TY - CONF A1 - Casperson, Ralf T1 - AIFRI - Artificial Intelligence for Rail Inspection N2 - Verlegte Eisenbahnschienen werden mit Schienenprüfzügen, die mit zerstörungsfreier Ultraschall- und Wirbelstromprüftechnik ausgerüstet sind, auf Schienenfehler geprüft. Im Rahmen des mFund-geförderten Projektes AIFRI wurden von der TU Berlin KI-Algorithmen entwickelt, die die Prüfer bei der Auswertung der Daten unterstützen. Felddaten von realen Prüffahrten sind für das Training der KI ungeeignet, da es einerseits kaum Defekte in den Schienen gibt, die sich mit Ultraschall detektieren lassen, andererseits bei der Wirbelstromprüfung zahlreiche Oberflächeneffekte unbekannter Ursache angezeigt werden. Die Aufgabe der BAM bestand darin, durch Simulation gelabelte Trainingsdaten für die KI zu generieren. Während die mit simulierten Daten trainierte KI bei der Ultraschallprüfung eine gute Performance aufweist, sofern der Sim2Real-Gap durch Addition realitätsnaher Rauschsignaturen zu den simulierten Trainingsdaten minimiert wird, erwies sich die verwendete KI bei der Wirbelstromprüfung aufgrund zu vieler Falsch-Positives als ungeeignet. Die Ursache liegt vermutlich darin, dass aufgrund der großen Vielfalt von teils unbekannten Oberflächeneffekten nur eine kleine Auswahl simuliert werden konnte und die KI bei untrainierten Signalsignaturen halluziniert. T2 - AI/ML Symposium CY - Berlin, Germany DA - 06.11.2025 KW - Artificial intelligence KW - Non-destructive testing KW - Ultrasonic testing KW - Eddy current testing KW - Simulation KW - Sim2real gap KW - Railway rail inspection PY - 2025 AN - OPUS4-64630 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Ballach, F. A1 - Bartscher, M. A1 - Bellon, Carsten A1 - Borges de Oliveira, F. A1 - Braun, M. A1 - Dennerlein, F. A1 - Flessner, M. A1 - Fuchs, P. A1 - Günnewig, O. A1 - Hausotte, T. A1 - Hess, J. A1 - Kasperl, S. A1 - Kirschbaum, K. A1 - Li, K. A1 - Maass, N. A1 - Mayer, T. A1 - Orth, Anthony A1 - Reuter, T. A1 - Suppes, A. A1 - von Schmid, M. A1 - Weiß, D. T1 - Realistische Simulation realer Röntgencomputertomografie-Systeme mit basisqualifizierter Simulationssoftware – CTSimU2 BT - Abschlussbericht N2 - Das Förderprojekt CTSimU2 baute auf den Ergebnissen des Projektes CTSimU auf. Dieses Vorprojekt erarbeitete ein (Basis-)Qualifizierungsframework für Simulationssoftwares zur Anwendung bei der Röntgen-CT für dimensionelle Messungen. Dabei stand die ausreichende physikalische Korrektheit der Durchstrahlungssimulation im Vordergrund. Für die realitätsnahe Simulation einer CT-Anlage in einer Simulationssoftware (Digitales Modell) ist jedoch nicht nur die Korrektheit der Simulationssoftware selbst, sondern auch die Güte der Parametrisierung des realen CT-Systems in der Simulationssoftware entscheidend – dies stellte den Ausgangspunkt dar. Die Parametrisierung eines CT-Systems in einer Simulationssoftware lässt sich in vier Schritte unterteilen: nach der Datenaufnahme am realen CT-System folgt die Auswertung der aufgenommenen Daten für die Generierung allgemeiner Parameterangaben. Als letztes folgte die Übertragung der Parameter in die spezifischen Simulationssoftwares und die Validierung der resultierenden Simulationsparameter. Die Methodik der Datenaufnahme am CT und die Auswertung der Daten wurde in einem Werkzeugkasten allgemein beschrieben. Der dritte Schritt, die Umsetzung der Parameter, war softwarespezifisch und wurde beispielhaft mit den vorhandenen Simulationssoftwares durchgeführt. Die Validierung der Parameter war standardisierbar und konnte durch den entwickelten Test geleistet werden, auf dessen Basis die ausreichend korrekte Simulation einer realen Anlage beurteilt werden konnte. Endresultat des Projektes war ein Richtlinienentwurf (z. B. VDI/VDE 2630) zu diesem Test, der einen informativen Annex zum Stand der Technik bezüglich der Möglichkeiten zur Parameterbestimmung enthält. Mit einer Simulationssoftware, die die Basisqualifizierung aus CTSimU bestanden hat und einen Parameterdatensatz für ein reales CT-System enthält, der den Test aus CTSimU2 bestanden hat, können realistische Simulationen dieses CT-Systems möglich sein. KW - Computertomografie KW - Simulation KW - Dimensionelles Messen PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-641719 DO - https://doi.org/10.34657/21602 N1 - Dieses Projekt wurde durch die Förderrichtlinie WIPANO gefördert und durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (2022 -2025) finanziert. Der Projektträger Jülich verwaltet die Projekte der Förderrichtlinie WIPANO. SP - 1 EP - 22 PB - TIB Technische Informationsbibliothek CY - Hannover AN - OPUS4-64171 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Janczynski, Jessica A1 - Tewes, Andreas A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Jaenisch, Gerd-Rüdiger T1 - Evaluation Metrics for Comparison between Virtual and Industrial XCT N2 - Simulations of XCT systems, as employed in the context of the manufacturing and design process, represent a time-saving, cost- and resource-efficient alternative to repeated experimental measurements. This article is dedicated to the development and evaluation of various metrics that should enable an adequate verification and optimization of a XCT simulation of an experimental XCT system. The present study employed statistical evaluation as a methodological approach. The present article makes a significant contribution to the optimization of the development process of a XCT simulation and provides a foundation for future research activities in this field. KW - Computed Tomography KW - Computertomographie KW - aRTist KW - Simulation KW - Virtual CT KW - Evaluation PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-641444 DO - https://doi.org/10.1007/s10921-025-01213-w SN - 0195-9298 VL - 44 IS - 4 SP - 1 EP - 11 PB - Springer Science and Business Media LLC CY - Berlin/Heidelberg AN - OPUS4-64144 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bellon, Carsten T1 - Realistische Simulation von Röntgencomputertomografie-Systemen N2 - Die Entwicklung und Bewertung realitätsnaher Nachbildungen eines industriellen CTSystems in einer Simulationssoftware waren Inhalt des WIPANO Forschungsprojektes CTSimU2 – „Realistische Simulation realer Röntgencomputertomografie-Systeme mit basisqualifizierter Simulationssoftware“. Als Voraussetzung dienen dabei Simulationssoftwares, die durch das Testframework aus dem Vorprojekt CTSimU1 basisqualifiziert wurden. Das Testframework testet die hinreichende physikalische Korrektheit und Funktionalität einer Simulationssoftware (Basisqualifizierung der Software). Für eine realitätsnahe Nachbildung ist nicht nur die Güte der Simulationssoftware, sondern insbesondere die Güte der Parametrisierung des realen CT-Systems in der Simulationssoftware ausschlaggebend. Dabei kann das Vorgehen der Parametrisierung in vier Schritte unterteilt werden: die Datenaufnahme am realen CT-System (Schritt 1), die Auswertung der aufgenommenen Daten für die Generierung allgemeiner Parameterangaben (Schritt 2), die Übertragung der Parameter in die spezifischen Simulationssoftwares (Schritt 3) und die Validierung der resultierenden Simulationsergebnisse Simulationsparameter durch einen geeigneten Test an dimensionellen Messgrößen (Schritt 4) Ziel des Projektes war es neben der Erarbeitung allgemeiner Methoden zur Datenaufnahme und Auswertung der Daten, die Entwicklung eines Tests, auf dessen Basis die ausreichend korrekte Simulation einer realen Anlage im Hinblick auf eine spätere Messunsicherheitsbestimmung beurteilt werden kann. Die erarbeiteten Ergebnisse sollen wie bereits im Vorprojekt CTSimU1 in einen Richtlinienentwurf für die Richtlinienreihe VDI/VDE 2630 übertragen werden. Dieser Beitrag fasst die Arbeiten und Ergebnisse des Projekts zusammen. T2 - DGZfP Jahrestagung 2025 CY - Berlin, Germany DA - 26.05.2024 KW - Computertomografie KW - Simulation PY - 2025 AN - OPUS4-63705 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Orth, Anthony T1 - Sensitivitätstest für ausgewählte X-Ray CT Prüfkörper N2 - Industrial X-Ray computed tomography (XCT) is an alternative procedure to tactile coordinate measuring machines (CMM) for dimensional measurement as it has the advantage to be able to measure internal and external features. However, the uncertainty determination according to the standard VDI/VDE 2630 Part 2.1 is both complex and resource consuming. The procedure could be simplified with the help of computer simulations if a suitable digital replica of the XCT machine is available. The project CTSimU2 has the aim of establishing a guideline for evaluating the applicability of such a digital replica. In this context, the work presented here focuses on: determining the sensitivity of two specimens, on several modelling