstellung optimierter Messkonfigurationen als auch die direkte Parameterermittlung von Korrekturmodellen ermöglicht. Für die Bestimmung thermo-elastischer Verlagerungen an einem Hexapod wird eine erweiterte 6DoF-Messkonfiguration, bestehend aus stationären und mit der Maschine bewegten Kameras, vorgestellt. Damit können Messunsicherheiten von weniger als 10 μm bzw. 10 μm /m in einem Messvolumen von 600 mm x 600 mm x 400 mm experimentell verifiziert werden. Im Mittelpunkt steht dabei die Entwicklung eines Modellierungskonzepts für photogrammetrische Messungen. Anhand von Beispielmessungen wird gezeigt, dass dadurch die erzielbare Messgenauigkeit deutlich erhöht werden kann. Im Vordergrund steht dabei die Kombination der Modelle von Maschine und Messsystem sowie des Messzyklus in einem geschlossenen Messmodell. Durch die Entwicklungen im Bereich Industrie 4.0 besteht ein zunehmender Bedarf, Maschinen zu konfigurieren und zu kalibrieren. Gleichzeitig verbessern sich Leistung, Verfügbarkeit und Zugänglichkeit von maschinenspezifischen Modellen. Die Kombination von maschinenspezifischen Modellen mit Modellen der Messsysteme unter Verwendung der entwickelten Methodik ermöglicht eine deutliche Erhöhung der Messgenauigkeit.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Motivation 1 1.1 Bedeutung und Genauigkeit von Werkzeugmaschinen 2 1.2 Erfassung der Genauigkeit 4 1.3 Anforderungen der Industrie 4.0 an WZM 5 1.4 Inhalt und Aufbau dieser Arbeit 6 2 Aufbau, Verhalten und Korrektur von WZM 9 2.1 Kinematischer Aufbau von WZM 10 2.2 Fertigungs- und Maschinengenauigkeit 11 2.3 Genauigkeitsbestimmende Verhaltensbereiche 13 2.4 Steuerungsintegrierte Korrektur 18 2.5 Methoden zur Erfassung von Abweichungen 20 2.6 Typische Messmittel an WZM 21 2.7 Defizite 29 3 Photogrammetrische Methoden 33 3.1 Bildentstehung 34 3.2 Bildverarbeitung 38 3.3 Objektrekonstruktion 41 3.4 Genauigkeitskenngrößen 50 3.5 Auswertemethoden 53 3.6 Potenziale und Defizite 59 4 Konkretisierung der Zielstellung 61 4.1 Bedarf 62 4.2 Zielstellung 63 4.3 Methodik 63 5 Entwicklung eines Modellierungskonzeptes für WZM 65 5.1 Struktur und Parameter der Modelle 66 5.2 Genauigkeitsrelevante Einflussgrößen 70 5.3 Modellierungskonzept 78 5.4 Beispielhafte Modellierung: DMU80 90 6 Realisierung und Test der Modellumgebung 95 6.1 Hard- und Softwarekonzept 96 6.2 Softwarekomponenten 97 6.3 Bildaufnahme und Bildspeicher 98 6.4 Realisierung und Test der Bildmessung 99 6.5 Implementierung der Modellkomponenten 107 6.6 Realisierung und Test der Ausgleichungskomponente 109 6.7 Verifikation der 3D-Koordinatenbestimmung 111 6.8 Zwischenfazit 112 7 Experimentelle Verifikation 113 7.1 Komponentenanalyse 115 7.2 Analyse von Maschinen 131 7.3 Simulation von Messkonfigurationen 144 8 Zusammenfassung und Ausblick