Sensor- und geräteunabhängige Kalibrierung elektromagnetischer zerstörungsfreier Prüfverfahren zur praxisorientierten Werkstoffcharakterisierung

Abstract

Die quantitative zerstörungsfreie Bestimmung von Werkstoffkenngrößen basiert wie bei vielen elektromagnetischen Prüftechnologien auch bei dem am Fraunhofer IZFP entwickelten elektromagnetischen 3MA-Prüfsystem auf einer Kalibrierung. Da bei der Kalibrierung elektromagnetischer, zerstörungsfreier Prüfverfahren ungewollt und kaum vermeidbar nicht nur Abhängigkeiten von den Kalibrierprobensätzen sondern auch von der verwendeten Sensorik und Prüfelektronik mit aufgenommen werden, können nach einem Austausch einer dieser Komponenten Fehler bei der Werkstoffcharakterisierung auftreten. Deshalb befasst sich die vorliegende Arbeit mit der Ermittlung, Untersuchung und Umsetzung praxisnaher Lösungswege zur sensor- und geräteunabhängigen bzw. übertragbaren Kalibrierung von elektromagnetischen, zerstörungsfreien Prüfverfahren am Beispiel der 3MA-Prüftechnik. Es konnten im Rahmen dieser Arbeit drei Lösungswege ermittelt werden. Anschließend wurden die Lösungswege in die Software des IZFP integriert und an Applikationen aus der industriellen Praxis und Forschung validiert. Zusätzlich wurden Untersuchungen zur Geometrieunabhängigkeit bzw. Übertragbarkeit von 3MA-Kalibrierungen durchgeführt. Hier konnten Prüfgrößen gefunden werden, durch die eine an ebenen Proben ermittelte Kalibrierung auch an Proben mit gekrümmten Messstellen anwendbar ist. Darüber hinaus konnte durch eine Anpassung der Kalibrierung an den ebenen Proben auf Proben mit entweder konkaver oder konvexer Messstelle übertragen werden.

Like many other electromagnetic testing technologies, the quantative determination of the material parameters with the 3MA testing system developed at Fraunhofer IZFP requires calibration procedures on appropriate sets of calibration samples. Since the calibrated parameter settings of electromagnetic nondestructive testing methods depend on both test sample properties and instrument (sensor characteristics and electronics). Any change of instrument may cause measurement errors. Therefore, this thesis deals with the determination, analysis and implementation of calibration procedures for electromagnetic nondestructive testing methods that will allow replacement of sensors and electronics of 3MA testing equipment. Three approaches are considered. All approaches were integrated into the modular measurement systems (mms) developed at IZFP and validated for applications of industrial relevance. We could establish calibration procedures that allowed the replacement of components of the measurement system. Additionally, we could use calibration data of the component geometry. For example, we could identify measurement quantities that allow the application of calibration data of flat specimen a specimen with convex or concave measuring geometries. Furthermore, the polynomial approximation of the measurement quantity space (one of the approaches) for flat specimen could be transferred to specimen with convex and concave measuring points.