parameters; determining the significance of the modelled parameters; and estimating the sensitivity of the specimens measurands. The approach was to determine the effects of selected parameters and parameter interactions on dimensional measurands of the specimens by simulation. These effects were determined by varying the parameters in accordance with a D-optimal experimental design, with 83 runs for 10 parameters. The measurands were distances, flatness of fitted planes, cylindricities of fitted cylinders, and testing of modular transfer function on edges. By definition the effects are linked to the coefficients of the statistical model – multiple linear regression – related to the design criterion. The results yielded good models with high regression coefficients. The models for distances were dominated by the geometrical parameters, whereas parallelism and flatness responded more to x-ray parameters. The results have shown that both specimens are necessary to test the digital replica. T2 - DGZfP Jahrestagung 2024 CY - Osnabrück, Germany DA - 06.05.2024 KW - X-ray CT KW - Dimensional Measurements KW - Simulation KW - Specimen Sensitivity KW - DoE PY - 2024 AN - OPUS4-61797 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kasperl, S. T1 - Realistic simulation of real X-ray computed tomography systems with basic-qualified simulation software - the CTSimU2 project N2 - Industrial X-ray computed tomography (CT) completely captures workpieces, including their inner and outer structures for metrology purposes. However, previous effort to determine task-specific measurement uncertainty is not always justifiable. Simulating the measuring process allows to estimate measurement uncertainty numerically and to predict systematic measurement deviations. For any future simulation applications it is essential that the simulation is reliable. The WIPANO research project CTSimU2 – “Realistic Simulation of Realistic X-Ray Computed Tomography Systems with basic-qualified simulation software” aims to develop tools for realistic replication of industrial CT systems in a simulation software. As a precondition, simulation software systems must be basic-qualified by the test framework developed in the previous project CTSimU1. The test framework tests sufficient physical correctness and functionality of the software. For a realistic simulation, not only the quality of the software, but in particular the quality of the real CT system’s parameterization within the simulation software is crucial. Four steps yield the desired parametrization: First, acquire data on the real CT system (step 1), evaluate data to generate general parameter specifications (step 2), transfer parameters into the specific simulation software (step 3), and validate parameters with a suitable test (step 4). In addition to developing a toolbox with general methods for data acquisition and data evaluation, this project therefore aims to develop a test, on the basis of which the sufficiently correct simulation of a real system can be evaluated. As in the preliminary project CTSimU1, the results obtained are to be transferred into a draft guideline for the VDI/VDE 2630 series of guidelines. This article presents an overview of the project and the initial results. Acknowledgments: This work was funded through the project Wipano-CTSimU2 (WIPANO project 03TN0049A-L). WIPANO projects are financed by the German Federal Ministry for Economic Affairs and Climate Action and managed by Project Management Jülich. T2 - 20th World Conference on Non-Destructive Testing (WCNDT 2024) CY - Incheon, South Korea DA - 27.05.2024 KW - Computed Tomography KW - Simulation KW - Digital Twin PY - 2024 AN - OPUS4-61795 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reuter, T. T1 - Measurement-based Detector Characteristics for Digital Twins in aRTist 2 N2 - Various software products for the simulation of industrial X-ray radiography have been developed in recent years (e.g., aRTist 2, CIVA CT, Scorpius XLab, SimCT, Wilcore) and their application potential has been shown in numerous works. However, full systematic approaches to characterise a specific CT system for these simulation software products to obtain a truthful digital twin are still missing. In this contribution, we want to present two approaches to obtain realistic grey values in X-ray projections in aRTist 2 simulations