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Bildverarbeitung in der Lebensmittelindustrie und Pharmazie: Aufzeigen von werkstofftechnischen, technologischen sowie konstruktiven Anforderungen an ... in der Lebensmittelindustrie und Pharmazie
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Bakkalaureatsarbeit
Maschinenbau

Staatliche Studienakademie Eisenach

2006

Andrea F. ©
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ID# 14247







BACHELORARBEIT

 „Aufzeigen von werkstofftechnischen, technologischen sowie konstruktiven Anforderungen an Komponenten und Systeme der bildverarbeitenden Industrie in der Lebensmittelindustrie und Pharmazie“


1. Einleitung1

1.1 Notwendigkeit vorliegender Untersuchungen1

1.2 Die Firma Vision & Control GmbH2

2. Stand der Kenntnisse3

2.1 Grundlagen der industriellen Bildverarbeitung3

2.2 Grundlagen der Materialwissenschaft5

2.3 Grundlagen der Fertigungstechnik6

2.4 Grundlagen der Konstruktionstechnik7

3. Aufgabenstellung und Ziel der Arbeit13

4. Versuchsaufbau15

5. Versuchsdurchführung16

5.1 Anforderungsrecherche16

5.2 Anforderungsliste25

5.3 Materialwissenschaftliche Analyse26

5.4 Fertigungstechnologische Analyse34

5.5 Wirtschaftlich-technologische Analyse45

5.6 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung50

5.7 Konstruktionsbeispiel55

6. Ergebnis der Versuchsdurchführung58

7. Diskussion der Versuchsdurchführung59

8. Zusammenfassender Ãœberblick63

9. Ausblick64


1. Einleitung

Vor einigen Jahrzehnten war es unmöglich, ein digitales Bild als Ausgangspunkt für eine Qualitätskontrolle anzunehmen. Erst die dynamische Entwicklung im Bereich der innovativen Technologien, insbesondere in der industriellen Bildverarbeitung, ließ diese fortschrittliche Art der Qualitätssicherung zu. Das Fundament dieser Evolution stellte die Möglichkeit dar, Bilder zu digitalisieren sowie die Erkenntnis digitalisierte Bilder abspeichern bzw. übertragen zu können.


Die Anwendungsmöglichkeit industrieller Bildverarbeitungsaufgaben war zu Beginn der Entwicklung aus Kostengründen nur auf professionellen Bereichen, wie z.B. Ingenieurwissenschaft und Medizin anzutreffen. Einen Wandel der hohen Produktions- und Entwicklungskosten erfuhr die industrielle Bildverarbeitung mit der schnellen Entwicklung der Halbleitertechnik.

Mit diesem Fortschritt stand der Bildverarbeitung ein Einsatz in anderen Bereichen, wie beispielsweise der Automation von Prozessen im Maschinenbau nichts mehr im Weg. Heutzutage übernehmen Machine-Vision[1] Komponenten große Teile der Qualitäts-kontrollen und Qualitätssicherungen in der Automatisierungsbranche. Aufgaben, die für den Menschen eintönig oder gefährlich erscheinen, werden bequem an Maschinen übertragen.

Auf diese Weise werden Ermüdungserscheinungen aber auch menschliches Versagen bei Qualitätskontrollen ausgeschlossen. Demzufolge können komplexe Fertigungsprozesse exakt überprüft und protokolliert werden.


1.1 Notwendigkeit vorliegender Untersuchungen

In den vergangenen Jahren ist eine rasante Verbreitung der industriellen Bildverarbeitung in den verschiedensten Industriebranchen zu dokumentieren. Diese Branchenvielfalt lässt viele neue Anwendungsmöglichkeiten folgen. Demgemäß sind Einsatzbereiche wie pharmazeutische Industrie und Lebensmittelindustrie zu Standardsektoren in der industriellen Bildverarbeitung herangewachsen.

Anlässig dieser Entwicklung sind in den verschiedenen Branchen speziell zugeschnittene Anforderungen, Richtlinien und Leitfäden sowie Normen und Vorschriften bezüglich der technologischen Eigenschaften, wie z.B. Staubdichtheit und Wasserdichtheit der Bildverarbeitungskomponente entstanden.


