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2021
Master Thesis
Titel
Entwicklung und Aufbau eines eingebetteten low-cost 3MA-X8-Systems zur mikromagnetischen Materialcharakterisierung
Abstract
Am Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP werden seit vielen Jahren Methoden zur Charakterisierung unterschiedlichster Materialien und Werkstoffe entwickelt. Durch zunehmende Materialanforderungen und der hohen Qualitätsstandards kommt der Charakterisierung von Werkstoffen in der stahlverarbeitenden Industrie eine immer größer werdende Bedeutung zu. Mit dem 3MA-X8-System wurde am Fraunhofer IZFP ein Verfahren entwickelt, um das magnetische Verhalten ferromagnetischer Werkstoffe zu charakterisieren. Durch die Analogie magnetischer und mechanischer Eigenschaften ist es mit einem Sensor in Aufsatztechnik möglich, mechanische Kenngrößen wie Härte, Härtetiefe, Zugfestigkeit und Streckgrenze, aber auch Last- und Eigenspannungen nachzuweisen und dadurch Rückschlüsse auf Funktionalität, Restlebensdauer und Schäden an Werkstoffen zu ziehen. Dabei wird ein multimodaler Ansatz verfolgt, bei dem drei Messmethoden mit unterschiedlicher Sensitivität und Eindringtiefe kombiniert werden. Aus den Signalverläufen lassen sich signifikante Merkmale extrahieren, die in Kombination mit maschinellen Lernalgorithmen qualitative oder quantitative Rückschlüsse auf den Werkstoffzustand erlauben. Die Signalverarbeitung, Merkmalsextraktion und der Einsatz maschineller Lernalgorithmen erfolgt dabei in einer proprietären LabVIEW-basierten Softwareumgebung. Die bisherige Umsetzungerlaubt es, die Systeme nach kundenspezifischen Anforderungen auszulegen, allen gemeinsamist aber der Bedarf an einer hohen Messgeschwindigkeit, welcher einen wesentlichenKostenfaktor darstellt. Anwendungen wie die regelmäßige Überwachung von Bauwerken in der urbanen Infrastruktur benötigen diese hohe Messgeschwindigkeit häufig nicht, weshalb die Beschaffung derartiger Systeme in diesem Sektor bisher die Ausnahme darstellen. Vor diesem Hintergrund adressiert die vorliegende Arbeit diesen Bedarf und befasst sich mit der Entwicklung und dem Demonstratorbau eines kostengünstigen und kompakten 3MA-X8-Systems innerhalb eines eingebetteten Systems. Neben der Auswahl der Zielhardware steht vor allem die Implementierung der Softwarefunktionen zur Datengenerierung, Datenaufnahme und digitalen Signalverarbeitung in einem Mikrocontroller im Vordergrund.
ThesisNote
Saarbrücken, Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes, Master Thesis, 2021
Verlagsort
Saarbrücken