based on measured projections. In aRTist 2, the displayed grey value of a pixel is based on the energy density incident on that pixel. The energy density is calculated based on the X-ray tube spectrum, the attenuation between source and detector as well as an energy-dependent sensitivity curve of the detector. The first approach presented in this contribution uses the sensitivity curve as a free modelling parameter. We measured the signal response at different thicknesses of Al EN-AW6082 at different tube voltages (i.e., different tube spectra). We then regarded the grey values displayed by these projections as a data regression respectively an optimisation problem and obtained the sensitivity curve that is best able to reproduce the measured behaviour in aRTist 2. The resulting sensitivity curve does not necessarily hold physical meaning but is able to simulate the real system behaviour in the simulation software. The second approach presented in this contribution is to estimate the sensitivity curve based on assumptions about the characteristics of the scintillation detector (e.g., scintillator material, scintillator thickness and signal processing characteristics). For this approach, a linear response function (linear relationship between the deposited energy per pixel and the resulting grey value) is assumed. If the detector characteristics, which affect the simulated deposited energy, are properly modelled, the slope and offset of the response function to match the measured grey values should be the same for different tube spectra. As the offset is constant and given by the grey values measured at no incident radiation, the slope is the remaining parameter to evaluate the success of the detector modelling. We therefore adapted the detector characteristics by changing the detector setup until the slope was nearly the same for all measured tube spectra. We are aware that the resulting parameters of the scintillator material and thickness might not be the real ones, but with those modelling parameters we are able to simulate realistic grey values in aRTist 2. Both of those approaches could potentially be a step forward to a full systematic approach for a digital twin of a real CT system in aRTist 2. T2 - 20th World Conference on Non-Destructive Testing (WCNDT 2024) CY - Incheon, South Korea DA - 27.05.2024 KW - Computed Tomography KW - Digital Twin KW - Simulation PY - 2024 AN - OPUS4-61776 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas T1 - KI-basierte Analyse von Wirbelstrom- und Ultraschalldaten bei der Schienenprüfung N2 - Die zerstörungsfreie Prüfung von Eisenbahnschienen auf betriebsbedingte Schädigungen wird mit Schienenprüfzügen mittels Ultraschall- und Wirbelstromprüfverfahren durchgeführt [1]. Die Auswertung der Prüfdaten erfolgt überwiegend manuell, die eingesetzte Software unterstützt die Auswertenden lediglich durch eine Vorauswahl relevanter Anzeigen. Die Überprüfung der Ergebnisse erfolgt anschließend vor Ort mittels handgeführter Prüfgeräte. Instandhaltungsmaßnahmen werden auf Basis der Befundung vor Ort abgeleitet. Ziel des durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) im Rahmen von mFUND unter dem Förderkennzeichen 19FS2014 geförderten Vorhabens AIFRI (Artificial Intelligence For Rail Inspection) ist es, durch den Einsatz von KI-Methoden den Automatisierungsgrad des Prüfprozesses von der Auswertung der Daten bis hin zur Planung von Instandhaltungsmaßnahmen zu erhöhen. Die Genauigkeit der Fehlerdetektion soll gesteigert werden, um eine automatisierte Einstufung der aufgefundenen Anzeigen in Risikoklassen zu ermöglichen. Hierfür werden Daten sowohl von Wirbelstromprüfungen als auch Ultraschallprüfungen verwendet. Im Rahmen des IT-orientierten Projektes werden relevante Schienenschädigungen und in der Schiene vorhandene Artefakte analysiert und in einen parametrierbaren digitalen Zwilling übertragen. Mit diesem digitalen Zwilling werden virtuelle Schädigungsbilder generiert, mit denen KI-Algorithmen auf die Defekterkennung und -klassifizierung trainiert werden. Insbesondere werden hierbei Synergien genutzt, die durch die Verknüpfung von Daten der Wirbelstrom- und Ultraschallprüfung bei einer gemeinsamen Bewertung entstehen. Mit Hilfe von Zuverlässigkeitsbetrachtungen werden die entwickelten und trainierten Algorithmen hinsichtlich der Detektion und Charakterisierung von