Um den Anforderungen der angesprochenen Industriebereiche Folge zu leisten, sind zunächst die Gegebenheiten der relevanten Branchen zu erforschen. Anhand der Anwendungsprofile ist im Anschluss zu entscheiden, ob die derzeitigen Machine-Vision Komponenten der Firma Vision & Control GmbH den Anforderungen gerecht werden. Im Falle einer negativen Beurteilung der Untersuchung sind nach werkstofftechnischen, technologischen bzw. konstruktiven Möglichkeiten zu forschen.



1.2 Die Firma Vision & Control GmbH

Die vorliegende Bachelorarbeit ist in Zusammenarbeit mit der in Suhl ansässigen Firma Vision & Control GmbH entstanden. Dieses 1991 gegründete Unternehmen entwickelt, produziert und vertreibt Machine-Vision Komponenten und deckt hierbei die gesamte Breite aller Disziplinen in den Bereichen Optik, Beleuchtung, Bildverarbeitungssoftware und Machine-Vision Systeme ab.

Ziel des Unternehmens ist es, industrietaugliche Bildverarbeitungskomponenten nach dem Baukastenprinzip[2] anzubieten.


Seit der Gründungszeit der Firma Vision & Control GmbH beschäftigt man sich intensiv und kontinuierlich mit der Thematik Systeme, Beleuchtungen und Objektive, da diese Elemente die wichtigen Säulen der Standardkomponenten darstellen. Aus der Kombination einer Beleuchtungskomponente mit einem hochwertigen Messobjektiv der Firma Vision & Control GmbH und einer elektronischen Kamera mit Bildaufnehmer ergibt sich ein zweidimensionales Präzisionsmessinstrument.

Dieses Prinzip der Bildverarbeitung ermöglicht ein berührungsloses Messen. Durch diese Eigenschaften lassen sich automatisierte Qualitätskontrollen in Sekundenbruchteilen verwirklichen.

2. Stand der Kenntnisse

2.1 Grundlagen der industriellen Bildverarbeitung

Die industrielle Bildverarbeitung ist ein anspruchsvolles verfahrenstechnisches Gebiete, welches laufend steigende Entwicklungszahlen zu vermerken hat [emv09]. Diese Verarbeitung digitalisierter Bilder beschränkt sich nicht mehr nur auf industrielle Arbeitsgebiete, sondern ordnet sich in ein breites Spektrum von Aufgaben und Einsatzgebieten ein.

Die industrielle Bildverarbeitung stellt hierbei lediglich einen Teilbereich der Computer Vision dar. Einer dieser Bereiche ist als Maschinensehen (Machine-Vision) benannt. Die Machine Vision beschreibt Systeme, die mit nicht berührenden Sensoren ein Bild aufnehmen, dieses in eine digitale Form umwandeln, darstellen und entsprechend der jeweiligen Forderungen auswerten.

Das passiert unter industriellen Umgebungsbedingungen, wobei technische und ökonomische Rahmenbedingungen eingehalten werden [Naw01].


Die Hauptkompetenz der Bildverarbeitung besteht in der Erzeugung, der Manipulation und/oder der Auswertung vorgegebener Fragestellungen von zwei- oder dreidimensionalen Intensitätsverteilungen. Diese Intensitätsverteilungen werden als Bilder benannt. Im Falle einer zusätzlichen Abhängigkeit zu der veränderlichen Größe Zeit, resultiert eine Bildfolge, auch als Szene vertraut.

In der industriellen Bildverarbeitung werden ausschließlich Bilder oder Szenen eingesetzt, die mittels Computer bearbeitet werden. Hierbei resultieren orts-, zeit- und wertdiskrete Intensitätsverteilungen, kurz digitale Bilder [Naw01].


Aus den neuen Erkenntnissen resultieren drei Aufgabengebiete der digitalen Bildverarbeitung. Sie bestehen aus Bildanalyse/ Mustererkennung, Bildcodierung und Computergrafik/Computeranimation. Im Aufgabenfeld der Bildanalyse und Mustererkennung werden Auswertungen von Bildern vorgenommen, die von einem bildgebenden System in den unterschiedlichsten Umgebungsverhältnissen gewonnen werden.

