Untersuchung und Entwicklung von Messstrategien und Messverfahren zur Qualitätsverbesserung von mechanischen und akustischen Bauteilen am Anwendungsbeispiel eines Ultraschallsensors für das autonome Fahren

Produktbeschreibung

Immer mehr automatisierte Fahrsituationen zeigen den Weg zum autonomen Fahren auf. Eine zunehmende Automatisierung erfordert verschiedene Sensoren im Fahrzeug. Solange diese Sensoren ausschließlich für Komfortfunktionen genutzt werden, ist die Messbarkeit gemäß der Risikobewertung nicht vollumfänglich erforderlich. Für das autonome Fahren hingegen ist es zwingend notwendig, reale technische Bauteile mit Messmitteln und Messstrategien zu beurteilen, die ausreichend untersucht und auf ihre Fähigkeit hin geprüft sind. Unter Berücksichtigung von Six-Sigma-Methoden wurden
verschiedene Messmittel und Messverfahren an repräsentativen Bauteilen eines Ultraschallsensors untersucht, um daraus fähige und geeignete Messstrategien zu entwickeln. Diese führen zu einer signifikanten Qualitätsverbesserung von akustischen und mechanischen Komponenten für das autonome Fahren.

Inhaltsverzeichnis
Formelzeichen und Abkürzungen ……….. X
Abstract ……………………….. XVII
1 Motivation und Zielsetzu…………… 1
2 Stand der Wissenschaft und Technik …. 3
2.1 Definitionen der zentralen messtechnischen Begriffe ………… 3
2.1.1 Messen, Messung und Messprozess ………………………… 3
2.1.2 Messwert …………………….. 4
2.1.3 Messergebnis………………….. 4
2.1.4 Messsystem …………………… 4
2.1.5 Messstrategie ………………… 4
2.1.6 Messmethode und Messverfahren …… 5
2.1.7 Metrologie und Messtechnik………. 5
2.2 Definitionen der zentralen statistischen Begriffe ……………. 6
2.2.1 Mittelwert ………………….. 6
2.2.2 Streuungsmaße………………… 6
2.2.3 Spannweite ………………….. 6
2.2.4 Quartilsabstand…………….. 7
2.2.5 Varianz …………………… 7
2.2.6 Standardabweichung …………. 8
2.3 Messprozesse nach Band 5 (2021) des Verbandes der deutschen Automobilindustrie (VDA) …. 9
2.4 Messsystemanalyse nach MSA-Band vierte Edition (2010) der Automotive Industry Action Group ……… 19
2.5 Prüfmittelmanagement nach der deutschen Gesellschaft für Qualität (DGQ)…………… 25
2.6 Betrachtung der Unsicherheiten beim Messen nach GUM (2008) ……………… 25
2.7 Fazit ……….. 30
3 Beschreibung der untersuchten Bauteile und Normale …………… 32
3.1 Autonomes Fahren ……………… 32
3.2 Sensoren für das autonome Fahren …………… 33
3.3 Der Ultraschallsensor als repräsentatives Bauteil für Sensoren zum autonomen Fahren ……… 35
3.4 Die Untersuchungsobjekte …………. 37
3.4.1 Die untersuchten Normale ……….. 37
3.4.2 Die untersuchten Prüfstifte …………… 39
3.4.3 Das untersuchte Rauheitsvergleichsnormal …………… 40
3.4.4 Die untersuchten Gehäuse eines Ultraschallsensors ………….. 41
3.4.5 Die untersuchten Deckel eines Ultraschallsensors ………….. 42
3.4.6 Die untersuchten Membrantöpfe eines Ultraschallsensors …………. 43
3.4.7 Die untersuchten Silikonringe eines Ultraschallsensors ……….. 44
3.4.8 Die untersuchten Piezoelemente eines Ultraschallsensors ………….. 45
3.5 Fazit ……….. 45
4 Zu messende Merkmale und messtechnische Grundlagen ………….. 47
4.1 Die Normale …………. 47
4.2 Die Prüfstifte………… 48
4.3 Das Rauheitsvergleichsnormal …………… 49
4.4 Das Gehäuse ………… 51
4.5 Der Deckel …………. 56
4.6 Der Membrantopf ……………… 58
4.7 Der interne Silikonring ………….. 59
4.8 Der externe Silikonring ………… 61
4.9 Die Temperaturaufzeichnung …….. 62
4.10 Die eingesetzte Software………….. 63
4.11 Fazit ………………. 64
5 Die untersuchten Messmittel …………. 65
5.1 Die Streifenlichtprojektion (SL)……….. 65
5.1.1 SL-Messgerät 1 …………………….. 66
5.1.2 SL-Messgerät 2 …………………….. 68
