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Analyse von Wirbelstromsignalen mit problemangepaßten Funktionen für die zerstörungsfreie Materialprüfung


Project Details
Project duration: 199606/1999


Abstract
Die Betriebssicherheit von Konstruktionen und Anlagen spielt mit fortschreitender Technisierung der Gesellschaft eine zunehmend wichtigere Rolle. Zerstörungsfreie Meß- und Prüfmethoden sind dabei die Hilfsmittel für Überprüfungen, die schließlich zur sicherheitstechnischen Bewertungen führen. Zu den bekanntesten dieser Meß- und Prüfmethoden zählen das Durchstrahlungsverfahren, das Ultraschallverfahren aber auch das Wirbelstromverfahren. Das Wirbelstromverfahren beruht auf dem Nachweis von Veränderungen in den physikalischen Eigenschaften eines Prüfgegenstandes mit Hilfe eines elektromagnetischen Wechselfeldes.
Die Lokalisation und Charakterisierung von Schädigungen in Materialien ist das zentrale Anliegen der zerstörungsfreien Prüftechnik. Die Erhöhung der Aussagekraft von Wirbelstromsignalen erfordert sowohl die theoretische als auch die experimentelle Durchdringung des Signalentstehungsprozesses. Die dem Wirbelstromverfahren zugrundeliegenden physikalischen Effekte sind sehr komplexer Natur, so daß mathematische Beschreibungen nur für ausgewählte Anordnungen unter Annahme einfachster Nebenbedingungen existieren.
Die Bewertung der mit dem Wirbelstromverfahren gemessenen Signale hängt zur Zeit weitgehend vom Wissen und der Erfahrung des Prüfers ab. Erschwerend kommt hinzu, daß Nutzsignale durch Störsignale überlagert sind, die für die Signalbewertung ausgeblendet werden müssen. Fehlinterpretationen der gemessenen Signale können jedoch verheerende Folgen annehmen, so daß die Forderung nach einer objektiven, zuverlässigen und automatisierbaren Signalauswertung besteht. Zur Bewertung von Wirbelstromsignalen werden daher zunehmend Methoden aus der Signaltheorie und Mustererkennung eingeführt.
In der vorliegenden Arbeit wird die Analyse von Wirbelstromsignalen mit einer Methode vorgenommen, die von Karhunen und Loeve in die Statistik eingeführt und seither in vielen Bereichen, z.B. in der Signal- und Bildtheorie sowie in der Mustererkennung, verwendet wurde. Sie wird deshalb auch Karhunen-Loeve-Transformation genannt. Die Vorgehensweise beruht auf der Modellierung empirisch ermittelter Abhängigkeiten zwischen Einflußgrößen und Meßgrößen beim Wirbelstromverfahren mittels abstrakter Modelle im metrischen Raum.
Die Karhunen-Loeve-Transformation beschreibt die empirisch ermittelten Daten durch Linearkombinationen von problemangepaßten Basisvektoren. Diese Basisvektoren werden direkt aus einem repräsentativen Primärdatensatz bestimmt, so daß auch von problemabhängigen Basisvektoren gesprochen werden kann. Die Bestimmung erfolgt dabei hinsichtlich des Restfehlers der Beschreibung optimal. Die Komponenten dieser Vektoren repräsentieren die zu einer Einflußgröße gehörenden günstigsten Entwicklungsfunktionen punktweise als Wertefolge. Durch anschließende Interpolation oder erneuter Approximation mit analytischen Funktionen erhält man die problemangepaßten Entwicklungsfunktion.
Die Koeffizienten dieser Entwicklungsfunktionen bzw. die zu einer Einflußgröße gehörenden Komponenten eines Basisvektors können als Merkmale zur Mustererkennung und Klassifikation verwendet werden. Die Vorgehensweise bei der Mustererkennung aber auch die prinzipielle Vorgehensweise bei der Klassifikation wird an verschiedenen Beispielen demonstriert.


Principal Investigator


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