Im Rahmen dieser Masterarbeit, soll eine Anwendung entwickelt und softwaretechnisch umgesetzt werden, welche eine systematische Auswertung der erfassten Oberflächendaten von verschiedenen Messgeräten ermöglicht. Die Anwendung liest dabei die erfassten Daten von diversen Messgeräten ein, berechnet verschiedene Oberflächenparameter und Oberflächenmaße und speichert die Analyseergebnisse persistent. Somit wird es möglich, Messdaten verschiedener Messgeräte zentralisiert und automatisiert auszuwerten, um die Bauteilqualität zu bewerten.
Zu Beginn der Arbeit erfolgt eine umfangreiche Literaturrecherche zum Stand der Technik im Bereich der Fertigungsverfahren. Es werden verschiedene Oberflächenparameter und Oberflächenmaße vorgestellt, sowie in die Oberflächenmessung eingeführt. Anschließend werden programmiertechnische Grundlagen, für die Entwicklung und softwaretechnische Umsetzung der Anwendung, gelegt. Im Anschluss daran, werden die Zielsetzung und die Randbedingungen diskutiert. Weiterhin wird eine Programmiersprache für die Entwicklung und softwaretechnische Umsetzung der Anwendung festgelegt, sowie die zur Implementierung der Anwendung notwendigen Softwarebibliotheken beschrieben. Darauf aufbauend beinhaltet die Arbeit, die Dokumentation der softwaretechnischen Umsetzung. Ein Ausblick mit Vorschlägen, für die Implementierung weiterer Funktionen der Software, schließt die Arbeit ab.
Industriell gefertigte Werkstücke unterliegen immer höheren Anforderungen hinsichtlich ihrer Bauteilqualität. Eine besondere Bedeutung kommt dabei der technischen Oberfläche zu, da bei der industriellen Fertigung immer Gestaltabweichungen, in Form der Rauheit und Formabweichung, auf der technischen Oberfläche auftreten. Weichen die Gestaltabweichungen zu stark von dem vorgegebenen Konstruktionsmaß ab, kann die Funktionalität des Werkstücks eingeschränkt sein. Es gibt Schätzungen nachdem 10 % der gefertigten Werkstücke aufgrund einer zu geringen Oberflächenqualität, ihre Funktion nicht optimal erfüllen können. Auch deshalb ist die technische Oberfläche Gegenstand der wissenschaftlichen Untersuchung. Weiterhin steigt der Bedarf zur Qualitätskontrolle von technischen Oberflächen, in der industriellen Fertigung.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Fertigungsverfahren
2.1.1 Läppen
2.1.2 Doppelseitenplanschleifen mit Planetenkinematik
2.2 Qualitätsbeurteilung technischer Oberflächen
2.2.1 Oberflächenmessung
2.2.2 Datenvorbereitung und Filterung
2.2.3 Oberflächenkennwerte
2.3 Programmiertechnische Grundlagen
2.3.1 Programmierkonzepte
2.3.2 Programmierparadigmen
2.3.3 Programmiersprachen
3 Zielsetzung und Randbedingungen
3.1 Oberflächenmessgeräte
3.1.1 HOMMEL-ETAMIC nanoscan 855
3.1.2 FRT Microprof 100
3.2 Auswahl der Programmiersprache
4 Programmiertechnische Umsetzung
4.1 Programmlogik
4.2 Hierarchische Ordnerstruktur
4.3 Verwendete Python Bibliotheken
4.3.1 Python Standard Library
4.3.2 Matplotlib
4.3.3 NumPy
4.3.4 XlsxWriter
4.3.5 PyQt5
4.4 Umsetzung der Programmkomponenten
4.4.1 Programmstart
4.4.2 Importieren der Oberflächenmessdaten
4.4.3 F-Operator
4.4.4 Filterung
4.4.5 Berechnung der Oberflächenkennwerte
4.4.6 Erstellen und Exportieren der Ergebnisdaten
4.4.7 Graphische Benutzeroberfläche
5 Zusammenfassung und Möglichkeiten zur Weiterentwicklung der Softwarebibliothek
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und softwaretechnische Umsetzung einer Anwendung, die eine systemübergreifende, automatisierte Auswertung von Oberflächenmessdaten verschiedener Messgeräte ermöglicht, um die Beurteilung der Bauteilqualität effizienter zu gestalten.
- Automatisierte Datenanalyse und -auswertung von Messdaten unterschiedlicher Messgeräte.
- Integration verschiedener Filterungs- und Berechnungsalgorithmen für 2D-Profile und 3D-Oberflächen.
- Implementierung einer intuitiven graphischen Benutzeroberfläche (GUI) für den Anwender.
- Modulare Softwarestruktur zur einfachen Erweiterbarkeit um weitere Messgeräte oder Funktionalitäten.
- Persistente Speicherung und automatisierte Erstellung von Berichten in Excel- und Bildformaten.
Auszug aus dem Buch
2.1.1 Läppen
Läppen ist ein spanendes Fertigungsverfahren und nach DIN 8589-0, der Hauptgruppe 3 „Trennen“ und der Gruppe 3.3 „Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden“ zuzuordnen (Bild 2-2). In der DIN 8589-15 ist das Läppen als „spanen mit losem, in einer Paste oder Flüssigkeit verteiltem Korn, dem Läppgemisch, das auf einem meist formübertragenden Gegenstück (Läppwerkzeug) bei möglichst ungeordneten Schneidebahnen der einzelnen Körner geführt wird“ definiert [DIN8589-15]. Das Läppen kommt zum Einsatz, wenn Funktionsflächen mit hohen Oberflächengüten und mit hohen Anforderungen an die Form- und Maßgenauigkeit benötigt werden [HEI14, FRI15]. Weiterhin wird das Läppen in die Verfahrensvarianten Planläppen, Rundläppen, Schraubläppen, Wälzläppen und Profilläppen untergliedert [DIN8589-15]. Mit Hilfe des Planläppens, dass in der industriellen Praxis häufig zum Einsatz kommt, lassen sich planare Funktionsflächen erzeugen [KLO05].