Schienenschädigungen bewertet. Im Verlauf des Projektes soll mit dem entwickelten IT-Werkzeug ein Demonstrator aufgebaut und im Feld mit realen Datensätzen getestet werden T2 - DGZfP Jahrestagung 2022 CY - Kassel, Germany DA - 23.05.2022 KW - KI KW - Schienenprüfung KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Simulation PY - 2022 AN - OPUS4-61034 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas T1 - New Approaches for Mechanized Rail Testing N2 - The changes in the use and maintenance of track systems poses new challenges for the periodic mechanized in-service testing of rails using ultrasound and eddy current. The methods currently applied have been used since decades with only minor changes. To face the new challenges generated by modern drive systems, higher speeds, heavier loads adapted techniques have to be developed to detect new defect types and artefacts generated by new production methods. Especially the area where rolling contact fatigue takes place is under focus. Going beyond the standard conventional ultrasound setups used since the 1950 enables a more detailed detection and classification of rail defects and size estimation. Eddy current methods are applied for surface crack detection and head check depth quantification at the gauge corner of railway tracks. An extension of the tested zone to the running surface uncloses rail defect signal types other than head checks to be detected and estimated in type and size. For the automated evaluation of the recorded data algorithms based on artificial intelligence being trained based on simulation will be applied. Typically, the testing parameter vary depending on the track condition and the probe wear. To identify variables and parameters which have a significant influence on the overall performance of the test run modelling of the setup can be used. Actual developments will be presented in this talk T2 - WCNDT 2024 CY - Incheom, Korea DA - 27.05.2024 KW - Railway KW - Ultrasound KW - Simulation KW - Eddy current KW - Artificial intelligence PY - 2024 AN - OPUS4-61033 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas T1 - KI-basierte Analyse von Schienenprüfdaten für ein risikobasiertes Instandhaltungskonzept N2 - Die mechanisierte zerstörungsfreie Prüfung von Eisenbahnschienen auf betriebsbedingte Schädigungen wird mit Schienenprüfzügen mittels Ultraschall- und Wirbelstromprüfverfahren durchgeführt. Die Auswertung der Prüfdaten erfolgt durch Auswerter, die Überprüfung der Ergebnisse erfolgt am identifizierten Schienensegment vor Ort mittels handgeführter Prüfgeräte. Instandhaltungsmaßnahmen werden anschließend auf Basis der Befundung der zerstörungsfreien Prüfung abgeleitet. Im Rahmen eines vom BMVI geförderten Verbundvorhabens im Programm „Digitale, datenbasierte Innovationen und Ideen für die Mobilität 4.0“ (mFUND) soll dieses Konzept modernisiert und weiterentwickelt werden. Ziele des Vorhabens AIFRI (Artificial Intelligence For Rail Inspection) sind es, durch den Einsatz von KI-Methoden den Automatisierungsgrad des Prüfprozesses zu erweitern, die Genauigkeit der Fehlerdetektion zu erhöhen und eine automatisierte Einstufung der aufgefundenen Anzeigen in Risikoklassen zu ermöglichen. Weiterhin wird auf dieser Basis ein risikobasiertes Instandhaltungskonzept erarbeitet, welches zukünftig das bisherige präventive Vorgehen ablösen kann. Im Rahmen des IT-orientierten Projektes werden relevante Schienenschädigungen und in der Schiene vorhandene Artefakte analysiert und in skalierbare Modelle übertragen. Mit diesen Modellen werden virtuelle Schädigungsbilder generiert, mit denen KI-Algorithmen auf die Defekterkennung und -klassifizierung trainiert werden. Mit Hilfe von Zuverlässigkeitsbetrachtungen werden die entwickelten und trainierten Algorithmen hinsichtlich der Detektion und Charakterisierung von Schienenschädigungen bewertet. Im Verlauf des Projektes wird mit dem entwickelten IT-Werkzeug ein Demonstrator aufgebaut und im Feld mit realen Datensätzen getestet. Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) im Rahmen von mFund unter dem Förderkennzeichen 19FS2014 gefördert. T2 - 12. Fachtagung ZfP im Eisenbahnwesen CY - Erfurt, Germany DA - 15.03.2022 KW - KI KW - Schienenprüfüfung KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Simulation PY - 2022 AN - OPUS4-61032 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -