Ein Röntgenstrukturanalysegerät ist ein hochpräzises Labormessgerät, welches mithilfe von Röntgenstrahlen Materialeigenschaften und Zusammensetzungen von Proben bestimmt. Ein solches Messgerät befindet sich im Sortiment der Anton Paar GmbH und wird in dieser Arbeit um ein automatisiertes Probenhandling erweitert. Im Mittelpunkt steht dabei die Handhabung der Probenteller, die als Aufnahmebauteile für die zu messenden Proben dienen. Dazu werden Komponenten und Technologien zur Proben-Speicherung, Proben-Bewegung und Proben Identifikation benötigt, wobei fundierte Informationen dazu im theoretischen Teil der Arbeit aufbereitet werden. Der Schwerpunkt des praktischen Teils liegt in der Erstellung eines 3D Gesamtkonzepts und der Auswahl der dafür notwendigen Komponenten mithilfe von geeigneten Bewertungskriterien. Da das Gerät bereits am Markt angeboten wird, werden die Platzverhältnisse des Gerätes für die Integration und Positionierung diverser Komponenten ausführlich analysiert. Des Weiteren werden die Kommunikation der Komponenten und die Sicherheit des Gesamtgerätes genauer betrachtet und auf das automatisierte Probenhandling abgestimmt. Auch der gesamte Ablauf einer Messreihe wird untersucht, um das Automatisierungskonzept an die einzelnen Schritte bestmöglich anzupassen. Nach der Auswahl der benötigten Komponenten wird daraus ein funktionsfähiges Gesamtkonzept erstellt, welches in weiterer Folge detaillierte Ausschnitte einer möglichen Programmierung der Proben-Bewegung beinhaltet. Damit diese Lösung zukünftig auch in die Serienfertigung der Röntgenstrukturanalysegeräte integriert werden kann, wird der Schwerpunkt der Programmierung auf die Ausarbeitung einer universellen Lösung gelegt, welche geräteunabhängig verwendet werden kann. Das erarbeitete Gesamtkonzept für die Integration eines automatisierten Probenhandlings wird von den theoretischen Grundlagen bis hin zu Ansätzen der Programmierung der Proben-Bewegung behandelt und kann als Empfehlung für eine zukünftige Umsetzung herangezogen werden.

: LiDAR-Sensoren werden bereits seit vielen Jahren erfolgreich in diversen Anwendungsgebieten eingesetzt. Durch die fortwährende Weiter- und Neuentwicklung von Technologien werden zudem immer mehr Anwendungsfälle erschlossen. Die Einsatzgebiete reichen mittlerweile von der Kartografie über die Forstwirtschaft und dem Einsatz im Militär bis hin zu Automotive- und Haushaltsanwendungen. Gerade durch das Aufkommen von autonomer Mobilität werden neue Lösungen benötigt, die Umgebung eines Fahrzeuges in Echtzeit zu erfassen und zu analysieren. In der vorliegenden Masterarbeit wird eine Applikation für den Betrieb eines LiDAR-Sensors entwickelt, durch die der Sensor betrieben und die Daten ausgewertet werden können. Dazu wird eine Benutzeroberfläche erstellt, welche Steuerelemente, ein dreidimensionales Diagramm und Textfelder enthält. Die erfasste Punktwolke wird analysiert und der Boden von den restlichen Datenpunkten getrennt. Weiters wird der Boden auf seine Neigung untersucht. Durch mehrere Berechnungen wird ermittelt, ob es sich um eine Steigung oder um ein Gefälle handelt. Die restlichen Datenpunkte werden durch einen Algorithmus analysiert, um zusammenhängende Gebilde zu ermitteln. Diese werden als Objekte im dreidimensionalen Diagramm dargestellt. Der Abstand zum nächstgelegenen Objekt wird ermittelt und in den Textfeldern gemeinsam mit der errechneten Steigung dargestellt. Durch diese Applikation mitsamt den Analysen und Darstellung wird eine Objekterkennung realisiert, die in weiterer Folge optimiert und ausgebaut werden kann. Der LiDAR-Sensor kann so in einem System eingebaut und betrieben werden.