Grundsätzlich wird hierbei in natürliche und in quasi-natürliche Umgebung unterschieden. Natürliche Umgebungsverhältnisse stellen u.a. Landschaften oder Straßenszenen dar und besitzen keine künstlich erzeugte Lichtintensität. Im Gegensatz dazu veranschaulichen quasi-natürliche Umgebungssituationen, von Menschenhand beeinflusste Beleuchtungsverhältnisse z.B. in Gebäuden, Studios oder Fabrikhallen.


Die prinzipielle Struktur eines bildverarbeitenden Systems demonstriert Ab-bildung 1. Die Struktur beinhaltet eine Beleuchtungseinheit, eine Abbildungsoptik, einen Sensor bzw. Halbleiter-Kamera sowie einen Framegrabber[3], welcher aus einem Bildspeicher besteht. Weitere Bestandteile sind Analog-Digital-Wandler, Digital-Analog-Wandler und Bildprozessor sowie Rechner mit Betriebssystem, Interface zur Ansteuerung von Aktoren und Interface zur Erfassung weiterer Sensorsignale [Naw01].


Abb. 1: Struktur eines Bildverarbeitungssystems [Naw01]


Wie ebenfalls aus dem Schema (Abb. 1) zu entnehmen ist, haben Beleuchtungseinheiten die Aufgabe, optische Strahlungen so auf ein Objekt zu richten, dass die reflektierte oder transmittierte Strahlen auf einen für die Wellenlänge geeigneten Sensor treffen und reproduzierbare Sensorsignale erzeugen. Hierbei kann der Benutzer die Kombination aus Leuchtmittel und Beleuchtungsart an die Aufgabenstellung anpassen.

Um das zu erfassende digitale Bild formatgefüllt auf einen Sensor abzubilden, muss ein optisches Abbildungssystem dem bildgebendem System vorgeschaltet sein. Es werden in der Regel Objektive eingesetzt, welche durch ihre Brennweite gekennzeichnet sind. Für hochgenaues dimensionales Messen werden telezentrische Objektive, wie z.B. die vicotar® Objektivserie der Firma Vision & Control GmbH eingesetzt.

Die Objektivart bildet Objekte, unabhängig von ihrer Entfernung zum Objektiv, auf die gleiche Sensorfläche ab. Gewiss können nur Objekte ganz auf dem Sensor abgebildet werden, deren Größe geringer als der Objektivdurchmesser ist [Naw01].


Eine weitere Komponente der Bildverarbeitungstechnologie illustriert der Framegrabber. Dieses Bauelement hat die Aufgabe, das analoge Ausgangssignal des bildgebenden Systems über einen Analog-Digital-Wandler in ein digitales Signal umzusetzen, die digitalen Bilder in einem Bildspeicher abzulegen sowie die gespeicherten Bilder über einen Digital-Analog-Wandler auf einem TV-Monitor darzustellen.

Der Bildspeicher wird durch einen Datenbus an einem Prozessor gekoppelt. Ein Framegrabber erzeugt die für die Abtastung des Bildgebersignals notwendigen Taktsignale und die für die Bildwiedergabe geforderten Synchronsignale [Naw01].


In rein PC basierenden Bildanalysesystemen laufen Bildoperationen, spezielle Bildtransformationen zur Bildverbesserung, Segmentierungen, Postsegmentierungen sowie Klassifikationsalgorithmen zu langsam ab. Auf Grund dessen werden spezielle Bildprozessoren zur Beschleunigung eingesetzt [Naw01].



Erst wesentlich später entwickelte sich ein Interesse an Polymerwerkstoffen und anderen Metallen, wie z.B. Titan. Heute werden die Eigenschaften von allen Feststoffen, die eine technische Bedeutung haben, einbezogen. In jüngster Zeit spielen auch biologische und medizinische Aspekte in der Materialwissenschaft eine wesentliche Rolle. Ein gewichtiges Ziel der Materialwissenschaft ist es, eine Aufklärung der Beziehungen zwischen der Struktur und den Eigenschaften der Werkstoffe herzustellen.

Darauf aufbauend werden, um gewünschte Eigenschaftsprofile zu erwirken, gezielte Strukturveränder-ungen durchgeführt [Sch98] [Rug02].


