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Anwendung der Reverse-Time Migration auf Ultraschall-Echo-Daten in der zerstörungsfreien Prüfung
(2016)
Das Ultraschall-Echo-Verfahren ist eine klassische zerstörungsfreie Prüftechnik zur Bestimmung der Bauteilgeometrie sowie zur Lokalisierung von Einbauteilen und Fehlstellen. Der aktuelle Stand der Technik bei den Abbildungsverfahren ist die SAFT-Rekonstruktion (Synthetic Aperture Focusing Technique). Diese Gruppe von Verfahren weist u.a. Schwierigkeiten bei der Darstellung von steilen Grenzflächen auf und verarbeitet nur die primären Reflexionen am abzubildendem Objekt korrekt. Als Alternative werden seit einiger Zeit Migrationsmethoden aus dem Bereich der Geophysik evaluiert. Am Beispiel eines Stahlbetonfundamentes wurden in einer Vorarbeit die Kirchhoff-Migration und die Reverse-Time-Migration (RTM) getestet.
Die strahlenbasierten Algorithmen der Kirchhoff-Migration und SAFT-Rekonstruktion sind eng miteinander verwandt. Die RTM hingegen basiert auf der numerischen Lösung der vollständigen Wellengleichung. Durch Kreuzkorrelation von zeitlich vorwärts- und rückwärtsmodellierten Wellenfeldern erzeugt die RTM die migrierte Abbildung. Für die Durchführung der RTM wurde ein 2D akustischer Code verwendet.
Beide Migrationsmethoden wurden an auf Basis der akustischen Wellengleichung generierten synthetischen 2D-Daten sowie an realen Ultraschallmessdaten getestet. Letztere wurden mit Scherwellenprüfköpfen an der Fundamentplatte aufgenommen. Ein Vergleich der Migrationsergebnisse mit den Ergebnissen der SAFT-Rekonstruktion zeigte besonders für die RTM eine deutliche Verbesserung in der Abbildung der Bauteilgeometrie. Die Vorstudie an der Fundamentplatte lieferte somit den Nachweis, dass geophysikalische Migrationsverfahren auf reale Ultraschall-Messdaten anwendbar sind. Jedoch zeigten sich vereinzelt starke Artefakte und systembedingt Schwierigkeiten bei der Abbildung dreidimensionaler Strukturen.
Nunmehr wird vom akustischen Code auf einen elastischen Code umgestellt, da die eigentlichen Ultraschallmessungen mit elastischen Wellen erfolgen. In einem ersten Schritt wurde dies mit dem Softwarepaket Madagascar realisiert und an einem einfachen 2D-Modell getestet. Dabei fanden verschiedene Quellanregungen Anwendung. Des Weiteren wurden zwei Abbildungsbedingungen evaluiert. Ergebnisse der Kreuzkorrelation der Verschiebungskomponenten der zeitlich vorwärts-und rückwärtsmodellierten Wellenfelder wurden mit Resultaten der Kreuzkorrelation der Skalar- und Vektorpotentiale beider Wellenfelder verglichen.