5.1.3 SL-Messgerät 3 …………………….. 69
5.2 Die Computertomographie (CT) ………………. 70
5.2.1 CT-Messgerät 1 …………………….. 74
5.2.2 CT-Messgerät 2 …………………….. 74
5.2.3 CT-Messgerät 3 …………………….. 75
5.2.4 CT-Messgerät 4 …………………….. 75
5.3 Die taktile Koordinatenmesstechnik ………. 76
5.4 Die Fokusvariation (FV) ………………. 78
5.4.1 FV-Messgerät 1 …………………….. 80
5.4.2 FV-Messgerät 2 …………………….. 81
5.5 Das konfokale und chromatisch konfokale Messverfahren……. 81
5.5.1 Das konfokale Laser-Scanning-Mikroskop (K 1) …………. 84
5.5.2 Die konfokale 3D-Mikroskopie (K 2) …………… 85
5.5.3 Das chromatisch konfokale Messgerät (K 3)……….. 85
5.6 Die Weißlichtinterferometrie (WL) …………….. 86
5.7 Fazit …………… 88
6 Ergebnisse und Diskussion………….. 89
6.1 Ergebnisse und Diskussion der Streifenlichtprojektion…………… 89
6.1.1 Ergebnisse und Diskussion SL 1 …………….. 89
6.1.2 Ergebnisse und Diskussion SL 2 ………… 90
6.1.3 Ergebnisse und Diskussion SL 3 ………… 91
6.1.3.1 Ergebnisse der Normale …………….. 92
6.1.3.2 Ergebnisse der Prüfstifte ……………. 98
6.1.3.3 Ergebnisse der Gehäuse……………. 101
6.1.3.4 Ergebnisse der Deckel…………….. 108
6.1.3.5 Ergebnisse der Membrantöpfe………… 111
6.1.3.6 Ergebnisse der internen Silikonringe ……….. 114
6.1.3.7 Ergebnisse der externen Silikonringe ………… 116
6.2 Ergebnisse und Diskussion der Computertomographie-Messgeräte …….. 120
6.2.1 Ergebnisse und Diskussion CT 1 …………. 120
6.2.1.1 Ergebnisse der Gehäuse ………………. 120
6.2.1.2 Ergebnisse der Deckel………………… 121
6.2.2 Ergebnisse und Diskussion CT 2 …………. 121
6.2.2.1 Ergebnisse der Normale ………………. 122
6.2.2.2 Ergebnisse der Prüfstifte ……………. 123
6.2.2.3 Ergebnisse der Gehäuse ………………. 124
6.2.2.4 Ergebnisse der Deckel………………… 127
6.2.2.5 Ergebnisse der Membrantöpfe ………….. 129
6.2.2.6 Ergebnisse der internen Silikonringe ….. 132
6.2.3 Ergebnisse und Diskussion CT 3 …………. 137
6.2.3.1 Ergebnisse der Normale ………………. 137
6.2.3.2 Ergebnisse der Prüfstifte ……………. 139
6.2.3.3 Ergebnisse der Gehäuse ………………. 139
6.2.4 Ergebnisse und Diskussion CT 4 …………. 145
6.3 Ergebnisse und Diskussion der taktilen Koordinatenmesstechnik …….. 146
6.3.1 Ergebnisse der Normale ………………… 146
6.3.2 Ergebnisse der Prüfstifte ……………… 149
6.3.3 Ergebnisse der Gehäuse ………………… 149
6.4 Ergebnisse und Diskussion der Fokusvariation …… 152
6.4.1 Ergebnisse und Diskussion FV 1 ……………… 152
6.4.1.1 Ergebnisse der Normale …………………… 153
6.4.1.2 Ergebnisse der Prüfstifte ………………… 154
6.4.1.3 Ergebnisse der Gehäuse …………………… 155
6.4.1.4 Ergebnisse der Membrantöpfe ………………. 156
6.4.2 Ergebnisse und Diskussion FV 2 ……………… 157
6.5 Fazit ……………………………………… 162
7 Neues Verfahren für die Beurteilung der Wiederholbarkeit des Messsystems für Rauheitskenngrößen
…….. 164
7.1 Ergebnisse und Diskussion FV 2 ……………….. 169
7.2 Ergebnisse und Diskussion K 1 ………………… 171
7.3 Ergebnisse und Diskussion K 2 ………………… 174
7.4 Ergebnisse und Diskussion K 3 ………………… 178
7.5 Ergebnisse und Diskussion WL …………………. 182
7.6 Fazit ……………………………………… 184
8 Neues Verfahren für die Beurteilung des Messsystems von Computertomographie-Messgeräten 185
9 Entwicklung von optimierten Messstrategien für die akustischen und mechanischen
Ultraschallkomponenten ………………………….. 187
9.1 Messstrategie für das Gehäuse ………………… 187
9.2 Messstrategie für den Deckel …………………. 192
9.3 Messstrategie für den Membrantopf …………….. 193
9.4 Messstrategie für die Silikonringe ……………. 194
10 Zusammenfassung und Ausblick ………………….. 196
Anhang A ………………………………………. 202
Anhang B ………………………………………. 205
Literaturverzeichnis ……………………………. 208

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