Masterarbeit

abgeschlossen am 14.09.2016 von Marius Hacker

Steckperlen kennen viele aus dem Vorschulalter: kleine, bunte
Plastikperlen mit Zentralloch koennen auf spezielle Noppenbretter
gesteckt werden, um so i.d.R. bunte Bilder oder symmetrische Muster zu
erzeugen. Ein fertiges Werk kann anschliessend mit z.B. einem
Buegeleisen erhitzt werden. Dies fuehrt zu einem Zusammenschmelzen der
Steckperlen, so dass es in einem Stueck von der zugrundeleigen
Noppenplatte entfernt werden kann und dauerhaft ist. Es kann z.B.  als
Fensterbild oder Untersetzer verwendet werden.

Da das Erstellen eines Steckperlenbildes zeitaufwendig ist, wurde in
der Abteilung Systemsoftware und verteilte Systeme im Rahmen einer
studentischen Abschlussarbeit ein System zum automatisierten Erstellen
solcher Steckperlenbilder realisiert.  Dieses System - basierend auf
einem RaspberryPi-Kleincomputer in Verbindung mit einem Arduino - soll
u.a. bei Schuelerinformationstagen eingesetzt werden, um die
Vielseitigkeit der Aufgabenstellungen und Wirkungsmoeglichkeiten der
Informatik anschaulich zu machen.

Das bisher vorliegende System konzentrierte sich auf die reine
mechanische Erstellung von Steckperlenbildern; dabei waren einige
technische Herausforderungen zu meistern, u.a., das Vereinzeln und
moeglichst genaue Plazieren der einzelnen Steckperlen.  Da die
Steckperlen als preisguenstige Massenware hergestellt werden,
unterliegen sie keiner Qualitaetskontrolle. Starke Groessenschwankungen
sind die Folge. Somit kommt es vor, dass das realisierte System mitunter
einzelne Steckperlen nicht korrekt plazieren kann. Das bisherige
System kann mit solchen Fehlern bei der Herstellung eines Bildes nur
sehr begrenzt umgehen.

Das Ziel der Arbeit ist es, das vorliegende System zum Erstellen von
Steckperlen um Fehlertoleranzkonzepte sowie um Schritte der
Qualitaetskontrolle zu erweitern. Durch die Fehlplazierungen des
bisherigen Systems ist es sehr unwahrscheinlich, dass ein grosses
Steckperlenbild fehlerfrei erstellt werden kann. Mittels des Einsatzes
von Fehlertoleranzmechanismen kann diese Wahrscheinlchkeit drastisch
erhoeht werden. So kann z.B. eine Liste von Fehlplazierungen waehrend
des Setzens von Steckperlen erstellt werden, die nach Ende der
Bilderstellung gezielt abgearbeitet wird. Zudem koennte das
resultierende Bild mit einer Kamera auf Uebereinstimmung mit dem
Original verglichen werden. Abweichungen muessten ebenfalls korrigiert
werden. Viele weitere Verbesserungen sind sowohl technisch als auch
algorithmisch moeglich, so dass der Bearbeiter eine Vielzahl von
Ansatzpunkten hat. Die Programmierung des Systems erfolgte mittels C++
und Bibliotheken von Qt, so dass ensprechende Kenntnisse keinen
Nachteil darstellen.

Prof. Dr.-Ing. Oliver Theel