Mi.3.B - POD / 19.09.2012S. Dugan, U. Ewert |
Mi.3.B.1
12:30
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Modell-basierte Bestimmung der Auffindwahrscheinlichkeit (POD) von Volumenfehlern in schwerprüfbaren Bauteilen
M. Spies, Baker Hughes, Process & Pipeline Services, Stutensee
H. Rieder, Fraunhofer IZFP, Saarbrücken
A. Dillhöfer, Stutensee
Kurzfassung:
Bei der Anwendung von ZfP-Verfahren muss gezeigt werden, dass die gewählte Prüfmethode die erforder...
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Bei der Anwendung von ZfP-Verfahren muss gezeigt werden, dass die gewählte Prüfmethode die erforderlichen Nachweiseigenschaften besitzt. Zu deren Charakterisierung anhand der Fehlerauffindwahrscheinlichkeit (englisch: Probability of Detection, POD) sind aufwändige, zeit- und kostenintensive experimentelle Untersuchungen an speziell gefertigten Testkörpern notwendig. Bei schwerprüfbaren Bauteilen wie beispielsweise Gusskomponenten müssen dabei im Hinblick auf die Ultraschallprüfung eine Vielzahl von Material- und Geometrieparametern berücksichtigt werden. Allerdings kann mit Hilfe von validierten Simulationsverfahren der experimentelle Aufwand reduziert werden. So kann der Einfluss der Oberflächenkrümmung oder unterschiedlicher Fehlerparameter, aber auch von durch die Mikrostruktur bedingten variierenden Schallgeschwindigkeiten und Schallschwächungen, auf die Fehlersignale untersucht werden.
In diesem Beitrag berichten wir über einen solchen Ansatz zur modell-basierten POD-Bestimmung (‚Model-Assisted POD’) unter Verwendung der Generalisierten Punktquellensynthese in Verbindung mit einem geeigneten Modell für das (Gefüge-) Rauschen. Am Beispiel eines CuNiAl-Bronze-Bauteils illustrieren wir die Durchführung einer individuellen ‚â versus a’-POD-Bewertung auf Basis experimentell ermittelter Daten unter Zuhilfenahme von Simulationsrechnungen. Neben der POD berechnen wir auch die Wahrscheinlichkeit für Fehlanzeigen (englisch: Probability of False Indication, PFI). Durch diesen Ansatz wird erreicht, dass die kostspielige Anfertigung von Testkörpern in Grenzen gehalten werden kann. Dies ist beispielsweise bei der Schiffspropellerprüfung mittels Ultraschall aufgrund der Formen- und Größenvielfalt dieser Bauteile unabdingbar.
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Mi.3.B.2
12:50
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Auslegung und Performance von berührungslosen Verfahren zur Inline-Oberflächeninspektion
M. Rauhut, Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern
M. Spies, Baker Hughes, Process & Pipeline Services, Stutensee
K. Taeubner, Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern
Kurzfassung:
Bei der Entwicklung von Verfahren zur Qualitätskontrolle von Oberflächen ist eine flexible und schn...
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Bei der Entwicklung von Verfahren zur Qualitätskontrolle von Oberflächen ist eine flexible und schnelle Anpassung an kundenspezifische Anforderungen das wesentliche Kriterium. So müssen Inline-Oberflächeninspektionssysteme mit hoher Geschwindigkeit arbeiten und sich problemlos in eine Produktionsumgebung integrieren lassen. Beim Entwurf eines solchen Systems reicht es deshalb nicht, nur einen Aspekt der Bildverarbeitung wie z.B. die Algorithmik zu betrachten. Alle Komponenten - bestehend aus Software, Hardware, Aktorik und Sensorik - müssen genauestens aufeinander abgestimmt sein. In diesem Beitrag sollen die wichtigsten Anforderungen an ein Inline-Oberflächeninspektionssystem erfasst und die sich daraus ergebenden Möglichkeiten des Systemaufbaus beschrieben werden.
