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Diplomarbeit, Universität der Bundeswehr München

1. 0220220220 22022 10 2 3 Breitstrahlplasmabrenner vom Typ LARGE 2222022022002s0sneeenenenn 11 3 IMESSVER ANFEN rear en een 12 3 1 Iomodral sche KompOnenle 18 3 2 Spektroskopische Komponente 220024022002000000nn none ann nnnenne nennen 22 A 2 72 88 12 LS SPEBERRPEREFERRFERRERDERERLTROREEEREROEEELREEUEUERELEURTERLERERTEERCECRTERELEURTEREFECRUECRPEORLERELEREN NE 25 4 1 DIER ATMEN 26 4 2 Abbildungseigenschaften der Optik 0 20022002002200 200 nen nnn nennen 30 4 3 DIE VVELENKUPDIUNG sauna nen 37 4 4 Die KUNISCHIANGE au Beeren 37 Bi 22 OT Ale ee ee 38 5 1 DaS HAUBHOTMUAL as au 41 5 2 Globale Typen Variablen und Konstanten 2 0220022002s0 nennen 45 5 2 1 Varale 1 PRSFEREFESESEBEFESEREBEPETEBEKERETEFEUEELPEPERERE PERERELEFEFEBEFEPEFEUEFESEFEBEFETEENELEDETE 45 5 2 2 KOnNsStanlenssesaeen sense ea ee ehe 46 ILo TypPEmund S ol asar sense 47 5 2 4 Erstellte Klassen und Records 2244242444444R RR nn an ann en nennen anne een 47 5 3 Die Datenbank Tomografische Emissionspektroskopie 51 5 4 Justage und Datenaufnahme nannannnnnnnnnnnnnnnnrnennrnnnnrnnrnrrnrrrrrrrrnrrrennrnn 54 5 4 1 Das Formular Schrittmotorsteuerung eneeneneensnnennnneronrerrnrsrrerrnn gt 54 5 4 2 Das Formular Kamera Livebild 2020220244nnenenenne nennen nenne 57 5 4 3 Das
2. Kuhlaasse Niederdruckpumpe einschalten Gruner Knopf an wand O Stromversorgung Anschl sse auf Dichtigkeit pr fen O berwachungsrechner falls undicht sofort Pumpe ausschalten CI Temperatur berwachen Hochdruckpumpe einschalten Hebel links neben Knopf der Miederdruckpumpe Anschlusse auf Dichtigkeit pr fen zuerst Hochdruck dann Hiederdruckpumpe aus Bemerkungen Einschalten Immer zuerst Niederdruck dann Hochdruckpumpe an Ausschalten Immer zuerst Hochdruckpumpe aus dann Niederdruckpumpe Gegebenenfalls an Hochdruck ventil den w asserdruck einstellen nach Anweisung nach oben nach unten Abbildung 5 44 Das Formular Checklist Beschreibung Das Programm Checklist hat im eigentlichen Sinne wenig mit der tomografischen Emissionsspektroskopie zu tun Es ist vielmehr ein Hilfsmittel um Vorg nge und Ar beitsanweisungen darstellen und speichern zu k nnen Es wurde entwickelt um je dem Benutzer der Akina Software einen berblick ber Vorgehensweisen sei es die optische Justage die Inbetriebnahme des Brenners etc zu geben Das Programm besteht im Wesentlichen aus einer Liste einzelner Bl ttern die durch Anklicken betrachtet und bearbeitet werden k nnen Mit den Buttons und springt man vorw rts bzw r ckw rts durch die einzelnen Bl tter die je nach dem als erledigt abgehakt werden Erstellen von Checklistbl ttern Hinzufugen eines Blatte ft Mur Edit Felder t Mit Memo Feld
3. 91 Software Absch tzung des Rechenaufwandes bei einem Musterspektrum mit n Linien und ei nem aufgenommenen Spektrum mit m Linien Sei n die Anzahl der Linien des Musterspektrums so umfasst der Merkmalsraum n 1 n 2 Merkmale Im obigen Beispiel mit vier Linien sind somit folgende sechs Verh ltnisse enthalten b a c b d c Im aufgenommenen Spektralbild werden genauso m 1 m 2 Merkmale extrahiert Aus diesen Merkmalen wird jeweils ein Maximal und Minimalwert errechnet der wiederum mit jedem Merkmal des Musterspektrums verglichen wird Dies ergibt also n 1 n 2 m 1 m 2 2 Vergleichsoperationen Sei n 4 wie oben und m 5 dann sind dies bereits 144 Vergleichsoperationen 92 Software 5 4 8 Das Formular Grafische berwachung Grafische berwachung z P P Fahrposition 15 0 cm Drehposition 82 Abbildung 5 29 Das Formular Grafische berwachung Beschreibung i Das Formular Uberwachung dient wie der Name schon sagt der Uberwachung der gesamten Messanordnung Alle wichtigen Zust nde sowie die im Rechner gespei cherten Positionen der Apparatur k nnen hier auf einen Blick eingesehen werden Gelegentlich kann es vorkommen dass die tats chlichen von den im Rechner ge speicherten Positionswerten abweicht zum Beispiel nach unachtsamem Ausl sen des Anschlags Tasters Diese im allgemeinen gravierenden Abweichungen k nnen mit Hilfe der berwa chung sofort erkannt werden
4. Abbildung 3 13 Projektion bei dem Winkel f entlang Kf PAR 27 nr p me fist hierbei in nz angegeben Da bezeichne die Ableitung der Radon transformierten f p 6 in Richtung der ersten Variable In unserem Fall sind die Funktionen allerdings nicht stetig gegeben sondern tech nisch bedingt durch die CCD Kamera diskret weshalb einige zus tzliche berlegun gen getroffen werden m ssen 20 Messverfahren Anpassung der Rekonstruktionsformel auf die lokalen Gegebenheiten Die CCD Kamera kann keine stetigen Hel ligkeitswerte aufnehmen sondern lediglich diskretisierte Werte abh ngig von ihrer Aufl sung Darum werden die beiden Integrale aus der Transformationsformel durch Summen ersetzt Nun tritt jedoch ein Problem auf zu dessen Erkl rung ich den Vorgang der Transformation umdrehen m chte Es sei die Scheibe als L sung der Trans formation bereits bekannt siehe 3x3 Matrix in Abbildung 3 14 Die Kamera ha be eine Aufl sung von vertikal drei Pixeln sie betrachte das Objekt aus einem Winkel von d 30 Welche Helligkeitswerte wer den in den drei Pixeln detektiert Hierzu m ssen die neun Pixel abh ngig vom Be trachtungswinkel der Kamera in Fl chen faktoren aufgeteilt werden Abbildung 3 14 L sung des Problems mit diskreten Werten Pixel detektiert demnach Sr At E D 2 C Alle Werte sind zum besseren Verst ndnis grob abgesch tzt Ebenso verf hrt man mit den Pixeln
5. Datensatz ffnen auswerten auswerten und speichern Automatische Einstellung Wert ame Plasma Brenner 10 Messungen Name Plasma renner 10 Messungen Aufmahmezeitpunkt 05 03 2003 15 38 53 Aufnahmezeitpunkt Aufl sung 60 Aufl sung 60 ERBETEN Video gramm m a Kamerabelichtungszeit 1 Kamerabelichtungszeit 10 Zeile Drehachse 240 00 i Einstellungen Linienbreite 16 Auflosung 16 MotorPosition 4328681 Z 240 00 Linke L 577 15 Z fassen ri RechtewL 634 78 MotorPosition 4323681 LinkeWL 577 15 RechtewWL 634 78 Bemerkung l PEE Ir RT TTS AUER FO OC Bemerkung l Vorschau ausge w hltes Bild Einstellungs feld Berechnete Bilder Berechnung l uft STAND BY Dargestelltes Bild 1 60 Abbildung 5 32 Das Formular Serienbildbrowser Es besteht die M glichkeit alle Daten schon w hrend der Messung zu verarbeiten Um die aufgenommenen 12Bit Bilder nach der Messung noch zus tzlich auswerten zu k nnen wurde dieses Formular entwickelt Es kann auf Wunsch alle aufgenom menen Bilder einzeln anzeigen hnlich wie in bereits bestehenden Formularen be steht die M glichkeit einzelne Spektrallinien auszuw hlen und zuspeichern Alle not wendigen Parameter sind rechts oben eingestellbar Die Informationen ber Aufnah mezeitpunkt und Einstellungen der Messapparatur werden aus dem Header der ein gelesenen Datei in die Datenbank bernommen Eine Vorschau des ausgewerteten Bildes
6. 93 Zust nde Software Bis jetzt sind f nf verschiedene Zust nde realisiert weitere k nnen jedoch ohne gro Ren Aufwand an neue Gegebenheiten angepasst werden Rote Pfeile Sie zeigen die Richtung an in die sich die Apparatur bewegt Motor nicht referenziert Fahrposition Drehposition Kameraprobleme Messung Die Steuerung wurde noch nicht referenziert Mit Referenzfahrt oder Positionsabfrage Daten mit Interface abgleichen Die Kamera wurde noch nicht initialisiert beziehungs weise sie ist berhitzt Im Bild ist ein Draht in der Messtrommel dargestellt Entweder die Drehachse ist noch nicht eingestellt oder die Drehachsjustage l uft gerade ab Die Messung l uft gerade ab was durch den Plas mabrenner dargestellt wird Eine fr here Version der Akina Software beinhaltet f r die Plasmaflamme an statt des gelben Kegels einen GLFireFXManager des OpenGL Packets Dieser ist zwar optisch sehr anspre chend ben tigt aber viel kostbare Rechenzeit Aus diesem Grunde wurde er durch den Kegel ersetzt U berhaut ist es w hrend einer Messung gerade bei langsamen Rechnern zu empfehlen das Formular berwachung zu schlie en Abbildung 5 30 bersicht ber die Zust nde 94 Software Realisierung im Quelltext Das Herz dieser Form ist wie auch bei dem 3D Browser das OpenGL Packet das alle grafischen Darstellungen bernimmt Interessant f r die Darstellung der ver
7. Titel des Blatta Software Dieser Ausschnitt zeigt einen Teil der GroupBox zum Hinzu f gen eines neuen Blattes Vor dem Erstellen muss ent schieden werden ob ein Memo Feld und wie viele Edit euer Tite Er N a Felder ben tigt werden Deren Titel wird hier bereits festge FIEIBEF BER Er GER legt er kann sp ter nicht mehr editiert werden Titel des Memo Feldes Memo Titel Information gef llt werden Abbildung 5 45 Erstellen ei Edit Felder auf ein Blatt mit nur f nf nes Blattes 113 Die maximale Anzahl der Edit Felder h ngt von der Ent scheidung f r ein Memo Feld ab Ohne dieses passen neun Der Benutzer beendet das Erstellen mit einem Click auf OK woraufhin das Blatt mit seinem Titel in die Checklist ber nommen wird Von dort kann es aufgerufen und dann mit Software Das zu dem obigen Beispiel geh rige Blatt s he dann so aus Neuer Tte Edit 1 Leer Edit 2 Leer Leer Edit 5 Leer Memo Titel Leer Ubemehmen Abbildung 5 46 Beispielblatt Zur Realisierung im Quelltext Checklist ist ein eigenst ndiges Programm da es auch unabh ngig von der Akina Software lauff hig sein soll Der Nachteil ist jedoch dass es dann nicht direkt aus dem Hauptformular der Akina Software beeinflusst werden kann Vielmehr m ssen Windows Botschaften als Informationstr ger zwischen den Programmen dienen Grunds tzlich ist eine Windows Botschaft vom Typ TMessag
8. oP Nothalt CHR 255 XReferenzfahrt O0R1 Fahrbewegung YReferenzfahrt OR2 Drehbewegung Referenzfahrt allgemein 0Od lt GeschwindigkeitX gt lt GeschwindigeitY gt Befehl zum Anfahren einer bestimmten Schrittposition OM lt ZielpositionX gt lt GeschwX gt lt ZielpositionY gt lt GeschwY gt Die Befehle werden von der procedure Befehl_Senden S String an den Com Port Treiber weitergeleitet Prinzipbild des Anschlusses des Interface an den Computer Computer Endschalter horizontal oO Endschalter Drehen Serieller Interface Anschluss COM Port Schrittmotor 1 Schrittmotor 2 Abbildung 5 7 Anschluss des Interface an den Computer _56 Software 5 4 2 Das Formular Kamera Livebild ETHERNET Paich cable 2 10m Standard HERTE a Front end with WO gt external trigger Abbildung 5 8 Kameraprinzip Zur Darstellung des Kamerabildes ist externe Hardware n tig Dies ist in Abbildung 5 8 dargestellt Um stets ein aktuelles Kamerabild zur Verf gung zu stellen wurde die ses Formular erstellt Hier wird auf einer Gr e von 320 x 240 Pixel das Kamerabild auf die H lfte verkleinert dargestellt In der Titelleiste ist die Anzahl der dargestellten Bilder pro Sekunde ablesbar Sobald ein neues Bild aufgenommen ist wechselt zus tzlich das Feld Trigger seine Farbe um dies zu verdeutlichen Die in diesem Formular angezeigten Bilder werden nicht im Haupts
9. Das Formular bietet daf r eine komfortable Hilfe Zun chst einmal CheckBox Voreinstellung einer Drehachse ausw hlen anklicken dann auf zuletzt ausgewertetes Bild klicken und das sichelf rmige Gebilde heran zoomen Nun dessen Radius in Pixeln absch tzen siehe hierzu folgende Tabelle und in das EditFeld eintragen Nach Best tigung wird die neue Drehachse berechnet und f r weitere Messungen bernommen 63 Software Radius der Sichel ca Angabe 0 kann erfahrungsgem nicht weiter verbessert werden Abbildung 5 12 bersicht ber verschiedene Sichelgr en und den zugeh rigen Einstellun gen Sollte dieser Effekt bei Messwerten auftreten deren Messung nicht wiederholt wer den kann so gibt es die M glichkeit mit Hilfe des Formulars MessDatenAufarbei tung nachzubessern Die Messergebnisse Nach Ablauf der Messung stehen zwei wichtige Messergebnisse zur Verf gung Die Position der Drehachse und die maximale Abweichung des Drahtes von der Dreh achse jeweils in Pixel Idealerweise sollte die Drehachse exakt in der Mitte des Aufnahmebereichs der Ka mera liegen also bei Zeile 240 Aufl sung vertikal 480 Die Drehachse kann mit Hilfe der beiden Spiegel eingestellt werden Die Abweichung des Drahtes ist in gewissen Grenzen tolerierbar Da der Draht zei gen soll an welcher Position das eigentliche Messobjekt angebracht werden muss w re seine Lage genau auf der Drehachse ideal Eine klei
10. 690 nm Rechte Wellenl nge 755 nm Bei Einstellung Mikrometerschraube 768 Ergebnis Autojustage bei Neon Serien Ergebnis Autojustage bei Argon Se nummer r der Lampe 6032 u riennummer der Lampe 6050 Kamerabild holen i Auto Detektion lt lt Einstellungen Strecken Stauchen Kamerabild holen Auto Detektion a lt lt Einstellungen Strecken ale uchen Verschieben lt gt gt Sf gt ma F lt m lt t a Abbruch Bild laden Abbru ch Bild laden Yoreinstellun CUE a hri N o ite 0 30nm Voreinstellungen Schrittweite 0 30nm Neo Neon 603 O 2 INi Fileeinlesen File einles Argon 6030 INI File einles E Ei FE Einstellun EHN n f r Auto Deetektior mi nm r Einstellun n f r Auto Detektion EEE ite der Spektrallinien 13 Pixel Breite a ae ktrallinien 13 Pixel Auswa ahl mi io cher Ein ngen Angezeigter Treffer 5 Detektierte Lini pory L nge Trefferliste 12 Trefferwahrscheinlichkeit 8 linke Wellenl nge 691 98 nm linke TIEA 691 179m rechte Wellenl 756 4 nm rechte Wellenl 756 40 nm Nummer in Trefferliste 1 Nummer in Trefferliste 5 Abbildung 5 26 spektrale Verifizierung der Apparatur 86 Software Da das Musterspektrum Argon im obigen Bereich lediglich vier Linien umfasste wo von zwei im aufgenommenen Bild zusammenfielen erfasste der Algorithmus nicht auf Anhieb die richtigen Wellenl nge
11. Anzahl Edits L nge Titel Edit1 Titel Edit1 L nge Inhalt Edit1 Inhalt Edit1 Memo da L nge Titel Memo Titel Memo Anzahl Zeilen L nge 1 Zeile Inhalt 1 Zeile 1 4 Byte 8 4 Byte 4 4 Byte Name 4 Byte 1 4 Byte 4 4 Byte Edit 4 Byte 4 4 Byte Leer 4 Byte True 4 Byte 4 4 Byte Memo 4 Byte 1 4 Byte 4 4 Byte Leer 4 Byte 60 Byte 116 Software 5 6 3 Das Formular Boltzmann Plot Y BoltzmannPlot l0lx vorhandene Tabellen Aufnahmezeit Messobjekt Arl 2452703 15616464 Brennermessungen nahe a r ll 2452709 1592003 Brennermessungen 5mm en 2452709 16156738 Brennermessungen 10mm e Mm WL Angstrom amp ki 10 8 s 1 E k cm 1 NLE ber y G 5221 270 8 8e 03 12460 g 2 923 028 Boltzmannplot A 0 302 ii 0 142 mo 1 38 03 1 2e 03 125293 67 125282 90 B n J n caca INT 07 Oo e PEN tr A A al apaga hr Schwellwert 0 Y Spektrum skalieren Op a en Ausgeywyertete Linien 316 Anregungsenergie Auswahlfelder und Ein stellungsfelder Tabellierte Werte ber der Wellenl nge 444 555 666 777 000 Ausgewertete Messung Messwerte Abbildung 5 47 Boltzmannplot Hier handelt es sich hnlich dem Formular Spektroskopische Auswertung um die Betrachtung einer ganzen Anzahl von Spektralbereichen auf einmal um eine Aussa ge ber die tats chliche Temperatur des Pla
12. MessBild const x y Single var z Single var color TColorVector var texPoint TTexPoint vom HeightField so lange aufgerufen bis alle erwarteten Funktionswerte Anzahl Aufl sung 2 abgearbeitet sind Ausschlaggebend hierf r ist die Zeile HeightField OnGetHeight MessBildin TGLBrowser _Form BildAufbauen Der Prozedur MessBild werden einige Konstanten und Variablen bergeben Die Konstanten x und y werden ausgehend von 0 um jeweils die Schrittweite hoch gesetzt woraus die Variable count errechnet wird welche die Position des gerade aktiven Pixels im MemoryStream speichert Ausgehend von dem Wert des Eintrages im MemoryStream wird z auf die maximale H he der z Achse normiert gesetzt 108 Software TColorVektor speichert die Farbe des jeweiligen Pixels die je nach eingestelltem Farbverlauf von der z Koordinate abh ngt TColorVektor besteht aus der reinen Farbinformation Rot Gr n Blau erweitert um einen Wert f r die Transparenz Eine Prozedur die sehr komfortabel einen Farbverlauf erzeugt ist VectorLerp c1lrGreen clrRed z color hier von gr n nach rot abh n gig von zZ Da keine Textur verwendet wird kann die Variable texPoint unver ndert bleiben Damit nun auf dem Bildschirm keine unebene pixelige Fl che entsteht werden in tern mehrere Werte zwischen den eigentlichen Funktionswerten interpoliert Man er h lt somit eine ebenm ige glatte Oberfl che 109 Software 5 6 Zus tzliche Hilfts
13. Sie k nnen bez glich der H he also der Strahlungsintensit t nicht mit anderen Messungen verglichen werden Daf r werden minimale Nuancen die im 2D Bild nicht ausgemacht werden k nnen sichtbar Die folgenden beiden Bilder stammen aus einer Testmessung am 5 12 02 bei der zus tzlich zum eigentlichen Tr gergas Kaltgas zwischen den Kathoden einstr mte Abbildung 5 40 Ausgewer tetes Bild Die durch das Kaltgas verursachte kalte Seele ist hier gut zu sehen Besonders deutlich ist auf dem 3D Bild zu erkennen dass nur zwei Maxima an Stelle der erwarteten drei auftreten Eine Erkl rung woher dieser Effekt kommt k nnte sein dass die Ka thoden des Brenners unterschied lich stark verschlissen sind und daher die Bogenstr me voneinan der abweichen Abbildung 5 41 3D Darstellung eines ausgewerte ten Bildes 107 Software Zu den verschiedenen Einstellungsm glichkeiten Bildeinstellungen und Farbverlauf Draht Model Das HeightField wird als Drahtmodel dargestellt und somit trans parent Diagramm auf reale Position drehen Die Koordinatenachsen werden um 115 gedreht Dies ist der Winkel zwischen dem realen Koordinatensystem und dem Koor dinatensystem des aufgenommenen Bildes Hintergrund wei Der Hintergrund des OpenGLViewers wird wei dargestellt was praktisch ist m chte man einen ScreenShot ausdrucken Koordinatensystem ausblenden Ebenfalls zum Ausdrucken eines ScreenShots Sollte
14. che Kamerabild holen nimmt genau ein Kamerabild auf Die Schaltfl a che Kamerabild pollen nimmt jede Sekunden ein Bild auf und stellt dieses dar Auf diese Weise kann leicht eine Kalibrierung stattfinden Die Umschaltung auf die Karteikarte Screenshot anzeigen f hrt zur Anzeige der im Verzeichnis MessDaten liegenden Screenshots die w hrend der Messung auto matisch aufgenommen werden In der dargestellten Liste lassen sich dazu Aufnah mezeitpunkt und Aufnahmeort ablesen Die im Hauptformular eingestellten Werte f r Bildinvertierung oder Beschneidung auf einen kleineren Farbbereich werden von diesem Formular ber cksichtigt Word Bereich 0 65535 unsigned 16 bit 61 Software 9 4 4 Das Formular Drehachsen Bestimmung Vorbemerkung Elementar f r die Qualit t der tomografisch rekonstruierten Schnittbilder ist die Kenntnis der exakten Drehachsenposition deren Zeilennummer im aufgenommenen Kamerabild Diese Drehachsenposition kann experimentell sehr genau und ohne gro en Aufwand ermittelt werden Im Software Projekt ist daf r ein eigenes Formular vorgesehen dessen Funktionali t t nachfolgend beschreiben wird Status Label Info Label Auswahl einer fr her ermittelten Drehachse Automatische Justierung a Anzahl Schritte 41 entsprechend 4 500 Feineinstellung Start Stop Auswahl einer alten Drehachse V Voreinstellung einer Drehachse Prije Event eingegangen
15. de die vorhandene starre Welle durch eine Wellenkupplung ersetzt In diese wird ein Stift eingesetzt der bei Blockierung der Trommel abgeschert wird Auf diese Weise wird eine Besch digung des Getriebes und anderer Teile der Welle verhindert Der Austausch dieses Stiftes gestaltet sich einfach da dieser leicht zug nglich ist Eine Besch digung an einer anderen Stelle h tte sonst stets einen langen Ausfall der Tomografieeinrichtung zur Folge 4 4 Die K hlschlange Um den Dauerbetrieb des Messaufbaus zu er m glichen musste eine 35 m lange K hlschlan ge aus Kupfer eingebaut werden Auf diese Weise ist es m glich die Messapparatur auch bei langen Messreihen auf konstant niedriger Temperatur zu halten Abbildung 4 16 K hlschlange 37 Software 5 Software Programmierumgebung und Systemanforderung Als Programmierumgebung wurde Delphi 6 0 Enterprise gew hlt Es handelt sich hierbei um eine moderne objekt und ereignisorientierte Programmiersprache Um ein effektives Arbeiten zu erm glichen werden verschiedene Editoren mitgeliefert Neben den mitgelieferten Paketen mussten mehrere externe Komponenten installiert werden ohne die die entwickelte Software nicht lauff hig ist Dies sind Serieller Schnittstellentreiber zum Betrieb der Schrittmotorsteuerung OpenGl Editor Sammlung zur besseren visuellen Darstellung des Be triebs und der ausgewerteten Messdaten Windowslaufzeitbibliothek zur Steuerung der