Diese Masterarbeit untersucht die Möglichkeit, die auftretenden Massenträgheiten und Verluste an einem Back-2-Back-Prüfstand für definierte Prüfläufe mit Hilfe von zusätzlichen Antriebselementen auszugleichen. Der aktuelle Prüfstandsaufbau besteht aus zwei elektrischen Antriebsachsen (den Prüflingen), welche über Wellenverbindungen und zwei Koppelgetriebe mechanisch miteinanderverbunden sind. Im aktuellen Prüfaufbau erfolgt die Massenträgheits- und Verlustkompensation durch die Prüflinge selbst, welche dadurch unterschiedliche Lastzustände aufweisen. Diese ungleiche Belastung widerspricht dem grundsätzlichen Testinteresse, einen Prüfling gegen den anderen Prüfling mit jeweils gleicher Last zu betreiben. Die Problem- bzw. Fragestellung dieser Arbeit ist es zu prüfen, ob diese Massenträgheit- und Verlustkompensation durch eine Erweiterung des Prüfstandsaufbaus von zusätzlichen Antriebselementen getragen werden kann. Das Konzept dieser Arbeit ist es, an den beiden Koppelgetrieben zusätzliche elektrische Motoren anzubringen, welche den Prüfaufbau beschleunigen und verzögern können und somit die Massenträgheiten und Verluste kompensieren. Für den aktuellen Prüfstandsaufbau wird ein Modell in MATLAB/Simulink auf Basis der theoretischen Herleitungen von Massenschwingersystemen erstellt. Die notwendigen Modellparameter werden aus vorhandenen Messdatenaufzeichnungen des realen Prüfstands identifiziert und die Simulationen der erstellten Modelle werden gegen diese realen Messdatenaufzeichnungen bzw. gegen die anderen Modelle validiert. Als Ergebnis der Modellerstellung steht ein robustes Modell, das auch unter der Annahme gewisser Vereinfachungen in der Lage ist, den realen Prüfstand mit definierten Prüfabläufen zu simulieren. Darauf aufbauend wird die Erweiterung mit zusätzlichen Antriebselementen im Modell durchgeführt und geeignete PI-Regler mit Vorsteuerung entworfen. Das entworfene Simulationsmodell fährt abschließend den gleichen Prüflauf wie der reale Prüfstand ab, und die Daten aus der Simulation werden mit den Messdaten verglichen. Dabei können beide Prüflinge drehmomentgeregelt betrieben werden, die Drehzahlregelung für den Prüflauf erfolgt durch die zusätzlichen elektrischen Motoren im Modell, welche auch die Massenträgheits- und Verlustkompensation für den Prüflauf tragen. Für die Simulation wird ein stabiles, aber dennoch vereinfachtes Modell verwendet. Die Ergebnisse der Simulation mit den Prüfstandserweiterungen bestätigen die Hypothese, dass die parasitären Trägheits- und Verlusteffekte durch den Aufbau zusätzlicher Antriebselemente weitgehendkompensiert werden können. Außerdem wurde für die definierten Prüfläufe ein besseres Verhalten, sowohl hinsichtlich Dynamik als auch hinsichtlich Stabilität festgestellt. Zusätzlich wird im Ergebnisteil die Möglichkeit diskutiert, die Prüfstandsseiten gezielt mit unterschiedlicher Drehzahl, wie z.B. bei einer Kurvenfahrt, zu betreiben. Diese Arbeit gibt abschließend noch die Empfehlung, die Ergebnisse der durchgeführten Simulationen am realen Prüfstand zu testen, sowie in das reale Prüfstandssystem zu integrieren. Weiters sollte die Prüfstandserweiterung hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit bzw. Rentabilität bewertet werden.