Werkstoffwissenschaft bzw. Werkstoffkunde, betont die anwendungsorientierten Aspekte von Materialien. Daher ist diese Disziplin im engeren Sinn eine Wissenschaft, welche sich mit Werkstoffen befasst, die in Maschinen, Anlagen und Apparaten verwendet werden. Die vorwiegend experimentell gewonnenen Erkenntnisse der Werkstoffkunde ermöglichen die Entwicklung von Werkstoffen, entsprechend den von der Industrie geforderten chemischen und physikalischen Eigenschaften.

Zu diesen Eigenschaften gehören Zugfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Härte und Duktilität bzw. Sprödigkeit von Stählen und anderen Metallen sowie deren Legierungen. Auch Keramiken, Polymeren und Verbundwerkstoffen sind in der Werkstoffkunde integriert.


2.3 Grundlagen der Fertigungstechnik

Der Begriff Fertigungstechnik ist ein Element der Produktionstechnik und des Maschinenbaus. Sie beschreibt die Lehre von der wirtschaftlichen Herstellung umgeformter Werkstücke aus gegebenen Ausgangsmaterialien nach vorgegebenen geometrischen Bestimmungsgrößen unter Einhaltung bestimmter Toler-anzen und deren Zusammenbau zu funktionsfähigen Erzeugnissen.

Hierbei kann ein Erzeugnis ein Endprodukt oder ein Halbfabrikat sein. In Tabelle 1 auf Seite 7 sind die Fertigungsverfahren nach DIN 8580 erfasst. Hierbei werden die Fertigungsverfahren in Urformen, Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten und Stoffeigenschaftsänderung eingeteilt [Fri06].



Die Hauptgruppen der Fertigungsverfahren Nach DIN 8580

Urformen

Umformen

Trennen

Fügen

Beschichten

Stoffeigen-schaften ändern

Als Umformverfahren oder Urformen bezeichnet man alle Fertigungsverfahren in denen aus formlosem Stoff ein Werkstück hergestellt wird. In diesem Verfahren wird der Zusammenhalt der Stoffteilchen geschaffen.

Mit Umformverfahren oder Umformen werden die Fertigungsverfahren bezeichnet, in denen Werkstücke aus festen Rohlingen durch bildsame plastische Formänderungen erzeugt werden. Das Volumen des Rohteils entspricht dem Volumen des Fertigteils, die Masse und der Zusammenhalt des Werkstoffs werden bei der Umformung beibehalten.

Mit Trennverfahren oder Trennen werden die Fertigungsverfahren bezeichnet, bei denen die Form eines Werkstückes verändert wird, indem der Zusammenhalt örtlich aufgehoben wird. Beim Trennen werden zur Formänderung Werkstoffteilchen vom Ausgangswerkstück abgetrennt. Die Teilchenzahl und das Volumen des Fertigteiles werden geringer. Die Endform ist in der Ausgangsform enthalten.

Fügen ist das langfristige Verbinden oder sonstige Zusammenbringen mehrerer Werkstücke geometrisch bestimmter fester Form oder von ebensolchen Werkstücken mit formlosem Stoff.

Beschichten ist Fertigen durch Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff an ein Werkstück.

Stoffeigenschaften ändern ist Fertigen durch Verändern der Eigenschaften des Werkstoffes, aus dem ein Werkstück besteht.

Verfahren

Gießen

Sintern

Rapid Prototyping

Spinnen

Walzen

Schmieden

Prägen

Drücken

Tiefziehen

Biegen

Ziehen

Feilen

Sägen

Drehen

Fräsen

Scherschneiden

Keilschneiden

Schleifen

Verschrauben

Schweißen

Kleben

Löten

Nieten

Nageln

Lackieren

Aufdampfen

Galvanisieren

Wirbelsintern

Härten

2.4 Grundlagen der Konstruktionstechnik

Anhand ständig steigender Anforderungen an Anwendungsbereichen und Qualität ist die Arbeitsweise des methodischen Konstruierens als verpflichtend zu werten. Gerade wegen der Kenntnis, dass die Konstruktionskosten direkten Einfluss auf die Herstellkosten eines technischen Produktes aufweisen, ist eine Rationalisierung im Konstruktionsbereich notwendig.

