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am Werkzeugmaschinenlabor
 

Potenziale von Mikrocontrollern und Einplatinencomputern in der Fertigungstechnik

Ausgangssituation

Das maschinelle Oberflächenhämmern (MOH) ist ein innovatives, hochfrequentes Fertigungsverfahren (bis 500 Hz) zur inkrementellen Randzonenbearbeitung von technischen Bauteilen. Aufgrund fehlender Sensorik am Hämmersystem sind relevante Prozesskenngrößen wie die Hämmerkraft und -weg noch unbekannt. Zu-dem besteht aktuell noch keine Möglichkeit der drahtlosen Sensordatenübertragung an eine Cloud-Plattform für eine Echtzeit-Prozessoptimierung.

Mikrocontroller und Einplatinencomputer sind leistungsfähige, kompakte, programmierbare Rechnersysteme. Sie enthalten einen Prozessor und alle nötigen Bausteine wie Speicher, Zeitgeber sowie digitale/analoge Aus- und Eingänge. Sie können mit intelligenter Sensorik zur Aufzeichnung von Messwerten (Temperatur, Kraft, Weg) gekoppelt werden. In der Fertigungstechnik werden sie jedoch noch kaum eingesetzt.

Beim MOH können Mikrocontroller wie der Arduino MKR1000 oder Einplatinencomputer wie der Raspberry Pi 3 mit integriertem WLAN-Modul im Rahmen einer Messkette eingesetzt werden. Sie bieten die Möglichkeit mittels Temperatur-, Kraft- und Abstandssensoren aufgezeichnete Daten drahtlos in eine Cloudplattform im Internet zu übertragen.

 
In einer vorrangegangenen Arbeit wurden bereits erste Analogieversuche zur drahtlosen Messwertübertragung mittels Arduino-Mikrocontrollern an eine Cloudplattform durchgeführt. Diese zeigten die grundsätzliche Umsetzbarkeit der WLAN-Datenübertragung auf. Dabei konnte jedoch lediglich eine maximale Abtastrate von 1.600 Hz realisiert werden, welche dazu noch starke Schwankungen aufwies.
Aufgrund der hohen Prozessdynamik beim MOH und des nicht sinus-förmigen Kraftverlaufs ist eine minimale Abtastrate von ca. 3.000 Hz zur ausreichend genauen Abbildung des Kraftverlaufs erforderlich. Neben einer leistungsoptimierten Programmierung der Mikrocontroller und Einplatinencomputer hinsichtlich einer vollständigen drahtlosen Datenübertragung an eine Cloudplattform im Internet ist die Anbindung der Sensorik an die Mikrocontroller eine weitere Herausforderung.

Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwicklung einer geeigneten Messkette zur drahtlosen Datenübertragung und -analyse von Kraft-, Weg- und Temperatursignalen beim maschinellen Oberflächenhämmern mittels Mikrocontrollern und Einplatinencomputern sowie einer cloud-basierten Analyseplattform.

Geboten wird:

– Umfassende Betreuung
– Einarbeitung in ein hochaktuelles und spannendes Umformverfahren
– Einarbeitung in die Programmiersprachen C++ und PYTHON
– Unterstützung bei der Karriereplanung und Praktikumssuche
 
Voraussetzungen:
Voraussetzungen:

– Motivation und Einsatzbereitschaft
– Interesse an Elektrotechnik und Programmierung
Zeitaufwand: 11,00 Arbeitsstunden

Ansprechpartner(in):
Robby Mannens, M.Sc. RWTH Aachen
 
Cluster Produktionstechnik 3A 344
Tel.: +49 241 80-28244
Fax: +49 241 80-628244
Mail: R.Mannens@wzl.rwth-aachen.de