16. der einen Zusammenhang zwischen der Frequenz des Strahlungspro zesses und der Geschwindigkeit der Strahlungsquelle herstellt vergleichbar der Fre quenzerh hung einer sich schnell n hernden Tonquelle Wenn sich eine Quelle mit der Geschwindigkeit u auf den Empf nger zu bewegt ver ndert sich die Frequenz nach folgender Beziehung v v 1 4 11 wobei v die von der feststehenden Lichtquelle ausgestrahlte Frequenz ist u die Geschwindigkeit der Lichtquelle und c die Lichtgeschwindigkeit Die Wellenl nge h ngt von der Frequenz ab und muss daher automatisch von u abh ngen Bei An n herung an den Spektrografen wird sie sich verkleinern bei der Entfernung der Lichtquelle wird sie gr er Im Plasma bewegen sich die Atome und lonen ungeordnet mit einer mittleren Ge schwindigkeit die zu J T proportional ist Die verschiedenen Teilchen werden des halb Licht in den Spektrografen senden das sich ein wenig von einander unterschei det Dies f hrt zu einer Verbreiterung der aufgenommenen Spektrallinien Breite des Profils oc Temperatur Wellenl nge Abbildung 3 17 Ver nderung des Profils der Spektrallinie Eine Messung der Linienbreite gestattet die Bestimmung der Temperatur der Teil chen die an dem Abstrahlungsprozess beteiligt sind Ber cksichtigt man s mtliche Fehlerquellen Untergrundstrahlung Absorption etc und definiert hierf r einen Verbreiterungsfaktor so kann man folgende Beziehung angeben z f Ka Ka g
17. mehr auf herk mmliche Weise m glich Deshalb wird untersucht ob mit tomografi scher Emissionsspektroskopie hnlich der in der Medizin eingesetzten Computerto mografie eine Aussage ber die Temperaturverteilung im Plasmastrahl gemacht werden kann Im Laufe der vergangenen Jahre wurden bereits einige Diplomarbeiten zu diesem Thema durchgef hrt Die Zusammenstellung zeigt folgende Tabelle Bernd Untersuchungen am Aufnahme integraler Emissionsspektren ei Kohler Plasmastrahl mittels nes Plasmastrahls F4 Brenner Emissionsspektros Okt 88 kopie Vorteil gt einfacher kompakter experimenteller Auf April 89 bau Nachteil gt Verfahren liefert nur integrale Messwerte und Ergebnisse Andreas Tomografische Programmierung eines Tomografie Bappert Bildverarbeitung zur Algorithmus Programmiersprache C auf lokalen Bestimmung DOS Ebene Okt 94 der Emissions Koeffizienten von Vorteil April 95 Plasmastrahlen gt erster funktionsf higer Tomografie Algorithmus Nachteil gt Speicherbegrenzung 640 KB Aufl sung 8x8 wird erreicht Einleitung Siegfried Bestimmung der Erste tomografische Untersuchungen am Pock Intensit tsverteilung TRIPLEX Plasmabrenner ohne spektrale von Plasmastrahlen Aufl sung Auswerteprogramm in PASCAL Okt 96 mittels Computer DOS Protected mode dadurch keine Spei Tomographie cherbegrenzung April 97 Vorteil gt Aufl sung 60x60 wird erreicht Nachteil Detektionsapparat
18. nderungen an der Oberfl che des Hauptpro gramms vor Sie werden deshalb aus Sicherheitsgr nden nur mit Synchronized aufgerufen Greifen z B die Hauptanwendung gleichzeitig der Thread auf die Ober fl che zu w re dieser Aufruf nicht Synchronized Es k me es zu einem Systemab sturz da nicht zwei Threads gleichzeitig ein Objekt ndern k nnen Zur Vorbereitung der Messung werden alle offenen Fenster in denen Einstellungen vorgenommen werden k nnten geschlossen Sind keine spektralen Auslesebereiche festgelegt wird die Messung abgebrochen Das in Abbildung 5 18 dargestellte For mular wird initialisiert Es wird nun berpr ft ob nicht sinnvolle Einstellungen vorge nommen wurden So macht es keinen Sinn eine Spektrallinie mehrmals in die Daten bank zu bernehmen Die Daten w ren identisch Deshalb werden doppelte Mes sungen entfernt Um einen m glichst automatisierten Messablauf durchzuf hren kann der Thread jetzt im zweiten Schritt feststellen ob die Steuerung schon referenziert wurde Ist dies nicht der Fall f hrt er automatisch eine Referenzfahrt durch Auf hnliche Weise geschieht dies im dritten Teil der Justage der Drehachse Ist die se noch nicht festgelegt wird der Bediener aufgefordert den Messaufbau herzustellen damit eine Feststellung m glich ist Nun kann mit dem vierten und Hauptteil begonnen werden Dazu muss erst berpr ft werden welche horizontalen Motorpositionen angefahren werden sollen Sind h
19. nken sich darin auf die Themenbereiche Plasmabren ner Plasmastrahl und Partikelstrahl F r diese 3 Themenbereiche sind im Laufe der zur ckliegenden Jahre eine ganze Reihe von Messtechniken und Untersu chungsverfahren adaptiert bzw neu entwickelt worden In den anschlie enden Ab schnitten sind die Schwerpunkte der im Einsatz befindlichen Diagnostik Palette zu sammengestellt wobei jeweils ein Bezug zur tomografischen Emissionsspektrosko pie hergestellt wird Eingangsparameter einstellbar z B nicht einstellbar z B e Bogenstrom Elektrodenverschlei Gasfluss Fertigungstoleranzen Online Be Gasmischung am Brenner triebs ber K hlwasserparameter Plasmainstabilit ten wachung Pulverparameter Stabilit ts PFI particle Untersuchungen flux imaging Nichtresonante LDA laser doppler Laserstreu anemometry verfahren PSI particle shape imaging Abbildung 3 1 Diagnostikpalette rund um den Plasmaspritzprozess 12 Messverfahren Online Be Versorgungsgr en des Plasmabrenners triebs ber wachung Me Rdatenerfassung und auswertung Ein schematischer aufs Wesent liche reduzierter Aufbau zur On E line berwachung der Betriebs nE gr en beim Plasmaspritzpro 9 o zess ist in Abbildung 3 2 darge per ae stellt Im Sekundentakt werden Be Plasmagasdurchfl sse K hl 8 wasserdurchfluss und Tempera tur und die elektrischen Gr en des Lichtbo
20. von ihnen wurden vom Algorithmus fters die anderen weniger oft als L sung erach tet Ordnet man nun alle Eintr ge nach ihrem Vorkommen so erh lt man eine Liste bei deren Durchlaufen man von der wahrscheinlichen zur eher unwahrscheinlichen L sung kommt Dies erledigt die Prozedur ErgebnislisteAuswerten die aus einem einfachen Sor tieralgorithmus besteht Danach wird dann die wahrscheinlichste L sung Position O in der Ergebnisliste auf dem Bildschirm mit ergebnisAnzeigen Stelle Integer ausgegeben 90 Software Die folgende Grafik soll den gesamten Algorithmus noch einmal grafisch veranschali chen Sart Autojustage Aufgenommenes Spektrum Merkmalsraum ne Musterspektrum Positionen der Linien in Axel O O gt Vergleichen UndWerten Ergebnis Linienbreite Aus Ergebnis rechte Wellenl ngen bereits und linke Wellenl nge berechnen in Ergebnis der Ergebnisnoch Ergebnisliste nicht vorhanden vorhanden Neues Ergebnis anf gen Ergebnisliste a w b w a w tmp Nein Vergleichen und Ergebnisliste Werten abgeschlossen Vorkommen inkrementieren Ja Ergebnisliste Auswerten Sortierte Ergebnisliste Ergebnis Anzeigen Stelle Integer EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEBEBNEN Abbildung 5 28 Ablaufdiagramm des Algorithmus zur Spektraljustage
21. 4 3204 321 4e 01 D 159393 3850 190592 2305 3s2 3p4 3P 4p 3s2 3p4 3P 4d 2D 2P 3 2 3 2 4 4 3212 518 5 2e 02 C 155351 1209 186470 3608 3s2 3p4 3P 4p 3s2 3p4 3P dd 4P 4P 3 2 3 2 4 4 3221 625 1 8e 02 C 155043 1622 186074 4373 3s2 3p4 3Pl4p 3s2 3p4 3P dd 4P 4F 5 2 5 2 6 2 3225 974 2 1e 02 C 155351 1209 186340 5613 3s2 3p4 3Pl4p 3s2 3p4 3P dd 4P 4F 3 2 3 2 4 4 3236 810 5 2e 01 D 159706 5334 190592 2305 3s2 3p4 3P 4p 3s2 3p4 3P 4d 2P 2P 1 2 3 2 2 4 3243 688 20 1 056e 0 C 155351 1209 186171 3332 3s2 3p4 3P 4p 3s2 3p4 3P 4d 4P 4P 3 2 1 2 4 2 3249 800 6 3e 01 C 155708 1080 186470 3608 3s2 3p4 3P 4p 3s2 3p4 3P 4d 4P 4P 1 2 3 2 2 4 3253 918 9e 03 C 155351 1209 186074 4373 3s2 3p4 3Pl4p 3s2 3p4 3P dd 4P 4F 3 2 5 2 4 6 3263 571 1 55e 01 B 155708 1080 186340 5613 3s2 3p4 3P 4p 3s2 3p4 3P dd 1 2 3 2 2 4 3273 317 3 7e 01 D 159393 3850 1899346319 352 3p4 3P 4p 3s2 3p4 3P 4d 3 2 1 2 4 2 3281 701 4 2e 01 C 155708 1080 186171 3332 3s2 3p4 3P 4p 3s2 3p4 3P 4d 1 2 1 2 2 2 3293 640 3 1 7e 00 D 1602394280 190592 2305 3s2 3p43P 4p 3s2 3p4 3P dd 3 2 3 2 4 4 3307 228 20 3 4e 00 D 159706 5334 189934 6319 3s2 3p4 3P 4p 3s2 3p4 3P 4d 172 1 2 2 2 3350 924 25 1 5e 00 D 170401 0168 200234 9581 3s2 3p4 1D 4p 3s2 3p41D dd 5 2 5 2 6 6 3361 745 3 3e 02 D 170401 0168 200138 9307 3s2 3p4 1D 4p 3s2 3p41D dd 5 2 7 2 6 8 3365 520 1 3e 01 D 170530 4041 200234 9581 3s2 3p4 1D 4p 3s2 3p4 1D dd 7 2 5 2 8 6 3366 580 4 1e 01 D 1602394280 1899346319 3s2 3p4 3P 4p 3s2 3p4 3P 4d 3 2 1
22. B und x Realisiert ist dies in der unit Tomografie Es wird schnell deutlich dass der Rechenaufwand exponentiell mit der aufzuneh menden Aufl sung ansteigt Als Beispiel Es wurde mit der Messwertesimulation ein M Profil in den Aufl sungen 60 90 120 150 und 180 simuliert Aufl sung 60 90 120 150 180 Speicherbedarfl vorher 6 400 6 427 6 596 6 672 6 936 Byte nachher 15 760 40 124 80 980 157 768 258 104 Speicherbedarf durch Alg 9 360 33 697 74 384 151 096 251 168 255000 205000 155000 105000 Speicherbedarf zur Berechnung Byte 55000 5000 50 70 90 110 130 150 170 190 Aufl sung Pixel Abbildung 3 15 Speicherbedarf des Tomoalgorithmus ermittelt mit Messwertesimulation 21 Messverfahren 3 2 Spektroskopische Komponente Eine spektroskopische Auswertung basiert im Wesentlichen auf einer Intensit ts messung der aufgenommenen Spektrallinien Im Plasma liegen die Gasatome in al len m glichen Anregungszust nden vor Eine Emission von Lichtquanten findet bei jedem R ckfall eines Elektrons aus einem hohen Energiezustand in einen niedrige ren Energiezustand statt Sie l sst sich wie folgt berechnen I KN A 1 Hierbei ist N die Anzahl der Atome im Grundzustand i A die atomare ber gangswahrscheinlichkeit und k ein Parameter der Messanordnung der sich mit der Wellenl nge ndert Beispielsweise geht hier die sich ver
23. Boolean True Procedure KoordinatenSystem Const Left Double 0 Const Right Double 255 Const dx Double 10 Const Abstand Integer 20 Const Color TColor clBlack procedure LoadFrom4096 Where Pointer procedure Histogramm Where Pointer Laenge Integer X Y W H Integer MinWert MaxWert Integer MinGrauWert MaxGrauWert Integer Const Invert Boolean False procedure RestoreOrgPicture end Die beiden Proceduren LoadFrom4096 und LoadFromSingleStream erlauben es Bilder ohne Programmieraufwand von Festplatte bzw aus dem Hauptspeicher zu laden LoadFrom4096 l dt ein Bild der Gr e 640 x 480 12 Bit aus dem Arbeits speicher skaliert dieses auf 256 Graustufen und stelt es dar LoadFrom SingleStream l dt ein gespeichertes aufgenommenes bzw ausgewertetes Bild skaliert es und stellt es mit 256 Graustufen dar Die zus tzliche Procedure Invert erlaubt es das gesamte Bild zu invertieren Histogramm erlaubt es eines der oft gebrauchten Histogramme aus einem Datensatz zu erstellen SetColorMode er laubt es den Bildinhalt in Falschfarben darzustellen AlphaBlend bietet eine M g lichkeit mehrere Bilder zu berblenden Die Procedure besteht haupts chlich aus Assemblercode und sollte deshalb nur von erfahrenen Programmierern ver ndert werden da bei Fehlern Auswirkungen auf das Betriebssystem zu erwarten sind TMyCustomPanel Hilfsklasse f r Formular Bildbereiche ausw hlen Diese Klasse erleichter
24. Durch Klicken auf den Schalter Messung Abbrechen wird die Messung zum n chstm glichen Zeitpunkt beendet Ist auf dem Formular Messung Abbildung 5 19 die Checkbox Messdaten anzeigen gew hlt werden unter der Schaltfl che Messung Abbrechen f r jede Spektrallinie eine kleine Preview der Messdaten an gezeigt 74 Software Au erdem versorgt es den Benutzer mit einigen Statusinformationen wie Verstrichene Zeit seit Messbeginn Gesch tzte Dauer bis zum Ende der gesamten Messung Forschrittsbalken der aktuellen Motorposition blau normaler Status rot Steuerung wartet Totzeit ab Titelleiste mit aktuell angefahrener Motorposition W hrend dieses Formular auf der Oberfl che aktiv ist sind keine Eingaben an das Programm m glich Bei Messende wird dieses Formular automatisch geschlossen Die Messung erfolgt durch einen eigenen Thread Somit bleibt die komplette Funktio nalit t der Anwendung erhalten Aus Sicherheitsgr nden werden allerdings w hrend der Messung alle nicht notwendigen Formulare geschlossen bzw versteckt Um den Ablauf verfolgen zu k nnen bleibt einzig das Formular zur Einstellung der Auslese bereiche sichtbar Dieses wird w hrend der gesamten Messung mit einem Livebild aktualisiert ist allerdings f r Eingaben gesperrt Der Thread selbst ist wie folgt auf gebaut TMessThread class TThread private AktuellerSchritt Integer RefTime NowTime VorTime TDateTime Daten arr
25. Im Feld Name wird dem Spektrum ein Name zugewiesen Darauf folgt wieder eine Variable f r die Anzahl an Spektrallinien die f r dieses Element charakteristisch sind Die Spektrallinien stehen dann nach Wellenl ngen geordnet in der Form _i 000 00 darunter die Einheit ist nm Die INI Datei kann jeden beliebigen Namen haben jedoch wird nur die Datei Spekt ral_Daten ini bei Programmstart geladen Verifizierung der Apparatur Die M glichkeit der Zuordnung von Wellenl ngen auf die einzelnen Pixel des Bildes ist f r spektroskopische Messungen von gro er Wichtigkeit weshalb die Detektion m glichst genau sein muss Als Test f r die Zuverl ssigkeit und der spektralen Ge nauigkeit der Apparatur wurde dieses Experiment durchgef hrt Als Referenz dienten zwei Spektrallampen mit unterschiedlichen Wellenl ngenberei chen in diesem Fall waren dies Neon Lampennummer 6032 und Argon Lampen nummer 6030 Die Spektren dieser Lampen berschneiden sich im Bereich 692 95 nm bis 751 47 nm Nun wurden nacheinander die beiden Spektren aufgenommen und ausgewertet wo bei bei beiden der gleiche Wert f r linke und rechte Wellenl nge herauskommen musste schlie lich wurde der Spektrograph w hrend der Messung nicht ver ndert 85 Software Das Ergebnis des Test sah folgenderma en aus Die grobe Vorgabe abgelesen aus dem Diagramm Abbildung 3 15 Seite 21 in Abbildungseigenschaften der Optik war linke Wellenl nge
26. Kamera Pccam dll Mindestsystemvorrausetzungen laut Hersteller Intel Pentium 233 MHz Microsoft Windows XP Windows 2000 oder Windows 98 64 MB Ram 124 MB HDD CD Rom Laufwerk SVGA Grafikkarte rrrerrr Das entwickelte Programm dient zur tomografischen Auswertung aufgenommener Messdaten Um ein effektives Arbeiten zu erm glichen sollte das System deutlich leistungsf higer sein Gute Ergebnisse wurden auf folgenden Systemen erzielt Intel Pentium IV 2 GHz bzw AMD Athlon XP 1700 Microsoft Windows XP Windows 2000 512 MB Ram min 500MB HDD ohne Messdaten SVGA Grafikkarte mit einer Aufl sung von 1280x1024 Kritisch hierbei sind vor allem Arbeitsspeicher Festplattenplatz und Aufl sung der Grafikkarte Das Projekt wurde f r die angegebene Aufl sung entwickelt Es wurde sichergestellt dass kein Formular gr er als der am Bildschirm angezeigte Bereich ist Das Programm beinhaltet die M glichkeit alle aufgenommenen Bilddaten zur sp teren Auswertung zu speichern Es entstehen dabei Messreihen von bis zu 108 MB Gen gend Festplattenplatz sollte deshalb sichergestellt werden Rechner mit Arbeitsspeicher von weniger als 512 MB sollten nicht verwendet werden der Tomografiealgorithmus ist sehr speicheraufwendig Bei weniger Arbeitsspeicher muss auf HDD ausgelagert werden Auf Grund der hohen Zugriffszeiten f hrt dies zu einer extremen Rechenzeitzunahme 1 Marco Cocco TCommPortDriver component COM Port D
27. Verfahren jedoch auch Nachteile Tritt die Strahlung auf dem Weg zum Empf nger in weitere Wechselwirkung Reab sorption mit dem zu untersuchenden Objekt so erweitert sich das Problem von einer reinen emissionstomografischen Komponente um eine transmissionstomografische Komponente mit unbekannter Strahlungsquelle In unserem Fall jedoch sind die Partikel in der Flamme die Reabsorption verursa chen k nnten von vernachl ssigbarer Gr e so dass ein rein emissionstomografi sches Problem zugrundegelegt werden kann Die einfachste Form der Emissionstomografie besch ftigt sich mit der Parallelprojek tion Z Z T OOD V XP gt OY y i V gt gt X i W AN RES BILALLI LE 7 4 Abbildung 3 12 Parallelprojektion einer Flamme in die Kameraebene F r die hier vorliegende Aufgabe ist es jedoch von N ten zus tzlich spektrale Infor mationen zu erhalten Aus diesem Grund wird lediglich ein infinitesimal kleiner Schnitt vergleichbar mit einem Ring im obigen Bild durch die Flamme betrachtet welcher in seine Spektralanteile zerlegt ist Als Folge kann jedoch nicht mehr die gesamte Flamme mit einer einzigen Aufnahme erfasst werden sondern jede axiale Schnittebene erfordert eine eigene Aufnahme Aus den sich ergebenden lokalen wellenl ngenabh ngigen Emissionskoeffizienten amp x y Z 4 wird dann lokal die Temperatur bestimmt
28. Wellenl nge umge rechnet wird Ergebnis links nm Pixel nm _ nm Pixel Nun wird Ergebnis Vorkommen auf 1 gesetzt und verglichen ob es bereits einen Eintrag in der Ergebnisliste mit den Wellenl ngen der linken und rechten Seiten gibt Allerdings ist es unwahrscheinlich einen Eintrag in der Ergebnisliste zu finden der exakt passt da dieser ja bereits aus mit Messfehlern und Rundungsfehlern belaste ten Zahlen errechnet wurde Deshalb ist ein weiterer Toleranzfaktor d 1 0 nm n tig Das Problem hierbei ist dass d im Endeffekt die Genauigkeit der Messapparatur bestimmt Wird er zu klein gew hlt so resultieren daraus zu viele Eintr ge in der Er gebnisliste die Wahrscheinlichkeit das richtige Ergebnis anzuzeigen w rde sich ver ringern Eine Vergr erung verschlechtert allerdings die Genauigkeit Deshalb wur 89 Software den einige Testmessungen an definierten Spektren durchgef hrt wobei sich der Fak tor d 1 0 nm als optimal ergab Noch einmal zusammenfassend Das aufgenommene Spektrum wurde mit dem in der INI Datei abgelegten Musterspektrum verglichen Ergaben sich bereinstim mungen so wurde errechnet welche linke und rechte Wellenl nge im Bild sein m sste Diese Werte wurden dann in einer Ergebnisliste abgelegt wobei schon vor handene Eintr ge in ihrem Vorkommen erh ht wurden Die Ergebnisliste besteht also aus ungeordneten m glichen Einstellungen f r linke und rechte Wellenl nge einige
29. e GetscreenShot e DrawScreenShot TMaleFunction procedure of Object GetScreenShot Boolean DrawScreenShot TMaleFunction Ist im Programm die Variable GetScreenShot auf True gesetzt wird eine Aufnah me in das Array BildDaten12bit bertragen Anschlie end wird der Wert automa tisch wieder zur ckgesetzt Soll das Formular ebenfalls aktualisiert werden muss die Variable DrawScreenShot gesetzt werden Es handelt sich dabei um einen Zeiger auf eine Methode des Programms Das Formular kann somit hier einen Zeiger auf die Methode bergeben die sp ter die Weiterverarbeitung der Daten bernimmt Sobald das Bild aufgenommen wurde und abgelegt ist wird diese Funktion aufgeru fen Die entstehende Wartezeit muss somit nicht mit Busy Waiting berbr ckt wer den Dies h tte wieder ein Blockieren der Anwendung zur Folge Bleibt der Wert von DrawScreenShot auf nil erfolgt kein anschlie ender Funkti onsaufruf Es wird lediglich das Bild in den Hauptspeicher bertragen Das Formular f hrt die eigentliche berwachung der Kameratemperatur durch Dazu wurde ein Timer verwendet Alle f nf Sekunden wird durch Aufruf der Funktion READTEMPERATURE der eingebaute Temperatursensor der Kamera abgefragt Be triebsbereit ist die Kamera von 55 C bis 125 C Um eine Besch digung der Ka mera zu vermeiden wird bei Erreichen von 100 C eine Warnung ausgel st Ist diese 58 Software Temperaturgrenze berschritten wird aus Siche