Bisher sind Konstruk-tionsaufgaben meist durch intuitive Vorgehensweisen gelöst worden. Dies setzt allerdings eine umfassende Konstruktionserfahrung und künstlerische Phantasie eines konstruktiv-kreativen Einzelkönners voraus. Mit der Arbeitsweise des methodischen Konstruierens ist ein Konzept gefunden, welches weitgehend durch den Zufall die Lösung bestimmt. Hierbei ist eine analytische Vorgehensweise durch Funktionsdenken, zielgerichtete Suche nach Lösungen und Varianten, sowie eine technisch-wirtschaftliche Wertanalyse durchzuführen.

Mit dem Hilfsmittel des methodischen Konstruierens kann vor allem der Anfänger systematischer und zielgerechter sein Lösungskonzept entwickeln. Hierbei ist besondere Aufmerksamkeit auf die Methode der Lösungsfindung zu legen. Dabei werden prinzipiell drei Arten – die Neu-, Varianten- und Anpassungskonstruk-tion – unterschieden. Die letztgenannte Anpassungskonstruktion dient zur Anpassung eines bereits bekannten technischen Produktes mit gleichem Funk-tionsprinzip, aber veränderten Randbedingungen.


2.4.1 Konstruktive Gestaltung des telezentrischen Messobjektiv vicotar® T240

Das telezentrische Messobjektiv vicotar® T240 besteht grundlegend aus sieben schwarz eloxierten[5] Gehäusekomponenten. Der Grundwerkstoff dieser Elemente ist eine Aluminiumlegierung AlMgSi1. Im Inneren der Grundelemente befindet sich eine Anordnung von Glaslinsen, welche auf dem Optikdesign der Firma Vision Control GmbH beruhen. Die Linsenkombinationen sind in den Tubuskomponenten Vorderglied, Grundobjektiv und Hinterglied durch Vorschraubringe und Distanzringe integriert.

Die Tubusteile werden mit Feingewinde M30 x 5 bzw. 23,5 x 5 kollektiv verschraubt. Ein Lack auf dem Gewinde dient als Sicher-ungselement für die Schraubverbindungen. Ebenfalls mit einem Sicherheitslack versehen ist ein Gewindestift mit Innensechskant, welcher in dem Hinterglied des T240 eingeschraubt ist und zur Arretierung des Grundobjektives dient.


Abb. 2: Konstruktive Gestaltung des telezentrischen Messobjektives vicotar® T240

Bei der Betrachtung von Bild 2 auf Seite 8 ist zu entnehmen, dass das Hinterglied sowie ein Teil des Grundobjektivs eine gerändelte Oberfläche besitzen. Diese Oberflächenstruktur dient als anwenderfreundliche Einstellmöglichkeit der Optik des T240. Flächen, welche keine Rändel aufweisen, beinhalten eine gemittelte Rauheit  von 16 µm, was eine problemlose Oberflächenveredelung durch Eloxieren ermöglicht.


2.4.2 Konstruktive Gestaltung Flächenbeleuchtung vicolux® BL100x80

Die Flächenbeleuchtung vicolux® BL100x80 besitzt identische Gestaltungsmerkmale zum T240. Sie besteht, wie auch das T240, aus einem staubgeschützten, schwarz eloxierten Gehäuse aus Aluminium, welches in Anlage II als technische Zeichnung dargestellt ist. Dieses Bauteil stellt das Grundelement der Beleuchtungseinheit dar. In seinem Inneren sind integrierte Regelungen inklusive Steuer- und Stabilisierungselektronik vorhanden.

In Kombination mit einer LED Beleuchtung ermöglicht diese Elektronik eine maximale Helligkeit mit einer homogenen Lichtverteilung über die gesamte Leuchtfläche. Damit die vorhandenen elektronischen Bauelemente vor äußeren Einwirkungen geschützt sind, ist wie in Abbildung 3 demonstriert, eine transparente, schlagfeste Kunststoffscheibe auf eine definierte Fläche des eloxierten Aluminiumgehäuse aufgeklebt.


