Volume 85, Issue 11

Zusammenfassung Es wird die Entwicklung und Optimierung eines piezoelektrischen Energy-Harvesting-Systems zur autarken Energieversorgung einer Güterverfolgungsanwendung im Logistikbereich vorgestellt. Das Energy-Harvesting-System ist zusammen mit einem Funksender an einem zu ortenden Objekt angebracht. Durch Erschütterungen bei Bewegung des Objekts wird solange elektrische Energie gewandelt und zwischengespeichert, bis genügend vorhanden ist, um eine ortbare Funknachricht mit der Identifikationsnummer des Objekts zu senden. Zur Entwicklung des Harvesters werden zunächst Designkriterien für die optimale Geometrie biegebalkenbasierter piezoelektrischer Energy-Harvester anhand analytischer Methoden ermittelt. Im Anschluss wird das Harvesting-System auf die mechanische Anregung und den elektrischen Energiebedarf hin absolut dimensioniert. Um auch das nichtlineare elektrische Netzwerk zur Energieextraktion und dessen Rückwirkung auf den Harvester korrekt zu berücksichtigen, kommt hierbei ein spezieller modal reduzierter Simulationsansatz in Verbindung mit realistischen Finite-Elemente-Simulationen zum Einsatz. Anschließend wird die Energieextraktionsschaltung hinsichtlich ihrer Energieextraktions-Effizienz und der Einsetzbarkeit für verschiedene Anregungsszenarien ausgelegt. Die Funktionalität des Energy-Harvesting-Systems, bestehend aus Energy-Harvester, Energieextraktionsnetzwerk und Funkschaltung, konnte abschließend für verschiedene Anregungsszenarien nachgewiesen werden.

Zusammenfassung Bei Waagen nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation wird die auf eine Waagschale wirkende Gewichtskraft eines Wägegutes durch eine elektromagnetische Gegenkraft kompensiert. Nach dem Stand der Technik wird der Zusammenhang zwischen dem, die Gegenkraft erzeugendem Aktorstrom durch eine Spule und der Gewichtskraft des Wägegutes durch Kalibrierung mit Massenormalen hergestellt. Mit der für 2018 zu erwartenden Neudefinition der SI-Einheit der Masse durch Festlegung eines Wertes der Planck-Konstanten wird ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen den mechanischen und elektrischen Größen geschaffen, so dass das aus Fundamentalexperimenten bekannte Wattwaagenprinzip zur Kalibrierung von Massen eingesetzt werden kann. Im vorliegenden Artikel wird eine darauf aufbauende Methode zur Bestimmung des Kraftfaktors Bl einer kommerziellen EMK-Wägzelle vorgestellt. Dies geschieht durch die simultane Messung der Spannung über der im Magnetfeld bewegten Spule und deren Geschwindigkeit. Dabei wird im vorgestellten Verfahren die Spule gleichzeitig zur Erzeugung der Bewegung mit einem harmonischen Wechselsignal bestromt. Die Frequenz der harmonischen Bewegung hat hierbei maßgeblichen Einfluss auf die Unsicherheit des resultierenden Kraftfaktors. Eine Trennung der Spannungsanteile über der Spule erfolgt durch simultane Messung von Strom und Spannung an der Spule und Auswertung unter Berücksichtigung der vorliegenden Amplituden und Phasenlagen. Die Spule ist hierbei, wie bei kommerziellen EMK-Wägezellen üblich, über ein mechanisches Hebelwerk angekoppelt. Durch diese Hebelübersetzung ist es möglich, mit einem kompakten elektrodynamischen Aktuator (Spule–Permanentmagnetsystem), einen großen wirksamen Kraftfaktor zu realisieren. Im Ergebnis können mit dem System Kräfte in beliebiger Raumrichtung gemessen bzw. erzeugt werden, wobei die Massebestimmung einen Spezialfall darstellt, für den zusätzlich die lokale Fallbeschleunigung bekannt sein muss. Unter Nutzung der gleichen Methodik kann durch Vertauschung von Eingangs- und Ausgangsgrößen des Formalismus, die EMK-Wägezelle auch als Positionssensor eingesetzt werden. Hierbei erfolgt unter Zuhilfenahme eines Referenzgewichtes (Justiergewichtes) und der Ausgangsspannung des Positionssensors des Wägesystems eine Kalibrierung der Auslenkung des Koppelstücks. Für beide Verfahren werden im Gegensatz zu Fundamentalexperimenten industriell relevante Messunsicherheiten im ppm-Bereich angestrebt. Es werden Messungen für beide Messmodi auf Basis kommerziell verfügbarer EMK-Wägezellen und elektrischer Messtechnik vorgestellt und diskutiert.

Optical interferometers as non-contact measurement devices are very desirable for the measurement of surface roughness and topography. Compared to phase shifting interferometers (PSIs) with a limited measurement range and a scan step of maximum λ /4, the optical interferometers like low coherence interferometers (LCIs) evaluating the degree of fringe coherence allow a larger vertical measurement range. Their vertical measurement range is only limited by the scan length allowed by the linear piezo stage and the coherence length of the light source. To evaluate the obtained data for a large range, the common LCIs require much computation time. To overcome this drawback, we present an evaluation algorithm based on the Hilbert-Transform and curve fitting (Levenberg–Marquardt algorithm) using Compute Unified Device Architecture (CUDA) technology, which allows parallel and independent data evaluation on General Purpose Graphics Processing Unit (GPGPU). Firstly, the evaluation algorithm is implemented and tested on an in-house developed LCI, which is based on Michelson configurations. Furthermore, we focus on the performance optimization of the GPU-based program using the different approaches to further achieve efficient and accurate massive parallel computing. Finally, the performance comparison for evaluating measurement data using different approaches is discussed in this paper.

Zusammenfassung In der Industrie wird jedes Jahr eine große Anzahl von Zahnrädern hergestellt. Geschätzt entfallen allein in Deutschland auf die Automobilindustrie über 120 Millionen. Die Qualitätsprüfung der Verzahnungen erfolgt auf Koordinaten- oder auf speziellen Verzahnungsmessgeräten. Dabei wird das Profil und auch die Flankenlinie an mehreren Zähnen erfasst und ausgewertet. Während die Genauigkeit der Koordinatenmessgeräte mit allgemein anerkannten Methoden untersucht werden kann, fehlt für die zur Auswertung der Verzahnungsmessung verwendete Software ein Test, der auf Tastkugelmittelpunkten basiert. Um ohne eine Referenz-Software, die in dieser Form nicht existiert, die Algorithmen der Verzahnungssoftware zu prüfen, sind Punkte erforderlich, deren Abweichungsparameter vorher bekannt sind. Die Erzeugung von abweichungsbehafteten simulierten Tastkugelmittelpunkten mit vorgegebenen Abweichungsparametern und die Ergebnisse der Auswertung werden in dieser Arbeit beschrieben.

The very strict purity requirements of polymer parts that are used in the semiconductor manufacturing industry lead to an excessively low yield rate. To decrease the costs in the production chain, detailed knowledge about possible impurities during each processing step is essential. This work provides an overview of non-destructive testing techniques that are capable of either detecting or even identifying these impurities. The most promising techniques were then combined in a semi-automatized laboratory demonstrator that can be used as an in-line diagnostics tool to prevent processing of faulty parts. Results from these measurements are presented and discussed.