Bei optischen Prüfsystemen entscheidet das Erreichen der vom Endanwender vorgegebenen Detektionsrate und Auffindwahrscheinlichkeit darüber, ob ein solches System in der Praxis einsetzbar ist. Typischerweise werden diese Parameter in Form einer Vorstudie empirisch festgestellt, d.h. anhand von Musterteilen wird mehr oder weniger subjektiv entschieden, ob die Kundenanforderungen erfüllbar sind.
Um zu entwickelnde Oberflächeninspektionssysteme quantitativ bewerten und neue Systeme gezielt zusammenstellen zu können, wenden wir â versus a-Analysen zur Bestimmung der Fehlerauffindwahrscheinlichkeit (englisch: Probability of Detection, POD) an. Die POD-Analyse stellt eine Möglichkeit dar, die minimalen Fehlergrößen zu einer hohen Detektionswahrscheinlichkeit quantitativ zu berechnen. Als Eingabeparameter für die POD-Analyse musste eine Metrik entwickelt werden, die die Detektionswahrscheinlichkeit eines Defektes erfasst. Mit diesen Werten kann dann die Performance eines Oberflächeninspektionssystems quantitativ bewertet werden. Wir illustrieren diese Vorgehensweise anhand von Beispielen aus dem Bereich der Prüfung von Kunststoffteilen und der Prüfung von metallischen Oberflächen.
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Mi.3.B.3
13:10
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Ein schneller hybrider EFIT-Solver zur Berechnung simulationsgestützter POD-Kurven für die Ultraschallprüfung
F. Schubert, Fraunhofer IKTS, Dresden
V. Dorval, C. Gilles-Pascaud, R. Raillon-Picot, CEA, Gif-sur-Yvette, Frankreich
H.-U. Baron, J. Farnhammer, MTU Aero Engines, München
J.-Y. Chatellier, Snecma, Moissy Cramayel, Frankreich
Kurzfassung:
Die Elastodynamische Finite Integrationstechnik (EFIT) stellt ein äußerst leistungsfähiges und viel...
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Die Elastodynamische Finite Integrationstechnik (EFIT) stellt ein äußerst leistungsfähiges und vielseitiges numerisches Verfahren zur Simulation der Ultraschallausbreitung und –streuung dar. Dabei werden alle in der Wellengleichung implizit enthaltenen wellenphysikalischen Phänomene wie Modenumwandlung, Mehrfachstreuung sowie Oberflächen- und Grenzflächenwellen automatisch berücksichtigt. Aufgrund des hohen Rechenaufwandes bei hochfrequenten 3D-Problemen - insbesondere in Tauchtechnik - war die Anwendbarkeit von EFIT für POD- oder Optimierungsprobleme, bei denen eine Vielzahl von Einzelrechnungen mit unterschiedlichen Modellparametern durchgeführt werden muss, bislang jedoch stark eingeschränkt. Die fehlende kommerzielle Verfügbarkeit der Software verschärfte dieses Problem zusätzlich.
Im Rahmen des von der Europäischen Kommission geförderten Projekts PICASSO (Improved reliability inspection of aeronautic structures by simulation-supported POD) wurde ein neuartiger hybrider EFIT-Solver, EFIT-H, entwickelt, dessen Rechenzeitbedarf gegenüber dem vollnumerischen 3D-EFIT um zwei bis drei Größenordnungen niedriger liegt. Parallel dazu wurde der erforderliche Hauptspeicherbedarf ebenfalls drastisch reduziert, so dass nun auch realistische 3D-Probleme auf handelsüblichen PCs durchgeführt werden können.
In der Arbeit wird zunächst die Funktionsweise des neuen Algorithmus vorgestellt, bei dem nur noch die direkte Wechselwirkung mit dem Fehler bei Bedarf vollnumerisch gelöst wird, während die Berechnung des Prüfkopfwellenfeldes sowie der Wellenausbreitung zwischen Wandler und Fehler mit schnelleren halbanalytischen Methoden erfolgt. Nach der Validierung der Software werden erste erfolgreiche Tauchtechnikanwendungen aus der Luftfahrtindustrie vorgestellt.
Der neue EFIT-H-Solver soll zusammen mit einer geeigneten POD-Software zukünftig einem breiten Anwenderkreis im Rahmen des Simulationsdienstleistungszentrums des IZFP-Dresden zur Verfügung gestellt werden.
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