Abb. 3: Konstruktive Gestaltung der Flächenbeleuchtung vicolux® BL100x80

2.4.3 Konstruktive Gestaltung Vision-Sensor camat® S47-2

Vision-Sensoren zeichnen sich durch das aufeinander abgestimmte Zusammenspiel der Bildverarbeitungskomponenten Optik, Beleuchtung, Bildaufnehmereinheit, Software und Schnittstelle in einem robusten Gehäuse aus. Das Schema in Abbildung 4 stellt die Etappen der Zusammenführung der einzelnen Baugruppen dar [Ost07]. Die hier von eins bis vier bezifferten Komponenten erzeugen die Grundbausteine eines bildverarbeitenden Sensors, hierzu zählen Beleuchtungseinheit (1), optische Einheit (2), Bildaufnahmeeinheit (3) und Schnittstelleneinheit( 4).


Abb. 4: Baugruppen des Vision-Sensors camat® S47-2


Die gegenwärtige Gestaltung des Gehäuses ist in Anlage III als Gesamtbauzeichnung dargestellt. Wie aus der Zeichnung zu entnehmen ist, werden die zur gegenwärtigen Untersuchung relevanten Gehäusekomponenten mit den Posi-tionsnummern Basisplatte (Pos. 1), Profilrohr steckerseitig (Pos. 2), Steckerleiste (Pos. 3), Scheibenabdeckung (Pos. 9) und Profilrohr mit Aufnahme Glasscheibendichtgummi (Pos. 10) aus einem Aluminiumwerkstoff mit der Zusammensetzung AlMgSi1 durch spanende Herstellung gefertigt.

Aus datenschutztechnischen Gründen sind hierbei nur die Oberflächenbehandlungszeichnungen der einzelnen Bauteile in den Anlagen IV bis VIII aufgeführt. Im Falle der gegenwertigen Fertigung des camat® S47-2 wird die Verschleißfestigkeit der Oberfläche durch Eloxieren erhöht.

Abb. 5: Konstruktive Gestaltung des Vision-Sensors camat® S47-2


Die Gehäusekomponenten Pos. 2 und Pos. 3 sowie Pos. 9 und Pos. 10 des Vision-Sensors werden mittels Linsenschrauben mit Torx in ihrer Lage fixiert und mit der Basisplatte Pos. 1 verschraubt. Hierbei ist festzustellen, dass Pos. 3 mit Aussparungen für Hirose-Stecker versehen sind, welche für den Datentransfer und Stromversorgung des Vision-Sensors zuständig sind.

Auch eine Resistenz gegen chemisch hochaktive Medien garantiert der PMMA-Werkstoff. Beide Komponenten, Pos. 3 und Pos. 9 sowie die Basisplatte Pos. 1 sind mit Nuten versehen, in denen Dichtungsringe aus Gummi eingelegt werden. Demnach kann garantiert werden, dass die Spalten zwischen den Gehäusekomponenten nach der Montagearbeit absolut staub- und spritzwassergeschützt sind.

Zur Montage des Sensors an Maschinen oder anderen Objekten, an denen der camat® S47-2 befestigt werden soll, dienen die Gewindebohrungen in Pos. 1. Die modulare Bauweise des camat® S47-2 ermöglicht eine einfache Anpassung an neue Aufgabengebiete des Sensors. Je nach geforderten Eigenschaften des Sensors können die einzelnen Komponenten in Form der Baugruppen ausgetauscht oder für eine neue Aufgabestellung neu entwickelt werden.

Das Grundprinzip des Sensors wird auf diese Weise nicht tangiert [Ost07].

3. Aufgabenstellung und Ziel der Arbeit

Der Anwendungsbereich der Machine Vision Komponenten der Firma Vision & Control GmbH beschränkte sich momentan auf Branchen, bei denen keine hohen Anforderungen bezüglich Berührungs- und Fremdkörper- sowie Wasserschutz existieren. Nur ein Schutz gegen Stäube und Spritzwasser muss realisiert werden. Vorzugsweise werden die existierenden Komponenten und Systeme in der Automobilindustrie bzw. im allgemeinen Maschinenbau eingesetzt.


Zum Zwecke der Integration der vorhandenen Machine-Vision Komponenten in die pharmazeutischer Industrie bzw. Lebensmittelindustrie seitens der Firma Vision & Control GmbH ist zu Beginn der vorliegenden Bachelorarbeit eine Recherche, bezüglich der Anforderungen in den erwähnten Industriezweigen, durchzuführen. Anhand dieser ausführlichen konstruktionswissenschaftlichen Ausarbeitung ist im Folgenden eine Anforderungsliste anzufertigen, welche die Bedürfnisse der neuen Industriezweige zu einer Gesamtheit vereint.

