Faserverbundkunststoffe werden in einer steigenden Anzahl industrieller Anwendungen eingesetzt. Unterschiedliche Produktionsverfahren basieren auf dreidimensional umgeformten Halbzeugen, sogenannten Preforms, dessen wichtigstes Qualitätsmerkmal die dreidimensionale Faserorientierung ist.

Robotergeführte Machine-Vision-Systeme versprechen die Faserorientierung dreidimensionaler Preforms messen zu können. Dabei unterliegt der Messprozess aber einer Vielzahl unterschiedlicher Einflussfaktoren. Die Unsicherheit der Positionsgenauigkeit des Roboters, die Unsicherheiten der optischen Abbildung zum Kamerabild, die Parameter der Softwareauswertung und Datenfusion sowie die Unsicherheiten notwendiger Kalibrierungsverfahren führen zu einem komplexen nicht-linearen System.

Die vorliegende Arbeit adressiert daher das Defizit, die erreichbare Messunsicherheit robotergeführter Machine-Vision-Systeme zur Messung der 3D-Faserorientierung von Faserverbundkunststoff-Preforms bestimmen und vorhersagen zu können.

Im Forschungsprozess der Arbeit wird ein bestehender Systemansatz des robotergeführten Machine-Vision-Systems systematisch analysiert, um alle Einflussfaktoren auf die Messunsicherheit der 3D-Faserorientierung zu identifizieren. Nach einer initialen Bewertung folgt die Überführung der relevanten Einflussfaktoren in ein funktionales Erklärungsmodell, indem zur Modellierung dem physikalischen und algorithmischen Signalwegs, von der Preform-Oberfläche über die Bildaufnahme bis zur fusionierten 3D-Faserorientierung gefolgt wird. Auf diese Weise wird der gesamte Messprozess in einem funktionalen Erklärungsmodell erfasst, das erstmals eine weitere Bestimmung der Messunsicherheit ermöglicht. Da für die Messgröße der 3D-Faserorientierung mit dem funktionalen Beschreibungsmodell keine geschlossene Form vorliegt, und somit die Bestimmung der Messunsicherheit nach dem Standard „Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement“ Verfahren (GUM) nicht möglich ist, wird die Messunsicherheit über Monte-Carlo-Simulationen nach dem GUM Supplement 1 bestimmt. Über die einzelnen Simulationen werden erstmals neue Wirkzusammenhänge zwischen den Eingangsgrößen des Messprozesses und der Messunsicherheit aufgezeigt, die es erlauben, ein vereinfachtes Vorhersagemodell für die Messunsicherheit der optischen 3D-Faserorientierungsmessung aufzustellen und zu validieren. Dieses Modell ist in der Lage die erreichbare Messunsicherheit in Abhängigkeit der Messstrategie zu bestimmen.