COMPARE - Komparative Analyse zeitlicher Entwicklungen multidimensionaler Datenensembles aus der Werkstoffprüfung

Für hochkomplexe Materialsysteme wie faserverstärkte Verbundwerkstoffe, die in sicherheitskritischen Branchen wie der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden, sind Eigenschafts-, Qualitäts- und Sicherheitsanalysen unumgänglich. Mittels bildgebender, zerstörungsfreier Prüfverfahren (ZfP) wird eine visuelle Analyse von Materialeigenschaften und deren Verhalten unter externen Einflüssen erstmals möglich. Die internen Prozesse der Materialsysteme können durch Röntgencomputertomographie (XCT) als Serie von 3D XCT-Scans (== 4DCT) abgebildet werden. Aus diesen primären ZfP-Daten können mithilfe von Segmentierungs- und Quantifizierungsalgorithmen Sekundärdatensätze abgeleitet werden. Gemeinsam bilden diese Ensembles aus primär und sekundären ZfP Daten die Datenbasis dieses Projekts.
Ziel des Dissertationsprojekts COMPARE ist es, komparative Visualisierungstechniken für Ensemble-Datensätze über die Zeit bzw. über laufende ZfP-Prozesse in Insitu-Prüfungen (z.B. bez. Zug, Druck, thermischer Belastung o.ä.) für komplexe Materialsysteme zu entwickeln. Der Fokus der zu generierenden Visualisierungsmethoden liegt hierbei auf der komparativen Darstellung der Entwicklungen von interessanten Merkmalen und deren Charakteristika über Zeit oder einen laufenden ZfP Prozess über ein oder mehrere Materialsysteme hinweg. Im Zuge des Projekts wird daher (1) eine visuelle Analyse multivariater Sekundärdatensätze einzelner Materialsysteme ermöglicht, (2) komparative Analyse- und Visualisierungstechniken von Sekundärdaten für mehrerer Materialsysteme entwickelt und (3) visuelle Analysemethoden für 4DCT Daten mehrerer Materialsysteme anhand neuer Visualisierungstechniken erarbeitet.
Die komparative Visualisierung der internen Veränderungen eines Materialsystems wird ein detailliertes Verständnis der Veränderung einzelner Objekte und deren Charakteristika generieren und somit detaillierte Untersuchungen der Eignung eines Materialsystems für die Zielapplikation ermöglichen. Eine komparative Untersuchung quantitativer Merkmale mehrerer Materialsysteme ist ausschlaggebend, um statistisch abgesicherte Kennwerte hinsichtlich Werkstoffeigenschaften und ihrer Änderung festzustellen. Die generierten komparativen Visualisierungstechniken ermöglichen dabei, die menschliche Wahrnehmung voll auszuschöpfen und somit die Datenauswertung entscheidend zu beschleunigen bzw. Kosten zu reduzieren. COMPARE realisiert ein Visualisierungssystem, das neues Wissen über den Verlauf interner Materialprozesse überhaupt erst verfügbar macht und so für eine signifikante Effizienz- und Effektivitätssteigerung in der Produktion, Qualitätsprüfung und Optimierung von Werkstoffen sorgt.