Unter Verwendung der Anforderungsliste sind im Anschluss werkstofftechnische und fertigungstechnische Analysen auszuarbeiten. Hierbei sind verschiedene Varianten zu finden, um im Folgenden unter Verwendung einer wirtschaftlich-technologischen Analyse und einer Wirtschaftlichkeitsprüfung die idealste Variante zu bestimmen. Im Anschluss ist der Gewinner des Variantenvergleiches zum Zweck einer ausführlichen Dokumentation konstruktiv darzustellen.


Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist eine wirtschaftliche Gehäuseoptimierung der Machine-Vision Komponenten unter Berücksichtigung von werkstofftechnischen, technologischen und konstruktiven Konsequenzen in der Lebensmittelindustrie und Pharmazie. Hierbei ist ein Vergleich des gegenwärtigen Aluminiumwerkstoffes AlMgSi1 mit alternativen Werkstoffen wie beispielsweise hochlegierte Stähle, hartverchromte Baustähle, eloxierte Aluminium- Gusslegierungen oder hochfesten Kunststoffen durchgeführten.

Weiterhin sollen die ermittelten Erkenntnisse in einem expliziten Kon-struktionsbeispiel auf die Gestaltung des Sensors camat® S47-2 übertragen werden. Hierbei sind die ermittelten werkstofftechnischen, technologischen und wirtschaftlichen Erfahrungen zu berücksichtigen.

4. Versuchsaufbau

Das gegenwärtige Kapitel der vorliegenden Bachelorarbeit beschreibt den Lösungsalgorithmus zur Erfüllung der bestehenden Aufgabenstellung. Hierbei lehnt sich die Lösungsfindung stark an die wissenschaftlichen Methoden der Konstruktionswissenschaftlern Pahl/Beitz und Kesselring an. Die Verwendung dieser Arbeitsweisen ist zum Einen mit der komplexen Betrachtungsweise der Modelle zu begründen, zum Anderen wurden diese Algorithmen ausführlich in den Vorlesungen der Berufsakademie Eisenach besprochen.


Die Erarbeitung einer Anforderungsliste bildet das Fundament einer günstigen wirtschaftlich-technischen Lösungsfindung der Aufgabenstellung. Hierbei muss im Vorfeld eine ausführliche Anforderungsrecherche durchgeführt werden, um marktrelevante Grundforderungen in Pharmazie und Lebensmittelindustrie zu deuten. Ebenfalls müssen Definitionen bezüglich der technisch- kundenspezifischen Leistungsanforderungen, aber auch Definitionen der Attraktivitätsforder-ungen des Markt-/Kundensegmentes in den geforderten Branchen berücksichtigt werden.


Nach der Erstellung der Anforderungsliste sind alternative Werkstoffe und deren Technologien, welche den gegebenen Anforderungen der Kunden entsprechen, für die Gehäusekonstruktion zu ermitteln. Ebenfalls müssen die ermittelten Werkstoffe und technischen Verfahren dem Profil der Richtlinien, Leitfäden und Normen in Lebensmittelindustrie sowie pharmazeutischen Industrie entsprech-en.

Ziel dieser werkstofftechnischen und technologischen Analyse ist das Aufstellen einer Variantenmatrix, mit dessen Hilfen verschiedene Lösungskonzepte gefunden werden sollen. Die verschiedenen Lösungsvarianten sind anschließend auf ihre wirtschaftliche und technische Wertigkeit zu prüfen, um hinterher ein Stärkediagramm nach Kesselring aufstellen zu können.


Um die Lösungsfindung noch expliziter an die Firma Vision & Control GmbH anzulehnen, ist  in einer abschließenden Wirtschaftlichkeitsprüfung die ökonomischste Variante zu ermitteln, welche anschließend in einen konstruktiven Beispiel dargestellt wird .

5. Versuchsdurchführung

Im Folgenden ist der Algorithmus des Versuches durchzuführen. Die Durchführung eröffnet mit einer Anforderungsrecherche bezüglich der erforderlichen Bedingungen aus Lebensmittelindustrie und pharmazeutischen Industrie.




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