Das Ziel dieser Masterarbeit ist das Erarbeiten einer modularen Baugruppe, die die Funktionen der Kollimation und Filtration von Primärröntgenstrahlung in Röntgen- und Computertomographiesystemen für industrielle Anwendungen erfüllt. Hierfür sind die physikalischen Grundlagen zur Röntgenstrahlung und den Effekten, die diese hervorruft, bestimmt. Mit diesen Grundlagen ist ein allgemeines CT-System anhand von Komponenten und Funktionen erstellt worden. Mithilfe der Zusammenhänge und Erkenntnisse aus wissenschaftlichen Beiträgen sind Anforderungen an die Baugruppe definiert. Zur Modularisierung der Baugruppe sind Methoden verglichen und ein Vorgehen zur Entwicklung erarbeitet worden. Das Vorgehen orientiert sich hauptsächlich an der von Erixon (1998) veröffentlichten Arbeit. Die Baugruppe ist, ausgehend von den Anforderungen über die Funktionen bis hin zu Lösungsprinzipien, für die technische Umsetzung ausgearbeitet. Aus den Prinzipen werden Komponenten und eine Architektur erarbeitet, die sich in Module teilen lässt ist. Es sind vier Modulkonzepte dargestellt und diese werden anhand der Kriterien Modularität, Variantenbildung und Funktionsabhängigkeit bewertet. Resultierend aus der Bewertung, wurde ein Konzept ausgewählt, das anhand eines Modulsteckbriefs beschrieben ist. Die Dokumentation und Darstellung erfolgen mit Diagrammen des modellbasierten System Engineerings Methode. Bei dieser praxisnahen Problemstellung kann gezeigt werden, wie ein Teil eines Gesamtsystems unabhängig zu diesem entwickelt und gelichzeitig modularisiert werden kann. Das Ergebnis erbrachte Module, die simultan voneinander entwickelt werden können, ohne dass eine weitere Abstimmung zwischen den Entwicklern/-innen nötig wäre. Die Ergebnisse lassen sich zum einen für die Entwicklung der beschriebenen Baugruppe nutzen, zum anderen geben sie Aufschluss darauf, wie Systeme ausgehend von Elementen zum Gesamtsystem modularisiert werden können.

Durch Unfälle und Erkrankungen des zentralen Nervensystems kommt es häufig zu Beeinträchtigungen des alltäglichen Lebens von Betroffenen. Besonders bei der Neurorehabilitation handelt es sich teilweise um einen langwierigen Prozess, bei welchem durch den Einsatz von therapieunterstützenden Technologien die Häufigkeit und Dauer des Trainings gesteigert werden können. Daher beschäftigt sich diese Arbeit mit der Entwicklung eines Handmotorik-Trainingsgeräts, welches den Genesungsprozess unterstützen soll. Das Ziel dabei ist, das Gerät nicht nur aus ingenieurtechnischer Sicht zu entwickeln, sondern in einem frühen Stadium die Expertise von Fachexpert*innen miteinzubeziehen. Zu Beginn wird ein Konzept erarbeitet, wonach ein erster Prototyp entwickelt wird. Dessen Evaluierung wird sowohl nach technischen Limitationen, als auch bezüglich praktischer Anwendbarkeit durchgeführt. Für letzteres wird eine Testung mit anschließender Befragung von 14 Ergotherapeut*innen durchgeführt, wonach mittels Usefulness, Satisfaction and Ease of Use (USE)-Questionnaire und eines Fragebogens qualitative und quantitative Daten erhoben und folglich ausgewertet werden. Basierend auf den Ergebnissen der gesamten Evaluierung werden neue Anforderungen abgeleitet, um das Trainingsgerät zielgerichtet weiter zu entwickeln. Eine qualitative Evaluierung zeigt bei 7 von 10 Antwortkategorien der kritischen Fragestellungen eine Verbesserung im Zuge der Weiterentwicklung. Weiters kann für die Verbesserungen hinsichtlich Verfahrgeschwindigkeit, Vibrationen und Geräuschemission ein quantitativer Nachweis erbracht werden. Hinsichtlich der Relevanz zeigt sich, dass sich alle Befragten vorstellen können, solch ein Gerät im therapeutischen Bereich einzusetzen und das Training damit kognitive und motorische Fähigkeiten verbessern kann.