30. entsprechend 0 00 cm Unbest Wellenl nge aufgenommen bei 211 Pixel Unbest Wellenl nge Aufgenommen bei 350 Pixel Unbest Wellenl nge aufgenommen bei 393 Pixel Unbest Wellenl nge aufgenommen bei 538 Pixel Auswahl der auf Messung 5 wie 1 genommenen Bemerkungen 5 inmenta Zak 3 S C h n itt b d er Kamera Belichtungszeit 18 Linienbreite 18 Iterationsschleifen Algorithmus 10 Dateiname MessDaten 2452618 14360509 0 529 D 0 Info Feld MIN alu b i VETAT yhli N ESTAN 71 4 5 7 4 T IN j w A EEE Jet ef Park T nu ajal Ha i Bildeinstellungen Farbverlauf Kamera Skalierung I Draht Model 7 Diagramm auf reale Position drehen IV Hintergrund wei I Koordinatensystem ausblenden 7 Beleuchtung Y Richtung F rbwerlauf 20 5 chritte v TabSheet zur Einstellung des Farbverlaufs der Beleuchtung der Kameraposition und zum Einf gen der Skalierungshilfsmittel Abbildung 5 38 Das Formular 3D Browser Beschreibung Das Formular 3D Browser dient der grafischen Veranschaulichung der vom Tomo grafiealgorithmus ausgewerteten Messdaten Dabei ist zu beachten dass nicht die reelle Ausdehnung des Messobjektes sondern die Intensit t der Emission einer Wellenl nge bei einem bestimmten Schnitt dar gestellt wird 106 Software P an Abbildung 5 39 Zustandekommen der Messwerte Weiterhin sind die Messwerte auf eins normiert
31. f r die entsprechende Geschwindigkeitskompo nente des Pulverpartikels 17 18 19 Das LDA Me verfahren liefert zun chst nur lokale Me daten von einem Punkt im Plasmastrahl Zur Gewinnung sehr viel aussagekr ftigerer Profile mu ein Me punktraster abgefahren werden was nat rlich einen gewissen zeitlichen Aufwand ca 1 Sek Me Rpunkt bedeutet und hohe Anforderungen an die Stabilit t des Pro zesses stellt Es ist durchaus denkbar auch mit dem tomografischen Emissionsspektroskopieex periment Informationen ber den Partikelstrahl zu gewinnen Die Pulverpartikel sind im Plasma auf Temperaturen geheizt bei denen Strahlung im sichtbaren Bereich emittiert wird W hlt man eine ausreichende Belichtungszeit f r die tomografischen Einzelaufnahmen so erscheint die von den Einzelpartikeln emittierte Strahlung als homogene Helligkeitsverteilung auf den Bildern Die spektral aufgel sten rekon struierten Schnittbilder k nnten m glicherweise pyrometrisch ausgewertet werden ein denkbares Ergebnis w ren mittlere lokale Partikeltemperaturen Physikalisches Prinzip und Randbedingungen des PSI IPSI particle shape Belichtungszeit imaging Fluggeschwindigkeit der Partikel bis 550 m s ar Optische Abbildung Im Rahmen einer erst k rzlich Gr e der Pulverpartikel 10 100 um abgeschlossenen Dissertation wurde ein v llig neues Partikel diagnostikverfahren entwickelt St rungen vom Plasma Starkes Plasmaeigenleuchte
32. hat wie schon beschrieben die M glichkeit alle Bilder abzu speichern Hierbei sind noch einige Dinge zu beachten Es entstehen sehr gro e Datenmengen auf Grund der Kameraaufl sung Auf l sung 640 480 16 Bit gt 18 MB 108 MB Die Speicherung erfolgt nicht in der Datenbank selbst gt Bilddateien m ssen Zusatzdaten enthalten Der Aufbau der Bilddateien ist trotzdem einfach In ihr werden alle aufgenommenen Bilder einer Motorposition sequenziell gespeichert Sie besteht somit immer aus 600 KB gro en Datenbl cken die ein Bild enthalten Je nach Aufl sung entstehen Datei 78 Software en mit 30 bis 180 Bildern Diese werden auf Grund der Geschwindigkeit als ganze Bl cke gespeichert f File of Word try AssignFile f lt DATEINAME DATUMSKODIERT gt TomoSerien ReWwrite f BlockWrite f BildDaten12Bit 640 480 Wiederholung je nach Aufl sung CloseFile f except end Nachdem mit AssignFile und Rewrite eine Datei erstellt wurde k nnen nun mit BlockWrite die gesamten Bilddaten auf einen Schlag auf die Festplatte geschrie ben werden Dementsprechend kann man sie sp ter mit BlockRead auf die gleiche Weise laden Der Dateiname ist hnlich den abgespeicherten Spektrallinien wie folgt kodiert Aufnahmezeitpunkt im julianischen Datumsformat Motorsposition der Aufnahme Dateiendung TomoSerien Sind alle Bilder gespeichert wird die Datei vom Typ File of Word wieder ge schlosse
33. ist auch ohne funktionierende Software lesbar und kann somit bei Bedarf auch ohne Hilfe des Computers ausgewertet werden Die Hardware wurde ebenfalls angepasst Es wurde eine neue Kamera mit einer Auf l sung von 640 x 480 Bildpunkten bei einer Aufl sung von 12 Bit Graustufen einge setzt Dabei wurde gleichzeitig eine neue Halterung entwickelt um die Kamera zu 6 Einleitung fixieren und trotzdem eine Justierung zu erm glichen Damit auch l ngere Experi mente erm glicht werden wird eine K hlschlange eingebaut Sonstige konstruktive Verbesserungen wie z B eine Verbesserung der Achskupplung wurden ebenfalls n tig Im Kapitel 2 werden die Messobjekte thermische Plasmastrahlen vorgestellt deren Untersuchung das Ziel der in der Arbeit beschriebenen Messapparatur ist Im anschlie enden Kapitel 3 sind die theoretischen Grundlagen und die Funktion der tomografischen Emissionsspektroskopie zusammengestellt Au erdem enth lt dieser Abschnitt eine Einordnung des Verfahrens in die Messtechnikpalette des Instituts Kapitel 4 fasst den Hardware Aufbau des Experimentes zusammen wobei lediglich Neuerungen und Verbesserungen ausf hrlich beschrieben sind Den zentralen Punkt dieser Arbeit stellt Kapitel 5 dar Hier ist detailliert das Software Paket beschrieben mit dem sowohl die gesamte Experimentsteuerung als auch die Messdatenauswertung und Ergebnispr sentation abgewickelt wird Schlie lich sind in Kapitel 6 noch einige Mes
34. um die Drehachse und nimmt an diskreten Stellen Bilder des Messobjektes auf Diese Bilder m ssen in geeigneter Weise beschnitten werden so dass sich die Drehachse exakt in der Mitte befindet Dies ist erforderlich da der Algorithmus dies bei der Berechnung der Fl chenfaktoren voraussetzt siehe hierzu Das Formular Simulation Die Auswirkungen die eine Abweichung der detektierten Drehachse von der realen hat wurden in den folgenden Messungen bestimmt Zun chst einmal die Werte einer Datenaufnahme mit der richtigen Drehachse Auf der linken Seite befinden sich die von der Kamera aufgenommenen und anschlie end zugeschnittenen Mess ergebnisse einer punktf rmigen Licht quelle hier wei hinterleuchteter Draht Bild invertiert Auf der rechten Seite ist die daraus rekonstruierte Po sition dieser Lichtquelle zu sehen Abbildung 5 14 Punktf rmige Lichtquelle mit richtiger Drehachseneinstellung 65 Software Um nun zu sehen wie das rekonstruierte Bild bei falscher Drehachse aussieht wur den weitere Messungen durchgef hrt bei denen lediglich die Position der Drehachse definiert ver ndert wurde durch ver ndern des Wertes in der Datenbank Hier weicht die tats chliche Drehachse von der detektierten um 48 Pixel bei einer vertikalen Aufl sung von 480 ab Deutlich wird dies zun chst an einer Verschiebung der von der Kamera auf genommenen Werte um hier 8 Pixel L sst man daraufhin den Tomografie Algor
35. zehn der Trefferliste Ausw hlbar ist dies nach Ausklappen der Einstellungen gt gt an den Buttons und gt F hrt dies auch nicht zum gew nschten Ergebnis so stehen noch zwei weitere Ein stellm glichkeiten zur Verf gung Varileren des Detektionsniveaus Ideal ist es wenn alle im Bild zu sehenden Spektrallinien auch vom Algorithmus detektiert werden also Detektionsniveau m glichst niedrig legen allerdings nicht so niedrig dass mehrere Linien als eine detektiert werden berpr fbar ist dies mit dem Button detektierte Linien einblenden 82 Software Breite der Spektrallinien Eine Verringerung bewirkt eine Verkleinerung der To leranz was wiederum die L nge der Trefferliste begrenzt Dies ist bis zu ei nem gewissen Punkt durchaus sinnvoll zu klein sollte sie jedoch nicht gew hlt werden da sonst auch die richtige L sung als unwahrscheinlich verworfen wird Zweckm ig ist die Einstellung auf die Breite der vorhandenen Spektrallinien W hrend der Ver nderung dieser Daten sollte man regelm ig die Taste Auto Justagel bet tigen die Wahrscheinlichkeit ist gro dass nun die richtige Ein stellung detektiert wird Abschlie end sei noch zu bemerken Sind m gliche Werte f r linke und rechte Gren ze bereits bekannt so k nnen sie auch direkt an den beiden Edit Feldern links und rechts unter dem Bildrand eingegeben werden 83 Software Die verschiedenen Einstellm glichkeiten z
36. 2 4 2 3370 915 5 9e 02 D 157234 0200 186891 0338 3s2 3p43P 4p 3s2 3p4 3P dd 7 2 5 2 8 6 3376 436 35 1 5e 00 D 170530 4041 200138 9307 3s2 3p4 1D 4p 3s2 3p4 1D dd 7 2 7 2 8 8 3379 460 2e 02 D 157234 0200 186816 0494 352 3p43P 4p 3s2 3p4l3P dd 7 2 7 2 8 8 3379 577 3 2e 01 D 170401 0168 199982 0247 3s2 3p4 1D 4p 3s2 3p4 1D 4d 5 2 3 2 6 4 3388 531 25 1 9e 00 D 1610893842 190592 2305 32 3p4 3P 4p 3s2 3p4 3P dd 172 3 2 2 4 3397 895 2 7e 02 D 158167 8003 187589 3382 3s2 3p4 3P 4p 3s2 3p4 3P dd een ari 3414 458 7 7802 D 170401 0168 199679 8443 3s2 3p4 1D 4p 3s2 3p41D dd lt Daten Gastype Ar I gt lt Werte Spec Ar I WaveLength 3200 3 Line_Refs 204 gt lt Werte Spec Ar I WaveLength 3319 34 Line_Refs 190 gt lt Werte Spec Ar I WaveLength 3373 47 Line_Refs 190 gt lt Werte Spec Ar I WaveLength 3393 73 Line_Refs 190 gt lt Werte Spec Ar I WaveLength 3406 18 2P lt 1 2 gt 7p Terms 2 1 2 2 1 2 lt Werte Spec Ar I WaveLength 3461 0 2pr 7 2 3 21x 912 Abbildung 5 48 Das Formular HTML Konverter Die im Internet erhaltenen Daten k nnen nicht direkt verarbeitet werden Sie m ssen lokal gespeichert werden Die so erhaltenen HTML Dateien k nnen dann mit Hilfe des Formulars verarbeitet werden Dabei wird nachdem die Datei geladen wurde Schaltfl che Quelldatei laden automatisch eine XML Datei angelegt Sie kann dann wieder ohne Probleme von anderen Formularen weiterverarbeitet we
37. 3 538 Pixel 538 Pixel 129 Messungen und Ergebnisse Interpretation der Ergebnisse Die Erwartung war dass sich 1 und 4 Messung gleichen da alle Einstellungen iden tisch waren Gerade die aufgenommenen Werte bei der Wellenl nge 538 Pixel des zweiten Durchlauf der ersten Messung und der vierten Messung sollten sich weitest gehend gleichen Dem war jedoch nicht so Durchlauf 2 der 1 Messung zeigt deutlich zwei Maxima bei den Kathoden 2 und 3 Messung 4 zeigt hingegen ein Maximum bei Kathode 1 Eine Erkl rung hierf r k nnte sein Vor der 1 Messung mussten an der Optik einige Einstellungen bei laufendem Brenner durchgef hrt werden Zur eigentlichen Messung war er bereits auf Be triebstemperatur Nach dem 1 Durchlauf wurde der Brenner jedoch abgeschaltet und etwa eine Stunde nicht benutzt er konnte also vollst ndig abk hlen Durchlauf 2 wurde dann sofort nach dem Start am kalten Brenner gemessen F r alle weiteren Messungen wurde der Brenner nur f r kurze Zeit abgeschal tet um die Kathoden durchzutauschen er hatte also nicht gen gend Zeit sich vollst ndig abzuk hlen Durchlauf 2 der 1 Messung ist also als einziger an einem vollst ndig kalten Brenner gemessen Dies k nnte ein Indiz daf r sein dass sich die Charakteristik des Brenners mit des sen Temperatur ver ndert Weitere Messungen sollten dahingehend Aufschluss ge ben Der Strom durch Kathode 2 ist stets geringer als der Strom durch die beiden
38. ABeO Integer LiWL Double RewL Double Beme WideString MoPo TIntegerDynArray SpDa TIntegerDynArray TodZ Integer SaAl Boolean procedure SetIdentifier Value Double procedure SetMessObjekt Value WideString procedure SetAufloesung Value Integer procedure SetKameraModus Value Kamset procedure SetKameraBelichtungszeit Value Integer procedure SetZeileDerDrehachse Value Double procedure SetLinienBreite Value Integer procedure SetSummierteZeilen Value Integer procedure SetAusleseBereichOben Value Integer procedure SetLinkeWL Value Double procedure SetRechteWL Value Double procedure SetBemerkung Value WideString procedure SetMotorPos Index Integer Const Value Integer procedure SetSpektralDaten Index Integer Const Value Integer function GetMotorPos Index Integer Integer function GetSpektralDaten Index Integer Integer function GetSpektralDatenCount Integer function GetMotorPosCount Integer public property Identifier Double read Iden write SetlIdentifier property MessObjekt WideString read Mess write SetMessObjekt property Aufloesung Integer read Aufl write SetAufloesung property KameraModus KamSet read KaMo write SetKameraModus property KameraBelichtungszeit Integer read KaBe write SetKameraBelichtungszeit property ZeileDerDrehachse Double read ZDDr write SetzZeileDerDrehachse property SummierteZeilen Integer read SumZ w
39. Beispiel f r ein aufgenommenes Bild Die Linien sind durch ihre Wellenl ngen eindeutig bestimmt Prozedur Merkmals raum_fuellen errechnet daraus alle Merkmale und speichert sie im Merkmalsraum Es werden jeweils zwei m gliche ungleiche Paare aus aufeinander folgenden Linien betrachtet und deren Abst nde zueinander ins Verh ltnis gesetzt Auszug auUS Merkmalsraum_fuellen Merkmal Wert b w a w d w c w Merkmal ersterAbstand b w a w Merkmal ersteWellenlaenge a w Merkmalsraum Add Merkmal bw aw 12 5 d w c w 35 24 Dies ist der charakteristische Wert des Merkmals der mit den Werten der anderen Merkmale verglichen wird Merkmal ersterAbstand 7 Pixel Merkmal erste Wellenl nge 5 Pixel Diese Eintr ge werden erst bei bereinstimmung mit einem Merkmal des aufgenommenen Spektrums ben tigt Mehr dazu siehe unten Merkmal Wert 0 636 88 Software Nachdem der Merkmalsraum f r das Muster Spektrum gef llt ist beginnt die Proze dur vergleichenUndwWerten Sie f hrt im Grunde genommen das gleiche mit dem aufgenommenen Spektrum durch wie Merkmalsraum_fuellen Mit dem Muster Spektrum nur vergleicht sie sofort das berechnete Merkmal mit allen Merkmalen im Merkmalsraum ohne weitere Zwischenspeicherung Hier kommt die vom Benutzer eingestellte Linienbreite ins Spiel Da die aufgenommenen Spektrallinien nicht ideal dirac f rmig sind sondern eher einem Gauf sprofil hneln wurde deren Position durch d
40. DIPLOMARBEIT TOMOGRAFISCHE EMISSIONSSPEKTROSKOPIE AM THERMISCHEN PLASMASTRAHL Universit t der Bundeswehr M nchen Fakult t f r Elektrotechnik und Informationstechnik Institut f r Grundgebiete der Elektrotechnik EIT2 DER 2 OALA 2002 2003 Andreas Kraft und Bjorn Marlow L 77 ns NIVE Rs UNIVERSIT T DER BUNDESWEHR M NCHEN FAKULT T ELEKTROTECHNIK UND INFORMATIONSTECHNIK INSTITUT F R GRUNDGEBIETE DER ELEKTROTECHNIK EIT 2 DIPLOMARBEIT TOMOGRAFISCHE EMISSIONSSPEKTROSKOPIE AM THERMISCHEN PLASMASTRAHL NGEFERTIGT VON Bj rn Marlow Andreas Kraft MATRIKELNUMMER 913 460 925 810 IM HT 2002 WT 2003 BETREUER Prof Dr Ing Klaus Landes Dr Ing G nter Forster Unser herzlicher Dank gilt Herrn Prof Dr Ing K Landes f r die Erm glichung der Diplomarbeit Herrn Dr Ing G Forster f r die berlassung des interessanten Themas und die her vorragende Betreuung Weiterhin gilt unser Dank allen Mitarbeitern des Instituts EIT2 die uns alle auf ihre Weise bestm glich unterst tzt haben Im Besonderen den Mitarbeitern des Labors und der Werkstatt Inhaltsverzeichnis AN 1511 7110 gie LPPBEPEREFENERRBELEBEREEFLEREPERELEBEFRBELECRLETEPRFELRTEPRLRLECELECRPETEERURLEPTEUHTELRLECRLETPERCELELELERN 5 2 MOSSODJEK nn aE EET sce 8 2 1 Standardplasmabrenner vom Typ F4 uessesssessessesnnennennnsnnennnnnnenneneneenn 9 2 2 Dreikathodenplasmabrenner vom Typ TRIPLEX
41. Destroy f r die Kamera Camera Free Die Reihenfolge muss dabei umgekehrt der Erstellung sein Camera TCamera create lt BoardNr normalerweise 0 gt Treiber laden und Board festlegen Camera Init Kamera initialisieren kurzer Selbstest pic1 TCamBuf Create Camera Get_Driver_Handle Buffer erstellen und mit Kamera verbinden pic1l Allocate lt size gt Speicher reservieren bei 12 bit Anzahl der Pixel mal 2 nehmen Camera GetPicture picl Bild holen Eventgesteuert gt kein Rechenzeitverbrauch da anfordernder Thread in dieser Zeit inaktiv ist PBild PWordArray picl adr Anfangsspeicheradresse einem PWordarray zuweisen gt jetzt mit z B PBild Bitmap Scanlinel l lt Zeile gt gt Bild ausgeben Verarbeitung der Daten picl1 Destroy Speicher freigeben Daten Camera Free Speicher freigeben Kamera 28 Hardware Spektrograf verklebt verschraubt mit C Mount Abbildung 4 4 Aufbau Kamerahalterung Die Kamera ist lichtdicht aber justierbar am Spektrografen befestigt Dazu wurden zwei Rohre so gefertigt dass sie passgenau die Kamera mit dem Spektrografen ver binden Auf diese Weise kann kein Streulicht eindringen Ebenfalls ist ein Verkanten der Anordnung unm glich Die beiden Rohre k nnen je nach Bedarf ineinander ver schoben werden Auf diese Weise kann die Brennebene direkt auf den CCD Kopf der Kamera eingestellt werden Sollte die Anordnung verdreht
42. Einf hrung in das Messobjekt Mehrkathodenplasmabrenner TRIPLEX Im Gegensatz zum weit verbreiteten F4 Plasmabrenner besitzt der TRIPLEX Brenner drei Kathoden Dies zeichnet ihn gegen ber den Einkathodenbrennern hinsichtlich verschiedener Punkte aus e Stabiles Betriebsverhalten azimuthale und axiale Instabilit ten des anodi schen Lichtbogenfu punktes treten nicht auf e Zeitlich und r umlich stabiler Plasma Freistrahl Hier weniger wichtig e Daraus folgende geringe Leistungs und Enthalpieschwankungen e Effektive Pulvererw rmung bei h herem Auftragswirkungsgrad 122 Messungen und Ergebnisse Aufbau Anschluss einer Kathode Kaltgas t Pa Anschluss d der Anode Fr P j d r d F p Fy d A R N Einlaufbereich Neutrodenplatten elektrisch isoliert Abbildung 6 3 Das Messobjekt TRIPLEX Brenner Aufbau D se Drei elektrisch voneinander isolierten Kathoden mit jeweils eigener Stromeinspeisung ersetzen die einzelne Kathode des F4 Brenners Der Aufbau der Kathoden entspricht im wesentlichen dem der Einkathodenbrenner Ihre Durchmesser sind jedoch erheb lich kleiner Wie auch bei den Einkathodenbrennersystemen wird das Gas parallel oder mit Drallwinkel zu den Kathoden in eine rotationssymmetrische D se eingege ben Zus tzlich kann Kaltgas ebenfalls Argon ber eine D se zwischen den Kathoden eingeblasen werden welches die drei Lichtb gen auseinander dr ckt Startvorgang D
43. Feld 22 Totzeit wird die Zeit festgelegt die nach 389 Fahrbewegung gewartet wird bis ein Bild aufgenommen wird Es zeigte sich allerdings dass sich die Aufnahmen nicht ver ndern Eine gt Beeinflussung der Aufnahmen durch MotorPositionen eventuelles Nachwippen Nachwackeln der nz Apparatur nach Abschluss der Fahrbewegung m en kann also ausgeschlossen werden Mit der Schaltfl che Motorpositionen ndern Datensatz l schen _ Liebemmehmen kann ein kleines Dialogfeld ge ffnet werden in SEDIEENEN dem die gew nschten Motorpositionen Fahrbe wegung eingegeben werden k nnen Abbildung 5 20 Unterformular Ein l stellung j Das Unterformular Einstellungen ist rechts zu 71 Software sehen Es besteht im Wesentlichen nur aus einer Combobox aus der die Datens t ze nach Messobjekt ausgew hlt werden k nnen und einer Listenansicht die eine Sichtpr fung der gespeicherten Werte anzeigt Das Formular selbst wird modal an gezeigt Es sperrt somit die komplette Anwendung bis es wieder geschlossen wird Durch W hlen der Schaltfl che Abbrechen werden keine nderungen im Programm vorgenommen Datensatz l schen l scht unwiderruflich den aktuellen Datensatz Uebernehmen liest die gew hlten Einstellungen in das Programm ein und ersetzt eventuell vorhandene Werte unwiderruflich 72 Messung starten Spektrallinien ausgew hlt Software ABBRUCH Schalter _ _ ABBRUCH gedr ckt D
44. Formular Aufnahme 0uuuannnnnennnnenenananenen ne nenanan nenn 60 5 4 4 Das Formular Drehachsen Bestimmung 02002002002s0nnennenen 62 5 4 5 Das Formular Bildbereich ausw hlen 2020222202 4er 69 5 4 6 Das Formular Messung u2202200200ssennennennennennennennennennnnnnnnnennen 71 5 4 7 Das Formular Spektrale Justage u220020022022snnennnennesenennennn 81 5 4 8 Das Formular Grafische berwachung uuuuu0uuunneeeeenneneneennnen 93 99 DAIEHVERSEDEIUNG nee E R 96 5 9 1 Das Formular Tomografische Auswertung 0222022002s0ennenenenenenn 96 9 9 2 Das Formular Serienbildbrowser 0 02020424nnnnennenenenannnenenenn 97 5 5 3 Das Formular Simulation tomografischer Messdaten 99 5 9 4 Das Formular Spektroskopische Auswertung 2 0022002s0sennenn 103 5 5 5 Das Formular 9D Browser aanaannannnnannnnnnnnnnnnnnnnnnrnnnrrnnrrnnrrnnrrnnrnnnns 106 5 6 Zus tzliche PlINSIOITMUlAr 4HRReesteistesteintensteintensteinietene 110 5 6 1 Das Formular Messdatenaufarbeitung 02220220022002n0enenen 110 5 6 2 Das Formular Checklist 022020nnnenenennnnnanenennnnenenanenenenn 113 5 6 3 Das Formular Boltzmann Plot 0u0222nnneeeenenenanenennn 117 5 6 4 Das Formular HTML
45. Justage BildEvent vent f r Bild eingegangen 45 SNWUNIOBIESNEIBOWO AN U9ISIT Software 5 2 2 Konstanten Name Beschreibung Spektral_AutoDetekt EEE Detektionsebene 0 22 E Spektral_Justage S links_Vorgabe 572 5 rechts_Vorgabe 661 1 Spektrallinienbrei te_Vorgabe 13 Aufnahme E AuswerteBildHeight 480 AuswerteBildwidth 640 AuswerteBildHistoHeight 256 Bilddaten AuswerteBildHistoWidth 256 Farbtiefe 256 Startwerte f r Wellenl ngenachse nm TomoAlgo Max_Aufloesung 180 Motorsteuerung S Initialisierung 03 Positionsabfrage 0P Nothalt CHR 255 Motorbefehle XReferenzfahrt OR1 YReferenzfahrt OR2 XMax 96000 Anzahl Schritte bis Endposition fahren YMax 92840 Anzahl Schritte bis Endposition drehen xMaxcm 43 Entfernung Anfangs zu Endposition in cm YMaxgrad 184 Winkel zw Anfangs zu Endposition in grad Nullpunkt 1 Einstellung des Nullpunktes in Grad ActionPosX 10000 StartAngle 700 F r Autojustierung workAngle 91913 EinstX 63440 Drehposition zur Einstellung X Achse EinstY 15000 Drehposition zur Einstellung Y Achse 46 Software 5 2 3 Typen und Sets TColorMode Normal Red Green Blue FColor M glichkeiten der Farbeinstellungen f r Klasse TTlmage Keine Farbanpassung Red 24 Bit Darstellung mit Blau und Gr nwert auf Null 24 Bit Darstellung mit Blau und Rotwert auf Null 24 Bit Darstellung
46. Konverter 222u2uuannnnenennnnenanen nennen 118 5 6 5 Das Formular Messwerte addieren 2u24244R nennen nennen 119 6 Messungen und Ergebnisse 2 u0240200028000000n0nnn ann nenn ann anne nun anna nnn nennen 120 T Zusammenfassung u uesssenssensusnnunenennnennnennnnnunnnennnennnennnnnnnnsnennnennnennnennnnennn 135 8 KIErAlUlVerZeICHNIS ee ee T ses engel echt 136 Einleitung 1 Einleitung Ziel der vorliegenden Arbeit war die Inbetriebnahme eines vorhandenen Versuchs standes zur tomografischen Emissionsspektroskopie sowie die Durchf hrung von Messungen an institutseigenen Plasmaquellen Plasma ist ein ionisiertes Gas Es stellt einen eigenen Aggregatszustand der Materie dar In diesem existieren neben Neutralteilchen auch positive und negative Ladungs tr ger in gleicher Konzentration Es ist deshalb elektrisch leitend und durch Magnet felder beeinflussbar nach au en jedoch neutral In der Natur findet man Plasmen vor allem in der lonosph re und bei Blitzentladungen Der Sonnenwind sowie ein Grossteil der Sonne sind im Plasmazustand Technisch erzeugte Plasmen finden wir in der Beleuchtungstechnik Nieder und Hochdrucklampen in der Beschichtungs und Schneidetechnik wie auch bei der in der Entwicklung befindlichen Kernfusion In der Diplomarbeit werden ausschlie lich thermische Plasmen untersucht Diese erreichen Temperaturen von bis zu 20000 C Eine Untersuchung ist somit nicht
47. Motor bet 12519 92613 240 00 EE an A a A der genauen Drehachse aus Messergebnis zuletzt ausgewertetes Bild Laden Cursor zum Beschneiden des aufgenommenen Bildes Cursor mit dessen Hilfe Winkel PN und Schattenposition der Mess R i werte ermittelt werden k nnen bS JYPU JYPYMLU y Aufgenommenes Bild ola auf halbe Breite ge staucht TEE EEE Be er Form p Pixel ca Cn IV Maximale Abweichung um 124 Drehachse bei 247 ermitkelt Cursor zum Beschneiden Detektierte Drehachse des aufgenommenen Bildes Maximale Abweichung des Drah tes von der Drehachse Nach Messung mit Draht die Drehachse aus dem Radius der Sichel errechnen und in Datenbank bernehmen Abbildung 5 11 Das Formular Drehachsen Bestimmung Beschreibung Das Formular Drehachsenbestimmung soll als Hilfsmittel zur Justierung der Dreh achse und zur Ausrichtung des Messobjektes f r die Messung dienen Die Durchf hrung erfolgt zun chst automatisch es wird ein d nner Draht und eine m glichst ideale Wei lichtquelle ben tigt 62 Software Automatische Justierung Vorbereitend muss ein Draht im Aufnahmebereich der Kamera befestigt werden Mit Hinterleuchtung sollte im Livebild Einstellung 110ms Video Mode ein deutlicher dunkler Schatten auf hellem Hintergrund zu sehen sein Um ein aussagekr ftiges Messergebnis erzielen zu k nnen muss nun der Draht so befestigt werden dass sein Schatten bei e
48. OGRAMMFUNKTION ohne DATENBANK NICHT M GLICH clRed fsBold FALSE if Application MessageBox Leere Datenbank erstellen AKINA MB_YESNO IDYES then begin XMLDocumentDataBase TXMLDocument Create Mainframe_Form XMLDocumentDataBase GetDocBinding Datenbank TXMLDatenbankType XMLDocumentDataBase SaveToFile ExtractFilePath Application ExeName MessDaten Datenbank xml XMLDocumentDataBase TXMLDocument Create ExtractFilePath Application ExeName MessDaten DatenBank XML DataBase GetDatenbank XMLDocumentDataBase Notify Leere Datenbank erstellt clBlue FALSE end end 44 Software 5 2 Globale Typen Variablen und Konstanten 5 2 1 Variablen Beschreibung LiveBile EEE EEE CetScreenShot Pociesn Falls TRUE Livebild wird in den Speicher geladen Procedure des Objektes wel ches von LiveBild aufgerufen wird nach erfolgreich abgeleg tem Bild DrawScreenShot TMaleFuncti on TomoAlgorithmus Falls TRUE Berechnung der ABRUCH_FLAECHEN FAKTOREN BERECHNUNG Boolean ae NEBEN wird abgebro AUFLOESUNG_GEAENDERT em falls Aufl sung ge n SIMULATION j j ae Speicher f r Aufl sungswert ITterat ons_Schleifen Bild_Org nal Bild Differenz Messwerte _Simuliert Istwerte_alt Messwerte _ Buffer Messwerte Messwerte_Ist Max_Diff_Feld Kamerabild BEE BildDateni12bit Zeiger auf Bildspeicherbereich EVENTS DE RefeEvent vent f r Referenzfahrt JustageEvent vent f r
49. Spiegelflie en durch Oberfl chenspiegel ersetzt Sie sind zum Einen zu gro dimensioniert sodass sie bei Messungen mit dem Messobjekt in Ber hrung kommen k nnten Zum Ande ren soll Doppelbildern mit Hilfe der Oberfl chenspiegel entgegengewirkt werden Die einfachste Variante die minimal m gliche Spiegelgr e zu bestimmen ist die grafische Darstellung des Strahlengangs 126 485 350 225 24 30 Abbildung 4 11 Ermittlung der minimal m glichen Spiegelgr e Zus tzlich muss man betrachten dass die wirksame Spiegelfl che nicht der Breite der Spiegel entspricht Am ung nstigsten wirkt sich dies auf Spiegel eins aus der um 45 Grad gedreht zur optischen Achse der Linse angebracht ist Dieser muss dem nach mindestens 24mm 2 2 68mm Kantenl nge haben Die tats chlich eingesetzten Spiegel sind quadratisch mit einer Kantenl nge von 80mm Dies reicht f r Spiegel zwei und nach Rechnung f r Spiegel eins v llig aus um den kompletten Raumwinkel abzubilden Hardware Abbildungsoptik innerhalb der Kameraschutzbox Spiegel Abbildung 4 12 Strahlengang innerhalb der Kameraschutzbox Das von dem Spiegel reflektierte Licht trifft auf ein Gitterspektrometer wo es in seine Spektralanteile zerlegt wird Das Gitter ist drehbar gelagert so dass der spektrale Bereich zwischen A 560nm und A 790nm variiert werden kann 34 Hardware In Abbildung 4 13 ist dargestellt welcher
50. Voraussetzung f r die Anwendbarkeit des Verfahrens ist jedoch das Vorliegen des lokalen thermischen Gleichgewichts 19 Messverfahren Wie kann von den aufgenommenen Daten auf das Messobjekt zur ckgeschlosssen werden Dieses Problem l ste J Radon 1917 folgenderma en Er zeigte dass eine Funktion FR gt R eindeutig aus der Gesamtheit der Integrale f x y ds K ist Gerade in R bestimmbar sein muss wobei K hierbei durch s parametrisiert ist Wir betrachten also eine zweidimensionale Ebene in der die Gerade K definiert ist Diese zweidimensionale Ebene ist ein Schnitt durch unser Messobjekt vergleichbar mit einem Ring aus Abbildung 3 12 Aus dieser Betrachtung heraus entstand brigens der Name K Tomografie der von dem griechischen touosg Scheibe ab stammt Entlang der Gerade K werden alle Werte in unserem Fall E missionswerte aufsummiert Durch Parallelverschiebung von K wird die gesamte Fl che abgedeckt Stellt man alle aufsum mierten Messwerte dar so entsteht eine Parallelprojektion der Fl che entlang der Geraden K F gt man nun noch die Richtung der ge raden K symbolisiert durch den Winkel 6 hinzu so erh lt man eine Schar von Pro jektionen f p 6 aus unterschiedlichen Richtungen Dies ist das eigentliche Re Konstruktionsproblem y ds F ds Nach einiger Umformung und Anwendung der Radon Transformation R f f er gibt sich eine numerisch l sbare Rekon struktionsformel
51. Wert an der Mikrometerschraube des Spektrografen einzustellen ist um mit der Messapparatur einen spektralen Bereich begrenzt durch linke und rechte Wellenl nge zu betrachten 800 00 780 00 760 00 740 00 720 00 700 00 680 00 660 00 640 00 Wellenl nge nm 620 00 600 00 580 00 560 00 540 00 620 640 rechte Wellenl nge linke Wellenl nge 700 720 740 760 780 800 820 Einstellung an Mikrometerschraube Spektrograph Abbildung 4 13 Einstellungsm glichkeiten am Spektrografen Anmerkung Dieses Diagramm wurde mit Hilfe der Spektral Justage Einrichtung er stellt siehe Das Formular Spektraljustage 35 _ Hardware Justage der Optik Wie schon oben erw hnt muss die Apparatur senkrecht auf die Drehachse blicken Als die praktikabelste L sung zur Justage ergab sich die Folgende Pa Abbildung 4 14 Justage der Optik Ein Justierlaser wird exakt senkrecht zur Drehachse an der Halterung der Messap paratur befestigt siehe Abbildung 4 14 Nun m ssen die Spiegel so eingestellt wer den dass das Laserlicht durch die beiden Lochblenden auf den Eintrittsspailt f llt 36 Hardware 4 3 Die Wellenkupplung Abbildung 4 15 Wellenkupplung Nach Erfahrungen im Lauf der Programmerstellung und Versuchsdurchf hrung wur
52. a 12 wobei es sich bei 7 4 um die wellenl ngenspezifische Linienemission mit St rein fl ssen handelt Dopplerverbreiterung spielt in unserem Experiment nur eine untergeordnete Rolle Der dominierende Faktor ist hierbei das Ger teprofil des Spektrografen 22 DA Hardware 4 Hardware Abbildung 4 1 Gesamtaufbau 25 Hardware 4 1 Die Kamera Objektiv Das komplette schwarz wei Kame rasystem besteht aus einem CCD Kopf mit 12Bit A D Wandler sowie einer PCI Interface Karte Unter Zuhilfenahme der mitgelieferten Software wird ein aufgenommenes Bild direkt ber den PCI Bus in den Arbeitsspeicher des Computers ko piert Dies gew hrleistet einen schnellen und effizienten Datentrans fer ohne langsame Speichermedien benutzen zu m ssen Sollen die Messdaten dann als Grauwertebild Externer Triggereingang am Monitor dargestellt werden m s sen diese erst von 12 Bit 4096 Graustufen auf 8 Bit 256 Graustu fen konvertiert werden High speed data transfer CCD Kopf PCI Interface Board Abbildung 4 2 Systemstruktur Die wichtigsten Daten der benutzten Kamera sind in folgender Tabelle zusammenge stellt CCD Sensor VGA 640 H x 480 V Imaging Frequency o d Non Linearity Differential N N Kamerakopf PCI Board Leistungsaufnahme 1 A bei 5 V 400 mA bei 12 V PCI Boa
53. alen Betriebszustand zu detektieren Der 16 Messverfahren experimentelle Aufbau des PFI Verfahrens besteht im Wesentli chen aus einer CCD Kamera die im Sekundentakt Bilder vom gesamten Beschichtungspro zess aufnimmt Ein angeschlos sener Rechner ermittelt online aus den Bildern charakteristi sche Kenndaten und legt diese in einer Datenbank ab Der Ver gleich mit einem Referenzdaten satz erlaubt es nun sehr schnell auf Prozess nderungen zu rea gieren Das Verfahren hat sich inzwi schen im industriellen Einsatz bew hrt Es besticht durch Ro bustheit und einfache Handhab barkeit Au erdem besitzt das Aufbau Schema N Graufilter N CCD Kamera u 4i DB ir gt P Bild PP Rohme daten Abbildung 3 9 PFI zur Prozess berwachung beim thermischen Beschichten PFlI Verfahren aufgrund einer ausgefeilten Bildverarbeitung hohe Empfindlichkeit und kann selbst geringe Prozess nderungen detektieren 8 Diese kurze Zusammenstellung der wesentlichen Diagnostikverfahren rund um den Plasmaspritzprozess die am Institut eingesetzt werden soll zeigen da sich das tomografische Emissionsspektroskopie Experiment harmonisch in die vorhandene Palette einreiht In den beiden folgenden Kapiteln wird nun die physikalische Funkti onsweise der tomografischen Emissionsspektroskopie angepasst an den Plas maspritzprozess n her erl utert Kap 3 1 fa t die Grundlagen der tomografischen Rekonstruktion vo
54. anderen Kathoden Da eine nderung der u eren Beschaltung hier keinen Einfluss hatte muss dies zwangsl ufig an der Kathode selbst liegen Die Erkl rung hierf r ein unterschiedlich starkes Abbrennen Kathode zwei ist k r zer der Abstand zur Anode ist dadurch l nger der elektrische Widerstand also gr Ber Tats chlich sieht man auf den ausgewerteten Bilder dass stets ein Maximum bei Kathode eins auftritt die immer auf maximalem Strom brannte Je st rker der Strom von Kathode drei abweicht umso steiler f llt die Flanke in dieser Richtung ab 130 Messungen und Ergebnisse Messreihe am 05 03 03 Der Effekt des sich mit der Temperatur ver ndernden Plasmafreistrahls soll hier insbesondere unter sucht werden Hierf r wurden zwei Messdurchl ufe mit jeweils zehn Einzelmessungen durchgef hrt Um m glichst kurze Einzelmessungen zu erhalten wurde mit der niedrigen Aufl sung 60 gemessen Dauer einer Einzelmessung etwa 84 Sekunden Messung 1 Eingestellte Parameter Gesamtstrom 200A Kaltgasdurchfluss 3 SLPM Betriebsdauer 3 Minuten nach Start Einzelmessung Zeit nach Brennerstart 180 sec 2 264 sec 3 348 sec 9 852 sec 10 936 sec Messung 2 Eingestellte Parameter Gesamtstrom 200A Kaltgasdurchfluss 3 SLPM Betriebsdauer sofort nach Start Einzelmessung Zeit nach Brennerstart 0 sec 2 84 sec 168 sec 4 252 sec 5 336 sec 6 420 sec 7 504 sec Keine Ver nderung
55. as Fl chengewicht dieses Profils errechnet Dies birgt nat rlich gewisse Fehler weshalb beim Vergleich mit den idealen Daten eine Toleranz offset eingef hrt werden muss Auszug aus vergleichenUndWerten if b w tOffset lt gt a w Offset and d w Offset lt gt c w Offset and b w Offset lt gt a w Offset and d w Offset lt gt c w Offset and b w lt gt a w and d w lt gt c w then begin Maxwert b w Offset a w Offset d w Offset c w Offset Minwert b w Offset a w Offset d w Offset c w Offset if not Abbruch then for x 0 to Merkmalsraum Count 1l do begin tmp Merkmalsraum x if tmp Wert lt Maxwert and tmp Wert gt Minwert then begin writeToErgebnisliste a w b w a w tmp end end end tmp ist ein TMerkmal das jeweils aus dem Merkmalsraum extrahiert und mit den gerade berechneten Werten Maxwert und Minwert verglichen wird Sollte sich eine bereinstimmung ergeben wird der Ergebnisliste ein neues Ergebnis hinzugef gt was writeToErgebnisliste a w b w a w tmp leistet IN writeToErgebnisliste ersteLinie ersterAbstand Single Merkmal TMerk mal wird zun chst ein neues Ergebnis kreiert und dessen linke und rechte Wellen l nge errechnet Ergebnis links Merkmal erstewWellenlaenge ersteLinie Merkmal ersterAbstand ersterAbstand Ergebnis rechts Ergebnis 1links 639 Merkmal ersterAbstand ersterAbstand Eine Einheitenkontrolle zeigt dass korrekt von Pixelposition in
56. atur Er Tr Messverfahren Av A amp i IF gy n e An Z T 7 bzw mit c v h i e E 2 N Si e ar an O Z0 Ein Logarithmieren und Umformen f hrt zu folgender Gleichung 8 hen if A T l Ar Z T ee 5 40 HE Zz 9 mn sts ms k T Jm sr Tr gt man den nat rlichen Logarithmus der Nettolinienemission ber der Anregungs energie in ein Diagramm ein so liegen die Werte der berg nge innerhalb einer lo nisiationsstufe auf einer Geraden mit der Steigung 1 k T A In L n Imsr s Abbildung 3 16 Prinzip Auswertung Gas Plasmatemperatur Die gezeichneten Geraden stellen beispielhaft zwei lonisationsstufen z 1 2 und ihre berg nge dar Die in Gleichung 9 dargestellte Konstante ergibt lediglich eine verti kale Verschiebung Die Temperatur kann aus der Beziehung Te k gemesseneSteigung 10 errechnet werden In der Realit t h ngen die Besetzungsdichten der einzelnen Zust nde im Plasma von vielen Prozessen ab Kollision von Elektronen lonen und Neutralteilchen Kollisionen mit W nden Absorption Man muss deshalb beachten dass die Messwerte keine reinen Linienemissionen darstellen Es gehen alle Eigenschaften der Detektionsap paratur mit ein Problematisch ist hier die Verbreiterung der emittierten Spektrallinien Ds Messverfahren auf Grund der lonentemperatur Diese Erscheinung l sst sich auf den Dopplereffekt zur ckf hren
57. ay of TMemoryStream Aufloesung Integer protected Direction TDirection procedure Execute override procedure Vorbereiten o procedure Referenzieren_vorbereiten procedure Referenzieren_abbrechen procedure Justage_Vorbereiten procedure Justage_Abbrechen Procedure Justage_nachbereiten procedure Messung_vorbereiten procedure Messung_Fahren amp procedure Messung_Durchfuehren procedure Messung_abbrechen procedure Time_Update procedure Aufraeumen public constructor Create Suspended Boolean end Zu Beginn einer jeden Messung wird der Thread mit seinem Constructor erstellt constructor TMessThread Create Suspended Boolean begin inherited Create Suspended Priority tpHigher Die Priorit t des MessThread wird dabei auf die Stufe Hoch festgelegt So wird die Ausf hrung der Messung vor allen anderen Aktivit ten der Anwendung bzw des Systems sichergestellt Die Messung muss so kurz wie m glich sein um eine unn ti ge Aufheizung des Messaufbaus zu verhindern Auf diese Weise werden Zeitverz gerungen durch Verlust des Rechnerkerns f r nicht notwendige Vorg nge minimiert 75 Software Die Procedure Execute bernimmt die Steuerung des Threads Dieser ist in f nf gro e Bl cke eingeteilt siehe Klassendefinition Vorbereitungen zur Messung Referenzfahrten Justage Messung Nachbereitung der Messung Alle diese Teilbereiche nehmen
58. ch die An gabe des julianischen Datums und die Unterscheidung nach lokalem und spektra lem Aufnahmeort sichergestellt Bei jeder der gespeicherten aufgenommenen bzw ausgewerteten Dateien handelt es sich um durch Delphi gespeicherte vier Byte Streams Delphi stellt mit der Klasse TXMLDocument eine nichtvisuelle Komponente zur Verf gung die in der Lage ist das vorhandene XML Files zu ffnen speichern sowie zu analysieren Die enthaltenen Daten fr xML Data Binding Wizard x werden in einer Source array hnlichen Schema or XML Data File Datenstruktur zur T 34KinaTomasktuell 081002 MessDaten Datenba m Verf gung gestellt und See a k nnen SO auf PEE einfachste Weise bearbeitet werden Die Schnittstelle zur XML Datei muss hierf r nur einmal mit Hilfe des XML Data Binding Wizard hergestellt werden Options Cancel Help Dieser erstellt nach Kurzer Abbildung 5 5 XML Data Binding Wizard Konfigurationsphase eine Delphiunit die vollen Zugriff auf die XML Datei erm glicht Die Unit definiert gem den Tags der XML Datei drei Typen IXMLDatenbankType IXMLDatenSatzType IXMLEinzelmessungType Diese dienen als Grundlage f r die drei angelegten Klassen die sich auf die drei Typen abst tzen Die Klassen regeln alle Zugriffsrechte sowie die Typen der gespeicherten Information Die Daten werden bei Zuweisung nicht direkt sondern mit Julianisches Datum Anzahl der Tage e
59. ch die Borderlcons verschwinden und die Standart Caption Checklist f r Akina Tomo erscheint Dies ist wichtig um leicht das zugeh rige Fenster Handle zu erhal ten Nach dem ffnen wird das Checklist Fenster entweder mit windows BringwWindowToTop w in den Vordergrund gebracht oder mit PostMessage W wm_close 1 1 geschlossen w HWND wm_close 16 Das Beenden der Akina Software schlie t automatisch auch die ge ffnete Checklist Die einzelnen Bl tter sind intern als TBlatt in einer Liste BlattListe gespeichert Auszug aus ChecklistUnit TBlatt class Titel String Edits TLIst Memo Boolean MemoText TStrings MemoTitel String Status TStatus end TStatus erledigt uebersprungen nichterledigt Da jedes Blatt eine unterschiedliche Anzahl an Edit Feldern umfasst sind diese wie derum in einer Liste Edits als TTEdit abgelegt TTEdit Class Inhalt WideString Titel String Die GroupBox HinzuBox ist bereits zu Programmbeginn initialisiert und wird bei Be darf entweder mit Show gezeigt oder mit Hide versteckt Die BlattBox hingegen wird erst w hrend der Laufzeit mit Komponenten gef llt siehe hierzu die Prozedur ZeigeBlatt Nummer Integer Abschlie end m chte ich noch auf die Speicherung der Blattliste in eine Checklist Datei eingehen Das Problem hierbei ist die unterschiedliche L nge und Anzahl der einzelnen Strings in den jeweiligen Bl ttern Somit m ssen im Bitstream de
60. d Bereich der sich ber die gesamte H he des Bildes erstreckt stellt man die Art des Pinsels ein Vergleich der Messdaten und deren Auswertungen vorher und nachher Abbildung 5 43 Messdaten vor und nach der Aufbereitung Realisierung im Quelltext Vom Formular Tomografische Auswertung werden die beiden Integer Variablen Datensatz und Einzelmessung bergeben Bei TAufarb_Form FormShow wird mit ihrer Hilfe das zugeh rige Messwerte und wenn vorhanden das Ausgewertete Bild geladen Weiterhin werden Maximalwert wei und Minimalwert schwarz ermit telt 111 Software Zum horizontalen Verschieben des Messwerte Bildes dient die Prozedur TAufarb_Form StreamVerschieben Wert Integer Sie erzeugt zun chst eine Sicherungskopie des MemoryStream in dem die Bilddaten gespeichert sind und verschiebt ihn dann um die in Wert angegebene Anzahl von Pixeln Dies geht folgenderma en vonstatten Mit einer for Schleife wird der Stream durchlaufen aus der Laufvariablen i dann Zeile und Spalte des gerade betrachteten Pixels ermittelt und vom gesicherten Stream der Farbwert in den neuen Stream an der um Wert ver schobenen Position eingef gt Aus dem Bereich herausgeschobene Pixel verfallen die auf der anderen Seite neu eingef gten Pixel erhalten die Farbe schwarz Man k nnte diese Aufgabe auch mit nur einem Stream l sen jedoch w re dann nur die Verschiebung in eine Richtung m glich beim Zur ckschieben w rden Informatio
61. das Koor dinatensystem dabei st ren so kann es ausgeblendet werden Beleuchtung Hiermit kann die Position der Beleuchtung relativ zum Koordina tensystem ver ndert werden Dies kann vorteilhaft sein falls man bestimmte Bildbereiche hervorheben m chte Farbverlauf Zur Skalierung bietet sich hier der Verlauf 20 an bei dem der Graph in 5 H henbereiche unterteilt und in verschiedenen Far ben dargestellt wird Der h chste Punkt die Stelle der st rksten Emission ist hellrot markiert Kamera Bestimmt die Position der Kamera relativ zum Koordinatensystem Es kann somit von verschiedenen Perspektiven angesehen werden Skalierung Ein Raster Einteilung 25 erleichtert das genaue Vergleichen einzelner Mess werte einer Messung Realisierung im Quelltext Das zentrale Element im GL Browser ist das sogenannte Heightfield Es ist ein Ob jekt in OpenGL zum Darstellen dreidimensionaler Fl chen und eignet sich insbeson dere zum Visualisieren einer Funktion im kartesischen Koordinatensystem Die bergabe einzelner Funktionswerte gestaltet sich beim Heightfield recht aufwen dig Zun chst muss die Aufl sung in den Variablen xSamplingScale Step und YSamplingScale Step eingestellt werden Sie speichern die Schrittweite in der vom Minimalwert hier 0 zum Maximalwert hier 5 gesprungen wird Angenommen die Aufl sung ist 60 so ist die Schrittweite 5 0 60 1 0 085 Ausgehend von diesen Informationen wird im Anschluss die Prozedur
62. der Flamme ab Einzelmessung 7 131 Messungen und Ergebnisse Interpretation der Ergebnisse Bei Messung eins stellte sich leider nicht der Effekt ein der erwartet wurde Lediglich die ersten drei Einzelmessungen unterscheiden sich ein wenig Dies k nnte daran liegen dass der Brenner vor Messungsbeginn zu Einstellungszwecken schon drei Minuten lief Deshalb wurde eine weitere Messung durchgef hrt diesmal unmittelbar nach Bren nerstart Hier ist eher wenn auch sehr gering eine Ver nderung des Plas mafreistrahls zu beobachten Messung am 10 03 03 In Anlehnung an die Messungen am 05 03 03 sollte diese Messung den Effekt des sich mit der Brennertemperatur ver ndernden Plasmafreistrahls deutlicher zeigen Hierzu wurden alle Einstellungen bernommen bis auf den Durchfluss des Kaltgases der auf 7 SLPM eingestellt wurde Eingestellte Parameter Gesamtstrom 200A Kaltgasdurchfluss 7 SLPM Betriebsdauer sofort nach Start Aufgenommene Wellenl nge 600 nm Einzelmessung Zeit nach Brennerstart 0 sec 2 84 sec 168 sec 4 252 sec 5 336 sec 6 420 sec 7 504 sec 8 588 sec Interpretation der Ergebnisse Nun ist sehr deutlich zu erkennen dass sich der Plasmafreistrahl mit zunehmen der Temperatur stark ndert Eine Vermutung ist dass sich die Ano denfu punkte der drei Lichtb gen nicht 9 672 sec 0 756 sec symmetrisch auf der Anode einstellen und abh ngig von der Temperatur des Brenner
63. der richtig eingestellten Drehachse ergibt sich dann ein gerader Strich in der Mitte des Bildes das aus den aufgenommenen Daten erstellt wurde Schlie lich be findet sich der Draht bei jeder Winkelposition exakt auf der Drehachse also in der Mitte des Bildes y E yl E Draht und Drehachse genau in Mitte des Draht genau auf realer aufgenommenen Bides Drehachse Drehachse der Reale und eingestellte Kamera falsch eingestellt Drehachse identisch amp Draht Draht I I Abbildung 5 16 Verdeutlichung der Verschiebung der aufgenommenen Daten bei falscher Drehachse Ist jedoch die Drehachse falsch eingestellt so ergibt sich ebenfalls ein gerader Strich jedoch verschoben Nach wie vor erscheint der Draht bei jeder Winkelposition an der selben Stelle Da die Kamera jedoch aufgrund der falsch eingestellten Dreh achse seitlich darauf blickt scheint der Draht verschoben Genau diese Verschiebung f hrt zu dem oben genannten Fehler Betrachtet man die Vorgehensweise des Tomografie Algorithmus so wird dies deutlich Im f r die Erkl rung konstruierten Beispiel liegt eine Aufl sung von 11 vor der To mografie Algorithmus betrachtet also 11 diskrete Winkelpositionen Position 1 ME E gt Position 6 Position 11 gt E O zZ U O Dies f hrt zu dem Resultat Abbildung 5 17 Zustandekommen der Sichel bei falscher Drehachse 67 Software Realisierung im Quelltext Der Quellcode der unit AutoJ
64. die Messung sofort abgebrochen und letzte Aufr umarbeiten ausgef hrt Die Schleife wird wie im Code ausschnitt zu sehen je Sekunde einmal durchlaufen Sollte der Motor schon eher fertig sein wird jedoch schon fr her die Programmausf hrung fortgesetzt gt 11 Software angenommene Emissionsverteilung Kamerabild spektral im Schnitt durch den zerlegt E Plasmastrahl bild Kamera Messung daten fssamannnss Abbildung 5 23 Datenaufnahme Aul sung 30 PEE Zur Datenaufnahme wird jetzt ein Kamerabild aufgenommen und die markierten Be reiche werden ausgelesen Dabei werden die einzelnen Spektralauslesebereiche je nach Aufl sung zerlegt Da bei entsteht f r jeden Bereich ein Messwert Dieser 4 Byte Wert wird in einem RAM Stream gespeichert der sp ter in die Datenbank geschrieben wird Bei einer Messung ergeben sich demnach genau so viele Streams wie angew hlte Messberei che Im Beispiel der Abbildung 5 23 sind es vier Streams mit jeweils 30 Werten pro angefahrener Position also insgesamt 900 4 Byte Werte Sind diese Messungen alle abgeschlossen und auch alle Motorpositionen ausgewer tet wird im f nften Schritt der Speicher freigeben und die Steuerung wieder freige schaltet Anschlie end beendet sich der Thread mit Terminate Damit wird verhin dert dass er bei der n chsten Messung undefiniert wieder aufgerufen werden kann Er muss komplett neu erstellt werden Der MessThread selbst
65. dinatensystem Abbildung 5 50 Prinzip Kontrolle der Koordinatensysteme 119 Messungen und Ergebnisse 6 Messungen und Ergebnisse Um die Funktionsf higkeit der Messapparatur und der dazu geh rigen Software to mografisch wie spektorskopisch zu testen wurden mehrere Testmessungen vorge nommen Zuerst allerdings soll festgestellt erden wie sich die Koordinatensysteme der Appara tur und des Spektrografen unterscheiden Dazu dient folgender Messaufbau Draht im Schnitt homogene Hintergrundbeleuchtung diffuse Gl hbirne Detektionsaperatur mit Dee EEI T UNTEREN p Spiegelanordnung detektierte Schnittf che ____ Abbildung 6 1 Versuchsaufbau zur Koordinatenbestimmung Zur Durchf hrung der Messung dient ein Draht Dicke 0 5 mm der an f nf unter schiedlichen Positionen gespannt wird Der Abstand der einzelnen Positionen ist da bei genau 1 5 mm die mit einem um Trieb genau eingestellt werden k nnen Die Abbildung des Drahtes geschieht durch eine Spiegelanordnung in die optische De tektionseinheit Die Kamera sieht dabei die Projektion eines Drahteschnittes homo gen ber alle Spektralbereiche verteilt da die Gl hbirne im sichtbaren Spektralbe reich ein ann hernd konstantes wei es Spektrum besitzt Durch eine Invertierung der Aufnahme kann jetzt eine Messung mit einer leuchtenden Quelle simuliert werden Um eine m glichst kontrastreiche Messung zu erzielen
66. e Auszug aus der Delphi Hilfe type TMessage packedrecord Msg Cardinal caselntegerof 0 WParam Longint LParam Longint Result Longint 1 wParamLo Word WParamHi Word LParamLo Word LParamHi Word ResultLo Word ResultHi Word Uns interessiert haupts chlich die Variable Msg in der die eigentliche Botschaft in Form einer Zahl versteckt ist Alle Zahlen gr er 1024 k nnen verwandt werden die Zahlen darunter sind von Windows reserviert Um eine Botschaft empfangen zu k n nen muss die Standart Botschafts Behandlungsroutine wndProc var Message TMessage um die eigenen Behandlungsroutinen er g nzt werden Vorsicht da im Programmablauf mehrere hundert Botschaften pro Sekunde denkbar w ren k nnte dies die Ausf hrung des Programms stark verlang samen Das Versenden einer Botschaft bernimmt das Windows Messaging Konstrukt PostMessage hWnd HWND Msg Cardinal wParam Integer lParam Integer Allerdings wird hier das Handle auf die Anwendung die die Botschaft empfangen soll ben tigt In diesem Fall erh lt man das Handle einfach ber FindWindow lpClassName PChar lpWindowName PChar da der Ti tel der Anwendung die Caption der Form bekannt ist In der Mainframe Form wird das Ausf hren der Checklist exe von einem ActionManager FileRun bernommen Zus tzlich werden noch Parameter bergeben sodass bei einem ffnen der Checklist aus der Akina Software automa 114 Software tis
67. e bei gleicher Wellenl nge ver ndern sich ohne erkennbaren Zusammenhang Zur ge naueren Bestimmung sind allerdings noch weitere Messungen notwendig Abbildung 6 7 Falschfarbendarstellung der aufgenommenen Bilder unnormiert von links nach rechts direkt am Brennerausgang 5 mm entfernt 10 mm entfernt Betrachtet man die aufgenommenen Bilder unnormierte zeigen sich deutliche In tensit tsunterschiede Die Intensit t der aufgenommenen Bilder nimmt wie erwartet mit der Entfernung vom Brenner ab vgl Abbildung 6 7 134 Zusammenfassung 7 Zusammenfassung In den vergangenen Jahren wurden am Institut im Verlauf mehrerer Diplomarbeiten die Komponenten eines Me aufbaus zur tomografischen Emissionsspektroskopie an thermischen Plasmastrahlen entwickelt und aufgebaut Die wesentliche Aufgabe der vorliegenden Diplomarbeit bestand nun darin diese Einzelkomponenten zu ei nem homogenen Me system zusammenzufassen und erste Me reihen am Rekom binationsplasmastrahl eines Plasmaspritzbrenners durchzuf hren Hauptbestandteil der Arbeit war die Entwicklung eines Softwarepakets zur Experi mentsteuerung Datenaufnahme Me datenauswertung und Ergebnispr sentation Au erdem wurden Komponenten zur spektralen Kalibrierung zur Me datensimulati on und Experimentvorbereitung implementiert Die Software ist in DELPHI 6 Syntax f r Windows 2000 erstellt und gen gt damit den Anforderungen an moderne Soft wareprojekte bez glich Bedienungs
68. e Endschalter einwandfrei funktionieren deshalb hier immer mit besonde rer Vorsicht vorgehen und regelm ig den sicheren Kontakt aller Kabelverbindungen berpr fen _BA Software Die verschiedenen Eingabem glichkeiten Track Bars Zielposition einstellen dann dr cken Edit Felder Zielposition in Schritten bzw cm grad angeben dr cken Pfeiltasten So lange dr cken bis gew nschte Position erreicht Achtung Bei Geschwindigkeit gt 3500 Schritte s ist es m glich dass bei Loslassen der Motor weiterf hrt Ursache des Problems unge kl rt h ngt mit Daten bertragung zwischen Rechner und Interface zusammen dann mehrmals bet tigen Memo Box ber schriftliche Eingaben kann zum Beispiel angegeben werden wie weit die Messanordnung in eine bestimmte Richtung vom Ausgangs punkt aus bewegt werden soll z B Y 10 grY Drehen 10 um 10 gr Grad ausgehend von der jetzigen Position siehe hierzu die Voreingestellte Positionen Wichtige oft gebrauchte Positionen k nnen hier abgespeichert oder aufgerufen werden Voreingestellte Positionen benutzen Gerade zu Einstellungszwecken zum Beispiel zur Einrichtung der Optik muss die Messanordnung oft zu definierten Positionen gefahren werden Um sich die jeweilige Anzahl an Schritten nicht merken zu m ssen wurde die M glichkeit geschaffen die se zu speichern Die hierf r verwendete ComboBox stellt gleicherma en E Men s zum Ausw hl
69. eName String overload procedure LoadFromSingleStream Stream TMemoryStream overload private Alpha Boolean AlphaValue Integer Inv Boolean ColorMod TColorMode MinG MaxG Integer MM Boolean BBitmap TBitmap KF100 array 0 199 of array 0 255 of byte speedup matrix Alphablend procedure SetAlpha Value Boolean procedure SetAlphaValue Value Integer procedure SetColorMode Value TColorMode procedure SetInverted Value Boolean procedure PrepareKF100 procedure AlfaBlendBmp24 DST SRC TBitmap x1 Y1 X2 Y2 W H K Integer function F1_R nr Integer Integer function F1_G nr Integer Integer function F1_B nr Integer Integer procedure SetMin Value Integer procedure SetMax Value Integer procedure SetMinMax Value Boolean procedure DoMinMax published property MinMax Boolean read MM write SetMinMax property MinGrauWert Integer read MinG write SetMin property MaxGrauWert Integer read MaxG write SetMax property AlphaBlend Boolean read Alpha write SetAlpha property AlphaBlendValue Integer read AlphaValue write SetAlphaValue 0 99 undurchsichtig totaltransparent Software property Inverted Boolean read Inv write SetInverted property ColorMode TColorMode read ColorMod write SetColorMode procedure Settolort procedure AlfaBlend SRC TBitmap x1 Y1 X2 Y2 W H Integer procedure BackUpOrgPicture procedure Invert X Y W H Integer Const OverrideOrg
70. ein gt ABBRUCH Motorsteuerung referenziert Nein gt Referenzfahrt Drehachse bestimmt Nein Drehachse bestimmen Motorpositionen festgelegt Nein gt Momentane Motorposition bernehmen Horizontale Position anfahren Drehposition rechts oder links der Mitte Auf 0 drehen Auf 180 drehen Aktueller Schritt 1 J Messung durchf hren und im Speicher ablegen Aufl sung Aktueller Schritt Alle Datens tze Bilddaten in Datenbank speichern Alle Motorpositionen abgearbeitet Messung beendet Nein Aktueller Schritt Nein Abbildung 5 21 Ablaufdiagramm Messablauf 73 Software Um eine Messung durchf hren zu k nnen m ssen vorher in den vorangegangenen Formularen bestimmte Einstellungen vorgenommen worden sein So muss die Steu erung eingeschaltet und die aktuelle Position durch eine Referenzfahrt festgestellt werden Ebenfalls notwendig ist dass eine Drehachse bestimmt wurde Es m ssen ebenfalls Spektrallinien ausgew hlt werden die aufgenommen werden sollen Diese Einstellungen k nnen geladen bzw durch das Programm selbst ermittelt sein damit die Messung beginnen kann Stehen diese Einstellungen zur Verf gung wird gepr ft an wie vielen verschiedenen Horizontalpositionen Messungen vorgenommen werden sollen Dementsprechend viele Positionen werden im Lauf der Messung angefahren Sollten
71. eld l sst sich w hrend der Auswertung deren Fortschritt erkennen Erst wenn ein Datensatz komplett ausgewertet ist wird er in der Datenbank gespeichert Besonders bei hohen Aufl sungen gt 120 ben tigt der Rechner zunehmend Arbeits speicher und Rechenzeit Wird die Auswertung abgebrochen durch Klick auf die 096 Software Schaltfl che Abbruch Iteration wird die laufende Iteration noch durchgef hrt nach ihr der Algorithmus jedoch beendet Die Daten werden dann nicht in der Datenbank gespeichert und gehen verloren Obwohl auf Grund der Grafikkartenarchitektur nur eine Darstellung der Messung in einer acht Bit Tiefe m glich ist werden dennoch zw lf Bit Werte f r die Auswertung verwendet und auch wieder zur sp teren Analyse gespeichert Im Informationsfeld befindet sich noch zus tzlich eine Anzeige Minimal bzw Maxi malwert Sie gibt dem Benutzer w hrend der Auswertung Informationen ber den Maximal bzw Minimalwert der Auswertung Um nicht mehr ben tigte Datens tze wieder entfernen zu k nnen ist es m glich die se durch Markieren und anschlie endes Dr cken der Taste Entf zu l schen Die Daten gehen dabei unwiderruflich verloren Die genaue Funktionsweise des Tomografiealgorithmussees wurde bereits in einer am Institut EIT 2 angefertigten Diplomarbeit ausreichend beschrieben und soll des halb hier nur sehr kurz erl utert werden 2 6 5 5 2 Das Formular Serienbildbrowser BildBetrachter
72. ellung in den Array malArray eintragen Ist nun die Invertierung aktiviert wird gepr ft welches Fenster neu gezeichnet werden muss Dies geschieht durch Auswertung der booleschen Variable Sender Dies ist ein Zeiger auf einen vom Formular selbst verwalteten booleschen Ausdruck in der Regel auf die Eigen schaft visible des Formulars In Target wird die Funktion gespeichert die f r das Neuzeichnen des Formulars zust ndig ist Nun kann durch Abfrage der Schleife in FormNeuMalen entschieden werden ob das Fenster neu gezeichnet werden soll W rde man alle Fenster neu zeichnen w re dies zu zeitaufwendig und die Anwen dung h tte Probleme auf Grund zu geringer Rechenzeit Das Hauptformular ffnet ebenfalls bei seiner Erstellung die Datenbankdatei der An wendung Sollte dabei ein Fehler auftreten wird dieser sofort im Informationsfeld an gezeigt Eine weitere Programmausf hrung ist dann nur bedingt m glich da keine Daten gespeichert werden k nnen Es besteht allerdings die M glichkeit eine leere Datenbank zu erstellen Wird die leere Datenbank nicht erstellt kann das Programm nicht richtig verwendet werden 43 Software try XMLDocumentDataBase TXMLDocument Create ExtractFilePath Application ExeName MessDaten DatenBank XML DataBase GetDatenbank XMLDocumentDataBase Notify ffne Datenbank beendet c1lBlue TRUE except Notify KRITISCHER FEHLER gt Datenbank kann nicht ge ffnet werden PR
73. em Tomoalgorithmus kann nicht genau sein da zumeist die Fehler gro er Ring im ausgewerteten Bild gr er sind als die wichtigen Mess werte Ein weiterer Fehler ist die falsch eingestellte Drehachse der eine horizontale Ver schiebung der Messwerte bewirkt siehe Das Formular Drehachsenbestimmung Wie kann man nun Messdaten aufbereiten Sollte einer der beiden oben genannten Fehler auftreten kann das Formular Mess datenaufarbeitung im Formular Tomografische Auswertung durch Rechtsklick auf die fehlerhafte Messung gestartet werden 110 Software Nun gibt es zwei M glichkeiten a Fehler durch falsch eingestellte Drehachse beheben Dies ist der am leichtesten zu behebende Fehler Wie bei der Drehachsjustage muss zun chst das ausgewertete Bild herangezoomt werden Danach ist die Form der sichelf rmigen Gestalt auszuw hlen deren Radius einzugeben und mit zu best tigen b Fehler durch Streulicht beheben Hier m ssen die deutlich sichtbaren hellen R nder des Messwerte Bildes per Hand schwarz gef llt werden wobei die eigentlichen Messwerte auf gar keinen Fall ver ndert werden d rfen da sonst eine Fehlerquelle durch eine andere folgenschwerere ersetzt wird Im Normalfall ben tigt man die dunkelste Farbe die defaultm ig eingestellt ist Zur Auswahl einer anderen Farbe einfach den Button Farbe holen bet tigen und durch Anklicken auf dem Image ausw hlen An den Buttons quadratischer Bereich un
74. en Rahmendaten abgelegt Das Erstellen des Originalbildes bernimmt nun wie oben genannt die unit Simu builder mit der Prozedur Bild_berechnen malen Ausschnitt aus Bild_berechnen malen for i 0 to Aufloesung 1l do for j 0 to Aufloesung 1 do begin Org TEintrag Create Org w 0 Bild_Original Add Org end Dieser Auszug l scht zun chst das aktuelle Bild und setzt den Eintrag jedes Pixels auf null schwarz Danach werden die einzelnen Bildelemente nacheinander einge f gt Das Vorgehen bei einem Gaussprofil sei hier stellvertretend f r alle weiteren Bildelemente erkl rt 101 Software Ausschnitt aus Gauss_Berechnen for i 0 to Aufloesung 1l do for j 0 to Aufloesung 1 do begin Org Bild_Original Items Aufloesung i j if DX gt 0 AND DY gt 0 then Org w Org w e Helligkeit exp sarl J gt X DX zeget le A ADY else Org w Org w 0 end Die Variablen DX und DY geben die horizontale und vertikale Ausdehnung des Gauss an X und Y die Position im Bild in Pixeln Es kann vorkommen dass sich einzelne Bildelemente berlagern In der Realit t w rde dies die Addition der Emissionswerte bedeuten dies muss also auch eine Simulation leisten Org w der Helligkeitswert eines Pixels wird deshalb immer um den neu hinzukommenden Wert erh ht Die Normierung auf den maximalen im Image anzeigbaren Helligkeitswert 255 erfolgt sp ter in der Prozedur Bitmap_Erstellen Si
75. en bereits gespeicherter Positio nen als auch zum Erstellen neuer Positionen zur Ver f gung Wichtig f r die Speicherung der Daten ist die INI Datei PosList Positionsliste im Hauptverzeichnis der Akina Software Fehlt diese so wird sie neu erstellt und enth lt zwei Voreinstellungen X Achse Drehposition zur optimalen Einrichtung des Messobjektes auf der X Achse horizontal Y Achse Drehposition zur optimalen Einrichtung des Messobjektes auf der Y Achse vertikal Diese Voreinstellungen basieren darauf dass die durch die Spiegel eingestellte Drehachse exakt auf der tats chlichen Drehachse in der Trommelmitte liegt Sollte sich daran etwas ndern so muss man die Konstanten EinstX und EinstY in Glo bals ndern Ein Klick auf Neu oder ffnet eine w hrend der Laufzeit erstell te Form Realisiert ist dies in der Prozedur Bearbeitenrenster var Value TPosition ffnet den Dialog zur Bearbei tung von Positionsdaten und der 55 Software Funktion Auswahlfenster Eintraege TStringList Integer ffnet den Dialog zur Auswahl eines gespeicherten Eintrages und gibt nach Bet tigen des OK Buttonsl dessen Index zur ck Beide sind in der Klasse TPosVorgab in der Motorsteuerung zu finden Zum Aufbau der Befehle f r das Interface Um die einzelnen Funktionen des Interface ansprechen zu k nnen wird ein String ber den Com Port verschickt Initialisierung 03 hier Initialisierung auf 2 Achsen Positionsabfrage
76. en einfachen Texteditor zu 102 Software Prozedur BildspeichernClick in unit Simulation bernimmt diese Aufgabe und erzeugt eine Datei in der Form Kopf Inhalt Verwaltung 0 Element Erstel lungsdatun gt 15 01 2003 22 13 43 Name Gauss 1 Anzahl der Elemente 3 Typ Gauss Aufl sung 60 Helligkeit 1 Position X 16 529 Position Y 21 978 DX 6 000 DY 5 000 9 5 4 Das Formular Spektroskopische Auswertung Spektroskopische Auswertung D atensatzauswahl z Wellenl nge arm 3028 914 3033 508 3093 402 gae 339307 52801 186891 0398 1 3146 426 3e 03 156816 0494 5 Y Spektrum jedesml neu skalieren berechnetes Linienspektrum auf st rkste Linie bezogen Temperatur einstellung Wellenl ngen markierung Maus Berechnete Werte Spektralkodiert Datersatze 18 11 2002 10 21 33 Spektral ampester 05 12 2002 10 02 21 meer zur Peer d Gemessene Verteilungen u GE BE SE EEE Abbildung 5 35 Formular Spektroskopische Auswertung Mit Hilfe der Spektral Justage haben wir die M glichkeit die Plasmatemperatur des aufgenommenen Wellenl ngenbereiches zu bestimmen indem mit diesem Formular die aufgenommenen Werte ihrer Intensit t nach mit den zu erwartenden tabellierten Werten verglichen werden Dazu werden je nach eingestellter Temperatur die ver schiedenen Argon 1 oder Argon 2 Linien als Liniendiagramm in die Zeichnung einge tragen Sie werden im unteren Bildbe
77. en werden k nnen Messreihe am 05 12 02 Einzelmessung 1 Eingestellte Parameter Gesamtstrom 200A Kaltgasdurchfluss 3SLPM Betriebsdauer Messung unmittelbar nach Start Ergebnisse x Interpretation der Ergebnisse 3 SLPM Kaltgasdurchfluss sind zu wenig um eine deutliche Trennung der drei Lichtb gen im ausgewerteten Bild sehen zu k nnen Im Vergleich dazu wurde die n chste Messung bei 6SLPM Kaltgasdurchfluss durchgef hrt 125 Messungen und Ergebnisse Einzelmessung 2 Eingestellte Parameter Gesamtstrom 225A Kaltgasdurchfluss 6SLPM Betriebsdauer 5 Minuten nach Start Ergebnisse Abbildung 6 5 Fotomontage des Bren ners im Betrieb Interpretation der Ergebnisse In Abbildung 3 ist sch n die Kalte Seele der Plasmaflamme zu sehen Da mit einer handels blichen Kamera emissionsstarke Objekte wie die Plasmaflam me nicht fotografiert werden k nnen zeigt Abbildung 4 eine Fotomontage des Brenners im Betrieb so wie ihn das Auge sehen w rde 126 Messungen und Ergebnisse Messreihe am 9 12 02 Mit dieser Messreihe sollte herausgefunden werden ob im Verlauf der Messungen durch Fremdfaktoren wie Erw rmung des Brenners oder der Versuchsanordnung Ver nderungen in den Messergebnissen sichtbar werden Aus diesem Grund ent sprach die letzte Messung in allen extern regulierbaren Punkten der ersten Messung Des Weiteren soll die Messreihe zeigen dass eine unterschiedliche Abnutzung der Kath
78. enBank ParentNode IXMLDatenSatzType MotorPos SpektralDaten Integer AufnahmeDaten TMemoryStreanm DatName String IXMLDatenSatzType Die globalen Funktionen speichern durch einen einzigen Aufruf einen kompletten Datensatz und erleichtern so die Speicherung um Zuweisungsfehler und somit die Zerst rung der Datenbank zu verhindern Eine Komponente vom Typ TXMLDocument bernimmt die Speicherung und Verwaltung Wichtig dabei ist dass eine Aktualisierung der Datei nur dann stattfindet wenn mit Hilfe der Komponente eine Speicherung durchgef hrt wurde Sonst werden die nderungen bei Programmende verworfen Neben der Datenbank existieren noch wenige andere Formate die von der Anwendung benutzt bzw gespeichert werden TomoBilder Speicherdump eines 12Bit Bildes Gr e 600 KB TomoSerien Speicherdump aller 12Bit Bilder einer 180 Drehung Gr e 18 108 MB Spektraldaten ini wichtige Spektrallinien verschiedener Betriebsgase SpektraData XML tabellierte Spektrallinien verschiedener Betriebsgase Einstellungen XML gespeicherte Messeinstellungen bmp verschiedene Screenshots PositionsListe ini Datei f r Schrittmotorsteuerung CheckList Checklistdateien ITM Datendateien f r Simulation kerkere FPE 532 Software 5 4 Justage und Datenaufnahme 5 4 1 Das Formular Schrittmotorsteuerung Schritkmotorsteuerung Hot Aus Lom Fort Einstellungen _Horiz Refe
79. er Brenner kann nicht in einem Schritt in den Betriebszustand berf hrt werden Vorbereitend muss Plasmagas in diesem Fall 33SLPM Argon str men Dann kann die Wasserk hlung zugeschaltet werden typischer Wert 6Bar Druck da sonst Kon denswasser im Inneren des Brenners ein zuverl ssiges Starten verhindert Erst jetzt kann mit dem eigentlichen Startvorgang begonnen werden der hier in zwei Phasen aufgeteilt ist 123 Messungen und Ergebnisse Phase 1 Phase 2 Bei beiden Grafiken ist zur besseren Veranschaulichung lediglich eine Kathode angeschlossen in der Realit t brennen alle drei Kathoden gleichzeitig Abbildung 6 4 Startphasen des TRIPLEX Brenner Phase 1 Zun chst wird der Einlaufbereich an die Stromquelle angeschlossen Nach einem Sto strom von 1500A bildet sich ein leitender Kanal zwi schen Einlaufbereich und Kathode Phase 2 Das einstr mende Plasmagas tr gt einige Ladungstr ger weiter so dass sich nach L sen der Verbindung zwischen Stromquelle und Ein laufbereich und Kontaktieren mit der Anode ein Lichtbogen zwischen Kathoden und Anode ausbildet Ein Strom von ca 75A wird dann dau erhaft eingepr gt was eine Bogenspannung von ca 150V nach sich zieht Das Plasmagas wird so von dem Lichtbogen in den Plasmazustand versetzt und tritt aus der D sen ffnung aus Regulierbar und ausschlaggebend f r die hier durchgef hrten Messungen sind fol gende Parameter Kathodenstrom je h her der Ka
80. er Spektrallinien des aufgenommenen Bildes Merkmalsraum Tlist Speichert die Merkmale des Musterspektrums Ergebnisliste TList Beinhaltet die einzelnen als m glich erachteten Ergebnisse Beim Starten der Autojustage werden aus den beiden zu vergleichenden Spektren bestimmte Merkmale extrahiert welche im Weiteren miteinander verglichen werden Kommt es zu einer bereinstimmung so werden die dazu passenden Wellenl ngen der linken und rechten Bildkante errechnet und in einer Liste Ergebnisliste als TErgebnis gespeichert TErgebnis beinhaltet die Anzahl in der es mit seinen charakteristischen Wellenl n gen detektiert wurde im Integer Vorkommen Somit werden in die Ergebnisliste aus 87 Software schlie lich Ergebnisse mit unterschiedlicher linker und rechter Wellenl nge eingetra gen jedes einzelne Ergebnis speichert sein Vorkommen ber Vorkommen kann sp ter das wahrscheinlichste Ergebnis ermittelt werden Je h her dieser Wert ist um so wahrscheinlicher ist eine richtige Detektion Sind zum Beispiel Musterspektrum und aufgenommenes Spektrum identisch so sind auch deren Merkmale identisch und die Ergebnisliste besteht aus nur einem Ele ment Um den gesamten Algorithmus besser verstehen zu K nnen sei folgender Fall ange nommen Die Merkmale eines aufgenommenen Bildes sollen bestimmt werden und mit den Merkmalen des idealen Spektrums bestehend aus vier Linien verglichen werden nm Abbildung 5 27
81. et tigen Da der Justage Algorithmus sehr rechenintensiv ist kann es vorkommen dass der Computer f r kurze Zeit nicht reagiert Nachdem der Algorithmus zu Ende gelaufen ist wird sofort die als am wahrschein lichsten erachtete Einstellung angezeigt Liegen nun m glichst viele Musterlinien auf den Spektrallinien des Bildes jedoch nur jeweils eine pro Bild Linie so ist die Einstel lung beendet und die Werte der Wellenl ngen an der linken und rechten Bildkante k nnen in die Datenbank bernommen werden Ist dies nicht der Fall so sind nun Einstellungen von Hand n tig Fall 1 Die automatisch erhaltenen Einstellungen sind sinnvoll K nnten aber noch etwas verschoben werden um noch bessere Deckung zu bekommen Um die Musterlinien nach links oder rechts zu verschieben steht zum Einen eine ScrollBar am unteren Bildrand oder die Buttons lt und F gt zur Verf gung Zus tzlich kann eine Streckung oder Stauchung durch die ScrollBar am rechten Bildrand oder durch die Buttons und erreicht werden Fall 2 Das Ergebnis ist berhaupt nicht zufriedenstellend Der erste zu empfehlende manuelle Eingriff w re hier das Ausw hlen einer als weni ger wahrscheinlich erachteten Einstellung Da der Algorithmus lediglich Abstands verh ltnisse zwischen den Spektrallinien betrachtet so kann es sein dass eigentlich unm gliche Einstellungen als am wahrscheinlichsten detektiert werden Oft verbirgt sich dann die richtige L sung unter den ersten
82. formulare 5 6 1 Das Formular Messdatenaufarbeitung Angabe des Minimal schwarz und Maximalwertes wei MessDatenaufarbeikung f x ausgewertetes Bild hat Form Zoom in gt A Radius 0 Aktuelle Farbe Farbe Holen Bereich f llen 10 Dunkelste Hellste down Fizelweise fullen 10 Name des neuen Datensatz Aufarbeitung von Draht 2 5mm 0 vor 10 12 2002 14 12 56 Bemerkungen k nstliche Aufarbeitung von Messdaten Minwert 0 000 Maswert 1 0453E 7 Gr e der Bereiche ndern ausgewertetes Bild Hier k nnen eigene Anmer kungen zum Abspeichern in Messwerte Bild L die Datenbank gemacht wer den Ruckg ngig Sbspeichern Messwerte Bild in Datenbank als neue Messung speichern L dt das urspr ngliche Messwerte Bild aus der Datenbank Abbildung 5 42 Das Formular MessDatenAufarbeitung Beschreibung Gelegentlich treten aufgrund u erer Einfl sse bei Messungen Fehler auf Gerade die Einstellung der Drehachse birgt einige Fehlerquellen Angefangen bei der Justa ge bis hin zu den eigentlichen Messungen Ein sehr unangenehmer Fehler ist das St rlicht das bei der Drehachsjustage auf tritt Ist die Leuchtkraft der Gl hbirne f r die Hinterleuchtung des Drahtes zu schwach so entstehen dunkle bis schwarze R nder links und rechts am Bildrand Wird dieses Bild nun invertiert entstehen helle R nder siehe oben Die Auswertung eines solchen Bildes mit d
83. gaskonstituenten missionsspektroskopie alle inte ressanten Plasmaparameter sehr viel schneller und einfacher bestimmen als ber ein aufw ndiges Laserstreuex periment Das tomografische Emissionsspektroskopie Experiment stellt also f r das vorhandene Laserstreuexperiment keine Konkurrenz vielmehr eine vielversprechen de Erg nzung dar LDA laser doppler anemometry Argon Ionen Laser Ein g ngiges zur industriellen Prozessoptimierung bereits mehrfach eingesetztes Diagnos tikverfahren zur Untersuchung der Beschichtungspulverpartikel im Plasmastrahl ist die Laser Doppler Anemometry LDA Am Institut sind zwei unabh ngige Tzanspe mobile Systeme aufgebaut die Rechner an die speziellen Anforderungen beim thermischen Beschichten angepasst sind Beim LDA Me verfahren wird ein Laser strahl in zwei koh rente Teil strahlen zerlegt die sich unter definierten geometrischen Verh ltnissen am Me punkt im Plasmastrahl kreuzen Abbildung 3 7 Das sich im Kreuzungspunkt der beiden Teilstrahlen ausbildende Interferenzstreifenmuster stellt das Me volumen dar Durchquert ein Pulverpartikel dieses Interferenzstreifenmuster so verursacht dieser einen modulierten Streulichtpuls MIE Streuung Die Modulationsfrequenz dieses Lichtfallen Photomultiplier Abbildung 3 7 LDA zur Ermittlung lokaler Partikelra ten und geschwindigkeiten im Plasmastrahl 15 Messverfahren Streulichtpulses ist ein direktes Ma
84. gekennzeichnete Messwert den selben Abstand zur Drehachse Dies kann man an obiger Skizze ersehen Im Umkehrschluss muss also die Drehachse genau zwischen den beiden Punkten zum Liegen kommen ax s el W e2 W 2 Der Abstand des Drahtes zur Drehachse ergibt sich dann aus der maximalen Ampli tude der Messwertkurve Insofern die CheckBox zur Extrapolation der Messwerte ausgew hlt wurde wird nun noch die Kurve bis 360 erg nzt 68 Software 5 4 5 Das Formular Bildbereich ausw hlen Bildbereich Ausw hlen 5 Detektionsbereich 7 Linienbreite 13 Pixel Aufl sung Zeilenzusammenfassen 3 Linienbreite ausw hlen S m EEE m 0 7 p i C kompletten Bereich ausw hlen ee a ee Ve Be er a J Horizontale Wi Jinke Kante_ rechte Kane_ Wellenl nge trm Kamerabild 161 174 585 67 187 200 588 39 246 259 594 56 ar 00 5 326 339 368 381 Eu 389 402 8 433 446 9 1453 466 504 517 551 564 12588 601 W 131610 623 Drehachse Farb Palette Kamerabild holen M Overlay ausblenden Graustufen C BLAU ROT C Falschfarben Vertikale C GR N Auslesebereich Abbildung 5 18 Das Formular Bildbereich Ausw hlen In diesem Formular werden die aufzunehmenden Spektrallinien festgelegt Es wird hier ebenfalls die Aufl sung die horizontale Abgrenzung der einzelnen Spektrallinien und die vertikale Abgrenzung des gesamten Auslesebereiches festgelegt Nachdem mit der Schaltfl c
85. gens Bogenstrom und spannung aufgezeichnet Abbildung 3 2 berwachung der Plasmabrenner 20 21 Bereits diese relativ Betriebsgr en einfachen Messtechniken geben Aufschluss ber das Langzeitbetriebsverhalten eines Plasmabrenners So l sst sich beispielsweise ein Verschlei der Brennerelektroden relativ einfach an Lichtbogen strom bzw spannung erkennen ne Zeitaufgel ste Detektion der Lichtbogenspannung Stabilit ts Untersuchungen Detailliert untersucht wurden am Institut die zeitlichen und r aumli chen Instabilit ten des Lichtbo gens Der kathodische Bogen fu punkt ist aufgrund der Geo metrie stabil auf die Kathoden spitze fixiert Der anodische Lichtbogenfu punkt dagegen hat beim konventionellen Plas mabrenner z B F4 Brenner zwei Freiheitsgrade Er kann in der zylindrisch geformten Anode Abbildung 3 3 Stabilit tsuntersuchung Lichtbogen sowohl axial als auch azimuthal spannung wandern Die axiale Bogenfu punktswanderung f hrt aufgrund der Variation der Lichtbogen lange automatisch zu Spannungsschwankungen bei eingepr gtem Strom und damit zu Leistungsschwankungen im Lichtbogen Wie in Abbildung 3 3 dargestellt k nnen diese Spannungsschwankungen sehr ausgepr gt sein was nat rlich zu einem insta bilen stark flackernden Plasmastrahl f hrt 8 Diese anodischen Lichtbogenfu punktswanderungen lassen sich auch durch eine simple Schallemissionsmessung detektiere
86. gt die Oberfl che des Formulars Aufnahme Man ben tigt dieses Formular vor allem f r Kalibrieraufgaben Es ist in der Lage ein aufgenommenes Bild Livebild oder gespeichertes Bild anzuzeigen Zus tzlich werden die Spalten bzw Zeilensummen dargestellt Hier lassen sich ganz leicht Dejustierungen der Kamera des Spektrographen bzw der Messanordnung feststellen Man kann diese an der Form der Spaltensumme erkennen Ergeben sich dort keine scharfen Rechtecke muss eine Nachjustierung vorgenommen werden Durch Bewegen der Maus ber die einzelnen Bilder werden zus tzliche Informatio nen wie Grauwert bzw Spalten Zeilensumme und aktuelle Pixelposition der Maus angezeigt 60 Software Das Histogramm rechts unten erm glicht au erdem eine bersicht ber die jeweili gen Grauanteile des dargestellten Bildes Hierbei l sst sich die Anzeigeschwelle durch Benutzung der Funktion Histogramm Clipping verstellen Die Funktion Au tomatisch stellt eine Normierung auf die zweitst rkste Linie dar Durch nderung der Farb Palette k nnen sehr schwache Linien bzw berbelichte te Linien erkannt werden Die Schaltfl chen Bild laden und Bild speichern erlauben das Abspeichern und sp tere Laden einzelner Kamerabilder Das Dateiformat hierf r ist eine typisierte Da tei in der sequenziell die 640 x 480 aufgenommenen Word Werte gespeichert werden Sie tr gt die Endung Tomo Bilder Die Schaltfl
87. h die Normierung nicht mehr ins Gewicht fallen Wellenl ngenrichtig werden die errechneten Linien hnlich den aufgenommenen Spektrallinien einge zeichnet Dabei dient die St rke der Linie als Umrechnungsfaktor f r die Helligkeit der Spektrallinie Verbreiternde Faktoren werden dabei nicht ber cksichtigt Die Li nienbreite wird der geladenen Messung angepasst Eine Normierung erfolgt wieder auf die hellste Linie Die Messung kann in einem PopUpMenu ausgew hlt werden Dabei ist nur die Mo torposition von Interesse da zur Darstellung alle aufgenommenen Linien notwendig sind Diese werden hnlich wie die berechneten Spektren aufgetragen Dazu werden alle gespeicherten aufgenommenen Pixelwerte addiert Zu beachten ist hier die berechneten scharfen Spektrallinien m ssen als Band dar gestellt werden Dadurch entstehen berlagerungen von B ndern die als d nne sehr helle Streifen zu sehen sind Zum jetzigen Zeitpunkt ist es nicht m glich die Plasmatemperatur direkt abzulesen Es besteht lediglich die M glichkeit die aufgenommenen Spektrallinien mit den tabel lierten Werten von Hand zu vergleichen 104 Software Intensit t Abbildung 5 37 Datenauswertung 105 Software 5 5 5 Das Formular 3D Browser Auswahl der Einzelmessungen bei einer bestimmten Motorposi Auswahl der Messreihe ion 3D Browser 19 12 2002 15 28 47 Messung 5 wie 1 Aufl sung 120 Auswahl Messung 0 Schritte
88. he Kamerabild holen ein Livebild aufgenommen wurde wird automatisch die im Formular Drehachsen Bestimmung bestimmte Drehachse eingezeichnet Symmetrisch dazu liegt der vertikal begrenzte Auslesebereich Die H he des Bereiches wird direkt bestimmt durch das Produkt aus Aufl sung und An zahl der zusammengefassten Zeilen Da der Bildbereich nur maximal 480 Pixel hoch ist bestimmt die Aufl sung gleichzeitig die Anzahl der maximal zusammenfassbaren Zeilen Ist die Drehachse nicht genau in der Mitte des Bildes werden durch das Pro gramm Auslesebereiche die ber die Bildgrenze hinausgehen w rden verboten ber die RadioGroup Detektionsbereich kann neben dem normalen Messmodus eine Art Formmessung ohne spektrale Aufl sung der Quelle durchgef hrt werden Durch Auswahl des kompletten Bereiches werden keine einzelnen Spektrallinien auf genommen sondern s mtliche Emissionen des Messobjektes im Aufnahmebereich der Kamera Zu beachten ist dabei allerdings das auf Grund der begrenzten spektra len Aufl sung des Messaufbaus nicht die gesamte Emission des Messobjektes auf genommen wird Wird jedoch die Linienbreite festgelegt befindet sich das Messprogramm im Nor malmodus Durch Rechtsklick auf das aufgenommene Bild k nnen jetzt beliebig viele horizontal begrenzte Auslesebereiche hinzugef gt werden Durch Verschiebung mit der Maus 69 Software lasst sich ihre jeweilige Position festlegen Die Linienbreite eine konstante G
89. htresonante Seit einigen Jahren wird am Institut ein Plasmadiagnostik Laserstreu Verfahren entwickelt das auf dem physikalischen Prinzip der verfahren Streuung elektromagnetischer Wellen im sichtbaren Bereich an den einzelnen Plasmagasteilchen beruht Abbildung 3 6 Ein Hochleistungs Pulslaser regt einen lokalen Bereich des Plasmafreistrahles an Das bei der Abregung emittierte Streulicht wird mit hoher Empfindlichkeit und spekt ral aufgel st detektiert Aus Intensit t und spektraler Verteilung des Streulichts las sen sich anschlie end R ckschl sse auf das streuende Medium ziehen 16 Der experimentelle Aufwand f r dieses Me verfahren ist relativ hoch Sein Einsatz ist trotzdem gerechtfertigt aufgrund der detaillierten Informationen die vom Plasma ge 14 Messverfahren wonnen werden Es lassen sich mit beschriebenem Me verfah ren Anzahldichten und Tempera turen von freien Elektronen und Ionen bzw Atomen bei hoher lokaler Aufl sung ermitteln Eine Aussage ber die G ltigkeit des lokalen thermischen Gleichge wichts LTG im Plasmafreistrahl ist also damit m glich Gerade die Annahme des LTG ist aber eine Grundvoraussetzung um durch tomografische Emissions spektroskopie zu korrekten Plasmagasparametern zu ge langen Liegt allerdings LTG im Plasmastrahl vor dann lassen Abbildung 3 6 Nichtresonante Laserstreuung zur sich mittels tomografischer E Bestimmung lokaler Dichten und Temperaturen der u l Plasma
90. ien 3 Pixel Detektierte Linien einblenden r Detektionsniveau ab dem die Spektralli nien detektiert werden Abbildung 5 24 Das Formular Spektral Justage Automatische Justierung Die Automatische Justierung ist so ausgelegt dass sie in den meisten F llen ein rich tiges Ergebnis liefert Trotz allem kann es vorkommen dass der Benutzer selbst Ein stellungen vornehmen muss Worauf hierbei zu achten ist wird im Weiteren be schrieben 81 Software Zun chst einmal zum idealtypischen Ablauf Das zu untersuchende spektral aufgel ste Bild kann auf zweierlei Arten geladen werden Direkt von der Kamera oder als gespeichertes Bild TomoBild oder 24BitBitmap Voraussetzung f r eine realistische Justierung ist e Das zu untersuchende Spektrum muss mit seinen charakteristischen Linien in der INI Datei vorhanden sein zur Bearbeitung der INI Datei siehe weiter un ten e Die Spektrallinien im Bild sollten m glichst schmal und scharf abgebildet sein Diracf rmig e Das Bild sollte an keiner Stelle berbelichtet sein siehe hierzu das Formular Aufnahme also nirgends den maximalen Grauwert aufweisen e Es sollten mindestens vier Spektrallinien vorhanden sein Nachdem das Bild zu sehen ist kann nun am DropDown Men Voreinstellungen das Musterspektrum ausgew hlt werden Die Musterspektrallinien werden sichtbar Theoretisch kann bereits jetzt mit der Auto Justage begonnen werden hierzu bitte Button b
91. ier keine vorgeben wird die aktuelle Position als einzige gemessen Sind allerdings mehrere definiert werden sie der Reihe nach angefahren Die Procedure die dann die Drehbewegung bernimmt sieht wie folgt aus na procedure TMessThread Messung_Fahren begin if Direction CCW then begin if AktuellerSchritt 0 then MotStForm DrehenNach Round WorkAngle Aufloesung 1 AktuellerSchritt StartAngle 5000 else begin if Aufloesung gt 90 then MotStForm DrehenNach Round WorkAngle Aufloesung 1 AktuellerSchritt StartAngle 2000 MotStForm DrehenNach Round WorkAngle Aufloesung 1 AktuellerSchritt StartAngle 4000 end end else if Direction CW then begin if AktuellerSchritt 0 then MotStForm DrehenNach Round WorkAngle Aufloesung 1 Aufloesung AktuellerSchritt 1 StartAngle 5000 else begin if Aufloesung gt 90 then MotStForm DrehenNach Round WorkAngle Aufloesung 1 Aufloesung AktuellerSchritt 1 StartAngle 2000 MotStForm DrehenNach Round WorkAngle Aufloesung 1 Aufloesung AktuellerSchritt 1 StartAngle 4000 76 Software Als erstes unterscheidet das Programm ob links oder rechts herum gedreht wird An schlie end wird beim ersten Schritt mit H chstgeschwindigkeit zum Ausgangspunkt gefahren Um die Motoren nicht berm ig zu beanspruchen wird in allen weiteren Durchl ufen je nach Aufl sung mit unterschiedlicher Geschwindigkeit gedreht Damit das Bild erst aufgenommen wi
92. igten Werte ehe 248 Mit den beiden Schaltfl chen La une 13 gg i ii i Wellenl nge linke Kante 568 17 Todzeit ms x d en un d 5 S pe l ch ern b etet es ee Kante 635 06 zu i z USIESED EIEICNE Laden ebenfalls die M glichkeit die Da A ae ten einer Messung abzuspeichern bzw zu laden Beim Laden der D le W Zusammenfassung aten werden dann alle Werte Messeinstellungen l i essung starten des Programms durch diese er a setzt i 2 Da auch messtechnisch ermittelte 2003 Werte wie Zeile der Drehachse oder gemessene Wellenl ngen ae aaneten IE geladen werden muss vom Be 4 V alle Messdaten speichern V Messdaten anzeigen nutzer sichergestellt werden dass 1 seit der Speicherung diese nicht verstellt ver ndert wurden da sonst eine sinnvolle Messung nicht mehr m glich ist Die Schalt flache Messung starten dient zum Start der Messung Ein Uebernehmen Abbrechen Abbildung 5 19 Das Formular Messung Flussdiagraamm zum Messablauf ist in Spektrallampee2 Nn Abbildung 5 21 zu sehen a Das Formular stellt eine zentrale Sammelstelle an f r alle im Programm wichtigen Zust nde und SU SEEN Daten dar Dort kann vor der Messung eine detektierte Drehachse bei 247 letzte Kontrolle stattfinden Welenl nge irke Kane 568 17 Mit der Checkbox alle Messdaten speichern neh m wird das Programm veranlasst alle n aufgenommenen Bilder f r eine sp tere Auswertung abzuspeichern Mit dem
93. imulation tomografischer Messdaten 3D Browser Messdatenaufarbeitung Checklist 7 olgende Programmteile wurden im Wesentlichen erstellt von Andreas Kraft Livebild Aufnahme Bildbereich ausw hlen Messung Tomografische Auswertung Serienbildbrowser Spektroskopische Auswertung Boltzmann Plot HTML Konverter Messwerte addieren Krrererer ee 138
94. in virtuelles strahlendes Objekt dar und k nnen beliebig miteinander kombiniert wer den Zus tzlich steht eine Voreinstellung der dreifach Gauss zur Verf gung Er soll die Emission eines Triplex Brenners simulieren Um Messwerte zu simulieren muss man zun chst die gew nschte Aufl sung an der Track Bar einstellen sie bildet die Grundlage Nach Rechtsklick auf das Image oder Bet tigung des Bearbeiten Buttons ffnet sich das Popup Menu an dem alle Bildelemente sowie Voreinstellungen geladen werden k nnen Durch Linksklick auf das Image werden schlie lich die Elemente platziert ber das Popup Menu kann zus tzlich ein fertiggestelltes Bild gespeichert bezie hungsweise ein altes Bild geladen werden was sich gerade bei aufwendig gestalte ten Bilder mit vielen Elementen anbietet Nachdem das gew nschte Bild erstellt wurde k nnen die Messwerte simuliert wer den hierzu im Popup Menu bet tigen Ein Klick auf ee startet den Algo rithmus Vorsicht Je h her die Aufl sung um so rechenaufwendiger ist der Prozess es kann also je nach Ausstattung des Computers einige Zeit in Anspruch nehmen Nun kann noch je nach Wunsch ein Fehler durch eine falsch eingestellte Drehachse erzeugt werden bevor dann die Daten unter der Bezeichnung Simulation in die Da tenbank bernommen werden 100 Software Realisierung im Quelltext Grunds tzlich ist die Messwertesimulation in zwei Units unterteilt unit Simulati on bernim
95. ine reflektierenden Teile im Bereich der Optik sein die St r strahlung verursachen k nnten Schw rzen aller Halterungen und Aufbau ten e Die eingesetzten Spiegel m ssen Oberfl chenspiegel sein um dem Effekt der Doppelbilder entgegenzuwirken 30 Hardware Abbildungsoptik au erhalb der Kameraschutzbox Owis Profil zur Aufnah Kameraschutzbox me von Linsen Blenden Filtern Eintrittspalt Spiegel Linse Brennweite 100mm N 4 Ci Fey LT ka oN Cy rl IS ne s s a De ae m S RD je s X Abbildung 4 7 Strahlengang au erhalb Die von der Plasmaflamme emittierte Strahlung wird ber die beiden Spiegel durch eine konvexe Linse mit der Brennweite 100mm auf den Spalt abgebildet Wichtig hierbei ist wie schon oben erw hnt dass der Schnitt durch die Flamme senkrecht zur Drehachse liegt Am einfachsten ist dies sicherzustellen indem das Bild des Drahtes zur Drehachseinstellung auf dem Spalt senkrecht zu liegen kommt Vor dem Spalt muss bei Betrieb des Plasmabrenners aufgrund der intensiven Strah lung ein optisches Filter Verminderung der Strahlung um den Faktor 100 ange bracht werden Dieses Filter beeintr chtigt die spektralen Eigenschaften der Optik nicht eine entsprechende berpr fung wurde durchgef hrt 31 Eine andere M glichkeit zur Verringerung der Inten sit t w re eine Irisblende vor der Linse Diese h tte jedoch eine gro e Tiefensch rfe der Optik zur Folge und w rde die st rende W
96. iner Drehung der Trommel um 180 stets im Sichtbereich der Kamera bleibt Der letzte Schritt vor Beginn der Messung ist die Einstellung der Schrittweite an der daf r vorgesehenen TrackBar Je geringer die Schrittweite gew hlt wird um so exak ter aber auch langsamer ist die Messung Ein guter und ausreichender Wert ist die Voreinstellung von 19 Schritten entsprechend 10 Bei KU START setzt sich jetzt die Trommel in Bewegung und die Messung l uft ab Mit STOP kann jederzeit die Messung abgebrochen werden was zur Folge hat dass alle bereits ermittelten Messwerte verworfen werden Soll dies nicht passieren steht hierf r der Button zur Verf gung Feineinstellung Voreinstellung einer alten Drehachse Die automatische Justierung liefert durch die Messart bedingt eine nicht hundertpro zentige Angabe ber die Position der Drehachse Deshalb sollte man nach einer ers ten groben Drehachseneinstellung eine Messung durchf hren bei der m glichst vie le Zeilen zusammengefasst werden siehe Das Formular Bildbereich Ausw hlen Man erreicht damit dass der Draht als punktf rmige Lichtquelle in der Gr e eines Pixels auftritt und der Tomografie Algorithmus am genausten arbeitet Zeigt sich hierbei statt des erwarteten Pixels ein sichelf rmiges Gebilde siehe Abschnitt ber pr fung der Genauigkeit und Wichtigkeit der Daten der Drehachsenbestimmung im ausgewerteten Bild so ist eine Nachbesserung der Drehachse von Hand notwendig
97. inschlie lich Tagesbruchteile seit dem 1 Januar 4713 vor Christus Greenwich Mittag eindeutiges auf Z hlung der Tage basierendes Datierungssystem Stream bitorientierter dynamischer Speicherbuffer mit erweiterter E A Funktionalit t ohne wahlfrei en Zugriff 52 Software Hilfe von Properties erst nach einer berpr fung n here Informationen siehe Delphi Hilfe Um die Datei zu laden bzw neu zu erstellen werden neben den drei Haupttypen noch drei Funktionen angelegt function GetDatenbank Doc IXMLDocument I1XMLDatenbankType function LoadDatenbank const FileName wWideString I1XMLDatenbankType function NewDatenbank IXMLDatenbankType Um einen neuen Datensatz korrekt zu bernehmen werden zus tzlich drei Funktionen ben tigt function NeuerEintragDatenBank Identifier TDateTime MessObjekt String Aufloesung Integer KameraModus KamSet KameraBelichtungszeit Integer ZeileDerDrehachse Double SummierteZeilen Linienbreite Integer LinkeWL RechteWL Single AusleseBereichOben Integer Bemerkung String IXMLDatenSatzType overload function NeuerEintragDatenBank Identifier TDateTime MessObjekt String Aufloesung Integer KameraModus String KameraBelichtungszeit Integer ZeileDerDrehachse Double SummierteZeilen Linienbreite Integer LinkeWL RechteWL Single AusleseBereichOben Integer Bemerkung String IXMLDatenSatzType overload function NeuerUnterEintragDat
98. irkung jeder Verunreini gung auf den Spiegeln vervielfachen Abbildung 4 8 zeigt diesen Effekt Abbildungsma stab Hardware Abbildung 4 8 Verschmut zung sichtbar durch hohe Tie Theoretisch betrachtet betr gt der Abbildungsma stab gem folgender Grafik zwi schen Objekt und dem Eintrittsspalt des Spektroprafen 1 3 85 126 f 100 485 f 100 Abbildung 4 9 Grafische Bestimmung des Abbildungsma stabes Abbildung 4 10 Expe rimentelle Bestimmung Dies kann auch experimentell nachgewiesen werden in dem ein Draht in den Aufnahmebereich eingespannt und bei verschiedenen definierten Positionen aufgenommen wird Die nebenstehende Grafik zeigt die berlagerung von sieben aufgenommenen Bildern Der Draht wurde jeweils um 2 5mm verschoben und dann aufgenommen Im Bild ist diese Verschiebung um je 20 Pixel zu sehen Dies entspricht 60 Pixeln auf dem CCD Chip da zur Auf nahme drei Zeilen zusammengefasst wurden Betrachtet man nun die Gr e des CCD Chips der Kamera von 6 3 4 75mm bei einer Aufl sung von 640 480Pixel Pixel gr e 9 9 9 9um so l sst sich der Abbildungsma stab von 1 4 2 berechnen Hier w re noch anzumerken dass 32 Hardware der Abbildungsma stab des Spektrograf nicht ganz 1 1betr gt Daher ergibt sich die minimale Abweichung zur grafischen Bestimmung Berechnung der minimal m glichen Gr e der Spiegel Im Rahmen von Verbesserungsmalsnahmen werden die vorhandenen
99. ithmus auswerten so zeigt sich diese Verschiebung in einer Verzer Abbildung 5 15 Punktf rmige Lichtquelle Bu mit falscher Drehachseneinstellung rung der punktf rmigen H Sne halb kreisf rmige Lichtquelle mit Radius 8 Pixel Wie kommt nun die Verschiebung um 8 Pixel zustande Die vertikale Aufl sung der Kamera betr gt 480 Pixel Zu obiger Messung die mit einer Aufl sung von 60 durchgef hrt werden sollte wurden je 6 Pixel zusammenge fasst Die genutzte vertikale Aufl sung betrug also 360 Pixel Zur ersten Messung befand sich die Drehachse genau in der Mitte zur zweiten um 48 Pixel verschoben Relativ zur Aufl sung ist dies eine Verschiebung um 13 3 Betrachtet man also die Aufl sung der Auswertung so setzt sich dieser Fehler hier mit folglich 8 Pixeln fort Umgekehrt gefolgert hat man so eine M glichkeit die Drehachse per Hand sehr fein zu justieren Man ben tigt lediglich den wei hinterleuchteten Draht Ergibt sich nach einer tomografischen Auswertung ein halbkreisf rmiges Gebilde so kann man aus dessen Radius mit der Formel tats chliche Drehachse detektierte Drehachse zusammengefasste Zeilen Radius Halbkreis bei S chelform U bei Sichelform N nachbessern 66 Software Erkl rung des Effekts der Sichelbildung bei falsch eingestellter Drehachse Angenommen der Draht befindet sich exakt in der Drehachse er wandert also nicht bei einer Drehbewegung auf dem Bildschirm Im Fall
100. keine Motorpositi onen gew hlt worden sein wird nur an der aktuellen Position eine Messung durchge f hrt Das Programm stellt nun um Zeit zu sparen den k rzesten Weg zu einer der Startpositionen fest und f hrt dann die Messung gegen oder mit dem Uhrzeigersinn durch Um sie sp ter vergleichen zu k nnen werden die aufgenommenen Bilder je doch so sortiert als handle es sich um eine Messung gegen den Uhrzeigersinn Die Anzahl der einzelnen Schritte wird durch die Aufl sung bestimmt So werden zum Beispiel f r eine Messung mit der Aufl sung 60 bei jeder Drehung genau 180 60 gedreht und das 60 mal An jeder Position werden nun alle Spektrallinien gleichzeitig aufgenommen und im Speicher gepuffert und am Ende der 60 Schritte auf Festplatte gesichert Ein Screenshot wird jeweils an der Nullposition gespeichert Falls alle Bilder aufgenommen werden sollen werden auch diese gespeichert Das Datenvolumen nimmt dabei mit der Aufl sung zu Die Gr e der Datei betr gt dabei ohne Header Aufl sung 600 KB min 18 MB max 108 MB pro Motorposition Sind alle Motorpositionen abgearbeitet ist die Messung beendet Messung Moborposition z003 Fortschrikt erztnichene Zett 00 00 06 gesch tzte Dauer 10 03 11 Abbildung 5 22 Anzeige w hrend der Messung W hrend der Messung wird das in Abbildung 5 22 dargestellte Formular auf dem Bildschirm angezeigt Es dient nur dem Zweck die automatische Messung abbrechen zu k nnen
101. komfort Modularit t und Erweiterbarkeit Beson dere Anforderungen bestanden in der sicheren Ansteuerung peripherer Ger te neu es Kamerasystem Schrittmotoren Interface und der strukturierten Organisation von Me daten Ergebnissen und zugeh rigen Experimenteinstellungen Die bei bildge benden Experimenten anfallenden Datenmengen sind beachtlich im vorliegenden Fall bis zu 500MB je Messung Das entwickelte Software Programm bietet ber eine komfortable und bersichtliche grafische Oberfl che Zugriff auf alle einstellbaren Experimentkomponenten der eigentliche Me ablauf ist vollautomatisiert und wird vom Rechner berwacht Im Pr sentationsteil besteht Zugriff auf alle durchgef hrten Messungen wobei die Darstellung der Ergebnisse mittels OpenGL dreidimensional erfolgt Auch an der bestehenden Experiment Hardware wurden einige Ver nderungen vor genommen Neben konstruktiven Verbesserungen neue Wellenkupplung f r Dreh mechanismus Einbau eines K hlsystems f r station ren Me betrieb und kleineren nderungen in der Optik wurde vor allem der bisher provisorisch eingesetzte Bildauf nehmer durch eine neue CCD Kamera ersetzt die jetzt fest mit dem Spektrografen verbunden ist Schlie lich konnten noch neben einer Vielzahl von Kalibriermessungen an Spekt rallampen und anderen Objekten eine ganze Reihe von Messungen am Plas mastrahl eines Plasmaspritzbrenners durchgef hrt werden Die Ergebnisse dieser Messungen sind vielve
102. lastungen durch den Lichtbogenfu punkt an der Kathodenspitze und Anodeninnenwand bei gleichzeitiger guter Leitf higkeit bew ltigt werden Die Form der Anode ist nach dem Prinzip der Oberfl chenvergr erung aufgebaut um die entstehende W rme m glichst schnell an das K hlwasser abzugeben Das Spritzpulver kann bei dieser Art von Plasmabrenner direkt nach der Anoden ffnung in den Rekombinationsstrahl von oben zugegeben werden Es wird dann durch die Plasmastr mung mitgerissen aufgeschmolzen und auf das zu beschichtende Mate rial aufgebracht Bei typischen Lichtbogenspannungen von 20 50 V sowie Lichtbogenstr men von 500 1000 A erreicht dieser Brenner einen Leistungsumsatz von etwa 10 50 kW bei Umgebungsdr cken von 10 10 Pa Aus Kostengr nden findet vor allem Argon bei einem Gasdurchsatz von 30 200 SLM als Plasmagas Anwendung Auch Kom binationen von Argon Helium Argon Stickstoff oder Argon Wasserstoff werden ver wendet Durch die nderung des Gases erfolgt die Anpassung des Plasmas an die technische Anwendung Dieser Plasmabrenner kann auf Grund des instabilen Plasmafreistrahls nur bedingt als Messobjekt eingesetzt werden Wie auch bei Tomografieverfahren in der Medizin ist es wichtig dass der Patient still h lt Besser eignet sich die Weiterentwicklung in Form des Dreikathodenplasmabrenners Messobjekt 2 2 Dreikathodenplasmabrenner vom Typ TRIPLEX Hauptgegenstand der Untersuchungen ist de
103. le pic1 Allocate lt size gt Die Gr e des ben tigten Kamerapuffers h ngt von der aufgenommenen Bittiefe ab Sollen nur 8 Bit Bilder aufgenommen werden reicht die Reservierung von 640 x 480 Byte Bei 12 Bit Bildern die 2 Byte Speicherplatz pro Wert ben tigen muss die doppelte Anzahl reserviert werden IT Hardware Der Befehl Camera GetPicture pic1 nimmt genau ein Bild auf und l dt dieses direkt in den zuvor reservierten Speicherbereich Damit die Rechenzeit nicht f r Busy Waiting verbraucht wird geschieht die Durchf hrung eventgesteuert W hrend der Bildaufnahme und des Speicherns ber den Bus des PC wird somit keine Rechenzeit verbraucht Sollte allerdings ein Fehler auftreten wird der Vorgang automatisch nach einer einstellbaren Timeoutzeit abgebrochen um einen Systemabsturz zu verhindern Nun kann durch die Zuweisung auf PBild PWordArray picl1 adr die An fangsadresse ermittelt werden Somit kann auf den von der Kamera reservierten Speicherbereich direkt zugegriffen werden Jetzt k nnen die Daten gespeichert oder dargestellt werden Der Speicherbereich kann ver ndert werden da die Kamera v l lig unabh ngig davon arbeitet Wird allerdings ein neues Bild aufgenommen wird ge nau dieser Speicherbereich wieder verwendet Das alte Bild wird somit berschrie ben Sollen keine weiteren Bilder aufgenommen werden muss jetzt der Speicherbereich wieder freigegeben werden Der Befehl f r den Puffer ist hier pic1