Beim Planläppen ist zwischen dem einseitigen Planläppen und dem zweiseitigen oder doppelseitigen Planläppen zu unterscheiden. Das einseitige Planläppen findet auf einer Einscheibenläppmaschine statt, auf der eine planare Fläche bearbeitet wird (Bild 2-3a). Beim doppelseitigen Planläppen, dass auf einer Zweischeibenläppmaschine durchgeführt wird, werden zwei parallele, planare Flächen gleichzeitig bearbeitet (Bild 2-3b). Durch das gleichzeitige Bearbeiten von zwei parallelen, planaren Flächen, wird eine hohe Planparallelität erreicht [HEI14, FRI15]. Die Arbeitsscheibe, die als formübertragendes Gegenstück fungiert, ist beim Planläppen die Läppscheibe und besteht beispielsweise aus Gusseisen, Stahl oder Kupfer [ARD00].
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die steigenden Qualitätsanforderungen an Werkstücke, die Notwendigkeit einer zentralisierten Auswertung von Messdaten und die Zielsetzung der Entwicklung einer modularen Analysesoftware.
2 Stand der Technik: Erläutert die relevanten Fertigungsverfahren, Methoden zur Qualitätsbeurteilung technischer Oberflächen sowie die programmiertechnischen Grundlagen der Softwareentwicklung.
3 Zielsetzung und Randbedingungen: Definiert die Anforderungen an die Software, stellt die spezifischen Messgeräte (HOMMEL-ETAMIC nanoscan 855 und FRT Microprof 100) vor und begründet die Wahl von Python als Programmiersprache.
4 Programmiertechnische Umsetzung: Dokumentiert detailliert die logische Struktur des Programms, die Paketauswahl, die Klassendiagramme und die Implementierung der einzelnen Softwarekomponenten.
5 Zusammenfassung und Möglichkeiten zur Weiterentwicklung der Softwarebibliothek: Fasst die geleistete Arbeit zusammen und gibt Ausblicke auf zukünftige Erweiterungsmöglichkeiten der Anwendung, beispielsweise durch zusätzliche Messgeräte oder Funktionalitäten.
Schlüsselwörter
Produktionstechnik, Oberflächenmessdaten, Qualitätskontrolle, Doppelseitenplanschleifen, Planetenkinematik, Python, Datenanalyse, F-Operator, Filterung, Oberflächenkennwerte, GUI, Softwaremodularisierung, Messdatenauswertung, Ebenheit, Rauheitswerte.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
In der Arbeit geht es um die Entwicklung und softwaretechnische Implementierung einer Anwendung, die Messdaten verschiedener Oberflächenmessgeräte zentral und automatisiert auswerten kann, um die Bauteilqualität zu bewerten.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen umfassen Fertigungsverfahren in der Produktionstechnik, die Charakterisierung technischer Oberflächen, mathematische Verfahren zur Datenfilterung und moderne Prinzipien der Softwareentwicklung.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das primäre Ziel ist die Steigerung der Auswerteeffizienz durch eine modulare Anwendung, die in der Lage ist, Oberflächenmessdaten unterschiedlicher Geräte (hier beispielhaft FRT Microprof 100 und HOMMEL-ETAMIC nanoscan 855) einheitlich zu verarbeiten und zu dokumentieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt Literaturrecherche zur theoretischen Fundierung der Oberflächencharakterisierung und wendet Methoden der Informatik (objektorientierte Programmierung, Modularisierung) sowie mathematische Verfahren zur Signalverarbeitung (Filterung, Regressionsanalyse) zur technischen Umsetzung an.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil befasst sich mit der detaillierten Beschreibung der Programmlogik, der Vorstellung der genutzten Python-Bibliotheken (wie NumPy, Matplotlib, PyQt5) und der Dokumentation der Klassenstruktur für die Datenverarbeitung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Produktionstechnik, Oberflächenmesstechnik, automatisierte Datenauswertung, Software-Modularisierung, Datenfilterung und Qualitätssicherung.
Wie unterscheidet sich die Datenverarbeitung zwischen dem FRT Microprof 100 und dem HOMMEL-ETAMIC nanoscan 855?
Das FRT-Gerät liefert 3D-Messdaten (Flächen), während der HOMMEL-ETAMIC 2D-Messdaten (Profile) liefert. Die Anwendung differenziert dementsprechend bei der Vorbereitung, Filterung und den berechenbaren Oberflächenkennwerten (z. B. Ebenheit bei 3D, Rautiefe bei 2D).
Wie ist die Software modular aufgebaut?
Der Quelltext ist in Pakete und Python-Module gegliedert (z. B. getrennte Module für Datei-Import, Datenfilterung, Kennwertberechnung und Visualisierung), wodurch die Wartbarkeit erhöht und die Integration weiterer Messgeräte zukünftig erleichtert wird.
- Arbeit zitieren
- Carlo Carilli (Autor:in), 2017, Entwicklung einer Software zur Auswertung von Messdaten zur Beurteilung von Bauteilqualitäten, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/372504