104. lplasmabrenner Typ LARGE Der Breitstrahlbrenner vom Typ Large stellt ein vollkommen anderes Brennerkon zept dar Bei dieser Art von Brenner wird das Plasma durch zwei gegen berliegende Elektroden im Zentralbereich des Brenners erzeugt Der Zentralbereich des Brenners wird durch einen Stapel von gegeneinander isolierten Neutrodenplatten gebildet Auf diese Weise kann die Brennerl nge in bestimmten Grenzen variiert werden Nach dem der Lichtbogen durch ein elektronisches Verfahren gez ndet wurde wird der Plasmastrahl durch Permanentmagnete fixiert um eine Auslenkung auf Grund des anstr menden Plasmagases und somit eine L schung des Lichtbogens zu verhin dern Die Anwendungsgebiete liegen in der gro fl chigen Oberfl chenbehandlung und PECVD Die Breite des Plasmastrahls sorgt f r eine schnelle gleichm ige und so mit kosteng nstige Behandlung gro er Bauteile Das in dieser Diplomarbeit eingesetzte Diagnostikverfahren ist theoretisch auch f r diesen Plasmabrenner einsetzbar da es sich hier ebenfalls um ein thermisches Plasma handelt Die Messapparatur ist allerdings von ihren Ausmessungen nicht ge eignet um einen Plasmastrahl dieser Breite umfahren zu k nnen Ohne eine auf wendige Neukonstruktion der Messanordnung k nnen deshalb keine Messungen durchgef hrt werden 11 Messverfahren 3 Messverfahren Abbildung 3 1 zeigt schematisch den Ablauf des Plasmaspritz Prozesses Die Aktivi t ten des Institutes beschr
105. mit Rot und Gr nwert auf Null 24 Bit Falschfarbendarstellung KamSet Video aSync artificial Einstellungsm glichkeiten f r Kameraaufnahmen Video Videomode zur Aufnahme 10 bis 10 000 ms ASyncmode zur Aufnahme 10 bis 10 000 us Keine reale Aufnahme z B durch Simulation er stellt 5 2 4 Erstellte Klassen und Records Header Damit die Serienaufnahmen TomoSerien sp ter allein stehend ausgewertet wer den k nnen werden die Dateien mit einer Art nachgestelltem Header versehen Die ser wird an die Datei sp ter angeh ngt und enth lt alle notwendigen Informationen zur genauen Rekonstruktion der Einstellungen Der folgende Kodeabschnitt zeigt die Deklaration des Records Header record Anhang f r Serienaufnahmen ID Double MessObject String 255 Aufloesung Byte KamModus KamSet BelichtZeit Word zeileDerDrehachse Double SumZeile Byte AusleseBereichOben Byte LinkeWL RechteWL Double Bemerkung String 255 MotorPos Integer Die gespeicherten Informationen gleichen den in der Datenbank gespeicherten Es wurde lediglich zur Vereinfachung die L nge der Stringfelder MessObject und Bemerkung auf 255 beschr nkt Die Gr e eines abgespeicherten Records betr gt ca 500 600 KB 47 Software TMessDaten TMessDaten class private Iden Double Mess WideString Aufl Integer KaMo KamSet KaBe Integer ZDDr Double SumZ Integer Libr Integer
106. mmunikationsfor mulare handelt Sie stellen die Verbindung zur Kamera und zur Schrittmotorsteue rung her und halten diese w hrend des gesamten Programmverlaufs aufrecht Die jeweiligen Formulare bleiben stets im Vordergrund der Anwendung denn sie ha ben eine h here Anzeigepriorit t als das Hauptformular Eine der wichtigsten Funktionen des Hauptformulars ist es einen Mehrfachstart zu verhindern Daf r sind die folgenden Zeilen notwendig mHandle THandle Initialization Mehrfachstart verhindern mHandle CreateMutex nil True AKINA if GetLastError ERROR_ALREADY_EXISTS then begin MessageBox 0 Eine Instanz dieses Programms l uft bereits 13 Programmstart abgebrochen AKINA mb_IconHand Halt end finalizat on if mHandle lt gt 0 then CloseHandle mHandle Bei jedem Start des Programms wird ein Handle mit dem Titel AKINA erzeugt Um seine Eindeutigkeit zu erhalten darf dieser Handle jeweils nur einmal vorkommen Sollte der Handle mehrmals vorkommen wird von Delphi die Fehlermeldung 42 Software ERROR_ALREADY_EXISTS ausgel st Diese wird mit GetLastError abgefragt Sollte diese Fehlermeldung ausgel st worden sein wird der Benutzer durch eine Nachricht auf dem Bildschirm darauf hingewiesen Anschlie end wird das Programm mit Halt abgebrochen Im finalization Teil wird der Handle dann wieder ge schlossen Der zweite Programmstart wurde somit komplett abgebrochen Die Darstellung de
107. mografie hingegen nutzt keine externe Quelle sondern Quellen im Inneren des zu untersuchenden Objektes Hier k nnen aus den Messwerten sowohl r umliche Verteilung als auch Intensit t der einzelnen Quellen ermittelt werden e OO O Objekt mit interner Quelle Sensor Abbildung 3 11 Prinzip der Emissionsto mografie Weiterhin unterscheidet man in der Tomografie zwischen der Untersuchung von ska laren Gr en Temperatur oder vektoriellen Gr en Geschwindigkeit Obwohl die Anwendungsbreite der Tomografie sehr mannigfaltig ist liegt ihr ein we sentliches Prinzip zugrunde Zur Messung kann oder soll nicht in das Messobjekt eingedrungen werden Die Funktion der zu ermittelnden Gr en wird alleine aus den Projektionen des Messobjektes aus verschiedenen Richtungen ermittelt wobei es keine Rolle spielt ob dieses Objekt fest fl ssig oder gasf rmig ist 18 Messverfahren Diese Arbeit besch ftigt sich ausschlie lich mit der Emissionstomografie skalarer Gr en als Objekt dient die Flamme eines Plasmabrenners Aufgrund der sehr hohen Temperaturen im Inneren einer solchen Flamme ca 20 000 K liegt der Vorteil dieses Verfahrens die ber hrungslose Messung auf der Hand Es g be keinerlei Materialien die diesen Temperaturen l ngere Zeit standhal ten w rden Weiterhin wird die im Endeffekt zu messende Temperaturverteilung nicht durch k h lere K rper von au erhalb gest rt Trotz der Vorteile birgt dieses
108. mt im Wesentlichen die Ereignisbehandlung wobei unit Simubuilder die Berechnungen sowie das Erstellen der Images umfasst Folgende Typen wurden definiert TFunktion Gauss MProfil Dirac TContent Class Art TFunktion PositionX String PositionY String DX String DY String Helligkeit Single Name String end TFunktion beschreibt die Art eines Bildelements und TContent ist eine Klasse in der Art Position und Aussehen sowie Helligkeit relativ und Bezeichner gespeichert werden Position DX und DY sind deshalb Strings da sie in den Edit Feldern und in der INI Datei als Strings behandelt werden Die Umwandlung zum numerischen Wert erfolgt erst beim Erstellen der Grafik Im Weiteren werde ich die Begriffe Originalbild und Messwertebild benutzen Ori ginalbild ist das Image in dem das virtuelle zu untersuchende Objekt erstellt wird Messwertebild zeigt dann die daraus simulierten Messwerte Nun zum Vorgehen beim Erstellen eines Bildes u ert der Benutzer den Wunsch nach einem neuen Bildobjekt durch Bet tigen einer Schaltfl che im Popup Menu wird zun chst lediglich von den Prozeduren new GaussClick newMClick und newDiracClick die EditBox eine GroupBox in der rechten H lfte der Form dargestellt jeweils mit den ben tigten Edit Feldern Die Erzeugung eines neuen Eintrages TContent in der Liste eListe erfolgt erst nach Bet tigung des bernehmen Buttons In eListe sind also alle Bildelemente mit ihr
109. n Particle Shape Imaging PSI Dieses Me verfahren erm glicht es nicht nur lokale Partikelraten Me objekt und geschwindigkeiten zu er Geringe Partikeldichte lt 0 1 Partikel mm mitteln sondern dar ber hinaus 5 Gr e und Form individueller Spritzpulverpartikel an jedem Abbildung 3 8 PSI zur Ermittlung von Gr e und Punkt im Plasmastrahl Das PSI Form einzelner Pulverpartikel im Plasmastrahl Experiment beruht auf einer schlichten fotografischen Abbil dung einzelner Pulverpartikel die Anforderungen an die einzelnen Experimentkom ponenten sind allerdings extrem Abbildung 3 8 Angefangen bei der ben tigten Be lichtungszeit von ca 5ns um scharfe Momentaufnahmen der schnell fliegenden Partikel zu erhalten ber die ungew hnliche optische Abbildung Fernmikroskopie um die um Partikel bildf llend zu projizieren bis hin zur Lichtquelle die das hell leuchtende Plasma berstrahlen soll werden f r das PSI Experiment ungew hnliche Hardwarekomponenten ben tigt Aber auch die Mefsdatenverarbeitung stellt sehr hohe Anforderungen an Rechnerausstattung und Software 19 Das Particle Flux Imaging PFI Verfahren ist an sich keine Me PFI particle technik im herk mmlichen Sinn mit der physikalische Parameter flux imaging eines MeRobjekts ermittelt werden Vielmehr ist es ein Verfahren um Plasma und Partikelstrahl insgesamt schnell und einfach zu bewerten und um Abweichungen vom optim
110. n Laschen EEE Cursorposition Bearbeiten Gauss 1 links oben Gauss 1 links oben Gauss 2 rechts oben Gauss 3 mitte unten ComboBox zur Auswahl einzelner Bildelemente Popu p Menu Simulierte Messdaten Hinzuf gen Gauliprofil Hinzuf gen M Profil Hinzuf gen Dirac Yoreinstellung 3 Fach Gauss Gesamtes Bild l schen Bild speichern Bild laden gt Meliwerte Simulieren lt Einstellung eines Fehlers verursacht durch falsche Drehachse Simulierte Messwerte Status Panel E Abbruch simulerte Me daten abspeichern Abbildung 5 33 Das Formular Simulation tomografischer Messdaten 09 Software Beschreibung Ein realer Messablauf ist normalerweise sehr aufwendig Zuerst m ssen Hardware eingestellt Drehachsen justiert und Messungen durchgef hrt werden bis erste Werte zur Verf gung stehen M chte man jedoch nur die Arbeitsweise des Algorithmus tes ten so bietet sich an idealtypische Messwerte vom Computer erzeugen zu lassen Idealtypisch deshalb da jegliche Messfehler sowie Ungenauigkeiten der Optik keine Rolle spielen Vielmehr k nnen einige in der Realit t auftretende Messfehler definiert eingestellt werden All diese M glichkeiten bietet die Messwertesimulation im Akina Projekt Erstellen von Simulierten Messwerten Grunds tzlich gibt es drei verschiedene Bildelemente M Profil Sie stellen die Emission einer Wellenl nge bei einem bestimmten Schnitt durch e
111. n Um sp ter eine Zuordnung der Datei zu einer Messung bzw Messreihe zu erm gli chen wurde an die Datei selbst eine Header angeh ngt Angeh ngt deshalb damit es weiterhin m glich ist dass Formulare die nur TomoBilder lesen k nnen ebenfalls in der Lage sind das erste Bild der TomoSerien Dateien anzuzeigen Um eine aufwendige Speicherung von Bin rdaten zu umgehen wurde der schon be schriebene Record Header verwendet Da es sich bei der Datei nicht um eine typi sierte Datei dieses Typs handelt muss dazu allerdings ein kleiner Trick angewendet werden FileHeaderFile File of Header AssignFile FileHeaderFile lt DATEINAME DATUMSKODIERT gt TomoSerien ReSet FileHeaderFile Seek FileHeaderFile FileSize save 1 1 leere Daten anh ngen bis Blockgr e erreicht dann Header ankleben Write FileHeaderFile FileHeader CloseFile FileHeaderFile Dazu wird dieselbe Datei nachdem sie geschlossen wurde erneut ge ffnet Diesmal allerdings als Datei vom Typ File of Header Jetzt kann mit Seek und Filesi ze das Ende der Datei gesucht werden Delphi kontrolliert dabei nicht den Inhalt der Datei Es springt lediglich zum Ende der Datei an die Stelle an der der letzte ganze Datensatz beginnen w rde Dies ist aber bei uns nicht der Fall da unsere abgespei cherten Bilder eine andere Gr e haben als die Datenstruktur Header Es sind des halb immer noch Bilddaten nach dieser Sprungmarke gespeichert Alle
112. n Mit der groben Vorgabe aus dem Diagramm von Seite 21 war jedoch die richtige L sung schnell an Position f nf in der Trefferliste gefunden Fazit Der Algorithmus arbeitet richtig Es kann jedoch vorkommen dass bei ung nstigen Startbedingungen nicht auf Anhieb die richtige Einstellung gefunden wird Deshalb sollte immer zur Kontrolle das Diagramm auf Seite 21 herangezogen werden Realisierung im Quelltext Das grundlegende Problem ist das Vergleichen des aufgenommenen Spektralbildes mit dem idealen Spektrum aus der INI Datei Die Spektrallinien sind sowohl ver schoben als auch gestreckt bzw gestaucht Zudem liegen sie in unterschiedlichen Einheiten vor Pixel und nm Die einzige Gemeinsamkeit ist das Verh ltnis der Abst nde von jeweils zwei Linien paaren Die unit Spektral_AutoDetekt umfasst alle wichtigen Prozeduren und Funktionen um diese Aufgabe zu bew ltigen unit Spektral_Justage beinhaltet die Verwaltung und Reaktion auf Ereignisse Zun chst m chte ich das Augenmerk auf unit Spektral_AutoDetekt lenken Hier sind zwei wichtige Klassen deklariert Auszug aus unit Spektral_AutoDetekt TMerkmal class Wert Single ersterAbstand Single ersteWellenlaenge Single Position TVektor end TErgebnis class links Single rechts Single Vorkommen Integer end Weiterhin werden folgende wichtige Objekte ben tigt Auszug aus unit Spektral_AutoDetekt Bild_Linien TList Speichert die Positionen d
113. n Geschwindigkeits und Gr enverteilun gen von Partikeln im Plasmastrahl mittels Laser Doppler Anemometrie Dis sertation Universit t der Bundeswehr M nchen 1983 18 Reusch A Die Entwicklung eines Laser Doppler Me systems und seine Anwendung bei Verfahren des thermischen Beschichtens Dissertation Uni versit t der Bundeswehr M nchen 1995 19 Streibl T Entwicklung eines bildgebenden Partikeldiagnostikverfahrens zur Untersuchung Thermischer Spritzprozesse Dissertation Universit t der Bundeswehr M nchen 2002 20 Wagner Martens A Hardwareerstellung zur Automatisierung des Plas mabrennerbetriebes mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung SPS Diplomarbeit Universit t der Bundeswehr M nchen 2002 21 Doubeck P Softwareerstellung zur Automatisierung des Plasmabrenner betriebes mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung SPS Diplomar beit Universit t der Bundeswehr M nchen 2002 22 Payling R Optical emission lines of the elements Wiley 0 471 62378 4 Chichester 2000 137 Abgrenzung der einzelnen Arbeiten Eine klare Abgrenzung der einzelnen Arbeiten ist nur schwer m glich Lediglich das Softwareprojekt l sst auf Grund seines modularen Aufbaus eine Trennung zu Aufteilung des Softwareprojektes Folgende Programmiteile wurden im Wesentlichen erstellt von Bj rn Marlow Schrittmotorsteuerung Drehachsenbestimmung Spektrale Justage Grafische berwachung S
114. n Schnittbildern zusammen w hrend in Kap 3 2 die spektroskopi sche Komponente des MeRaufbaus skizziert ist 17 Messverfahren 3 1 Tomografische Komponente Die Methoden der Tomografie werden seit den 70er Jahren haupts chlich in der Me dizin angewendet Sie sind ein wichtiges Hilfsmittel um r umlich aufgel ste Messda ten zu gewinnen Heute hat die Tomografie einen gro en Stellenwert in der Geophysik Verfahrens technik und Materialforschung gerade in Gebieten in denen eine ber hrungslose das Messobjekt nicht beeinflussende Datenaufnahme gefordert wird Man unterscheidet grunds tzlich zwei Arten von Tomografie die Transmissionsto mografie Abbildung 3 10 und die Emissionstomografie Abbildung 3 11 Die Transmissionstomografie hat sich gerade in der Medizin besonders etab liert Das Untersuchungsobjekt wird elektromagnetischer Strahlung z B R ntgenstrahlung sichtbarem Licht Mikrowellen elastischen Wellen z B Ultraschall oder elektrischen bzw sta tischen Feldern z B Magnetfelder bekannter Amplituden und Frequenzen ausgesetzt Ein Empf nger misst die Abbildung 3 10 Prinzip der Transmissions transmittierte reflektierte oder gestreu tomografie te Strahlung Man erh lt somit Mess werte ber die Wechselwirkung der Strahlung mit dem Objekt Die ge w nschten physikalischen Gr en k nnen dann mittels tomografischer Methoden rekonstruiert werden O000 Quelle Objekt S Ba Die Emissionsto
115. n und bewerten Wie Abbildung 3 4 zeigt besitzt das Schallemissionsspektum ausgepr gte Maxima im Bereich weniger kHz 13 Messverfahren und korreliert eng mit dem Spektrum der Bogenspannung Die au erordenlich hohe L rmentwicklung eines konven tionellen Plasmabrenners im Beschichtungsbetrieb beim F4 Brenner bis zu 130 dB A resul tiert also vornehmlich aus der axialen Wanderung des anodi schen LichtbogenfuRpunktes Eine weitere Stabilit tsuntersu chung wurde mit Hilfe einer Hochgeschwindigkeitskamera 12000 Bilder sec durchgef hrt Abbildung 3 5 zeigt deutlich dass sich die variierende Licht bogenspannung und damit die variierende Leistungsaufnahme Abbildung 3 4 Stabilit tsuntersuchung Schallemis im Lichtbogen direkt in der Aus sion pr gung des Plasmafreistrahles niederschl gt Lichtbogenspannung und Kurzzeit Fotografie Diese Ergebnisse zeigen dass sich der Plasmastrahl eines konventionellen Plasmabrenners nur bedingt f r eine tomografi sche Untersuchung eignet Bei dieser Messtechnik ist ein f r wenigstens einige Sekunden stabiles Messobjekt n tig Aller dings l sst sich eine Art mittlere Plasmastrahlauspr gung to Bilder mografisch rekonstruieren wenn DE unase s Belichtungszeit 1 12 ms f r die Belichtungszeit der to mografischen Einzelaufnahmen ein ausreichend gro es Zeitin tervall gew hlt wird Abbildung 3 5 Stabilit tsuntersuchung Kurzzeitfoto grafie Nic
116. nd alle Bildelemente in dieser Art in das Originalbild Liste Bild Original bernommen werden in Bild _Original_Beschneiden de Pixel auf O0 schwarz gesetzt die der Tomoalgorithmus nicht ber ck sichtigt siehe hierzu Abbildung 5 34 Bitmap_Erstellen erzeugt schlie lich das im Original bild angezeigte Bitmap Abbildung 5 34 zul ssiger Bereich Ausschnitt aus Bild_Original_Beschneiden for i 0 to Aufloesung 1l do for j 0 to Aufloesung 1 do if sqrt sqr i Aufloesung 1 2 sqr j Aufloesung 1 2 gt Aufloesung 1 2 then begin Org Bild_Original Items Aufloesung i j Org w 0 end Die Bet tigung des Buttons Fl chenfaktoren berechnen gt Messwerte simulieren startet die Prozedur Flaechenfaktoren_berechnen n w in der unit Tomo grafie Im Anschluss daran werden mit Hilfe der berechneten Fl chenfaktoren die Projektionen aus verschiedenen Richtungen des Objektes simuliert und in die Liste Messwerte_Simuliert abgelegt Prozedur Messwerte_Simuliert_Berechnen im Simubuilder Die genaue Realisierung dieses Vorgangs sei hier nicht weiter erl utert Sie ist Be standteil einer eigenen Diplomarbeit und kann dort nachgelesen werden 2 6 Abschlie end m chte ich noch auf die Erstellung der Items Datei itm eingehen Im Endeffekt verbirgt sich dahinter eine INI Datei es ist die einfachste M glichkeit Daten dieser Art zu speichern Au erdem l sst eine INI Datei die Bearbeitung ber ein
117. nd der angeschlossenen Komponenten anzuzeigen befinden sich in der oberen rechten Ecke zwei Statuspanels Das erste stellt den Status der Mo torsteuerung dar Es hat drei Farben mit folgenden Bedeutungen e Gr n Motorsteuerung ist noch nicht initialisiert e Gelb Programm hat die Kontrolle ber die Motorsteuerung ist jedoch in StandBy e Rot Programm sendet Befehle an die Motorsteuerung und bewegt die Messanordnung Auf diese Weise ist sofort ersichtlich welche Gefahr vom Messaufbau ausgeht So bald der Computer die Kontrolle bernommen hat Anzeige auf gelb darf aus Si cherheitsgr nden nicht am Messaufbau gearbeitet werden 41 Software Bei der Kamera ist die Kodierung anders da diese keine Gefahrenquelle darstellt e Wei Kamera nicht funktionsf hig nicht angeschlossen defekt e Rot Kamera nicht funktionsf hig muss erst gestartet werden e Gelb Kamera initialisiert e Blau Kamera funktionsf hig nimmt allerdings keine Bilder auf e Gr n Kamera zeichnet Bilder auf Im Abstand von f nf Sekunden zeigt dieses Panel die Temperatur der Kamera an Die Betriebstemperatur betr gt ca 50 C Im Bereich von 55 C bis 125 C ist die Kamera funktionsf hig Im vorgegebenen Einsatzfeld ist eine Abk hlung der Kamera ausgeschlossen Deshalb wird vom Programm ab 100 C eine Warnmeldung ausge geben Sp testens dann sollte der Betrieb eingestellt werden und die Kamera wieder abgek hlt werden Rechts unten auf dem Hau
118. ndernde Wellenl ngende tektionsempfindlichkeit der Messapperatur mit ein Es wird in Formel 1 ebenfalls die Selbstabsorbtion der Quelle vernachl ssigt Setzt man thermodynamisches Gleichgewicht voraus lassen sich die besetzten Zu st nde berechnen Thermodynamisches Gleichgewicht ist erf llt sobald die Dichte der freien Elektronen n folgende Bedingung erf llt 3 R EE n 10 m aN Se 2 IK er E Energiedifferenz zum Grundzustand LE Temperatur Der ben tigte Zusammenhang l sst sich mit Hilfe der Boltzmann Statistik angeben E n jet eos Var 3 N amp o n Dichte Besetzungszustand I Ny Dichte Grundzustand k Boltzmannkonstante E Energiedifferenz zum Grundzustand T absolute Temperatur gi statistisches Gewicht Summiert man alle m glichen Energiezust nde k nnen wir die Zustandssumme Z T der Atome definieren Z T ge far 4 Setzt man Gleichung 4 in Gleichung 5 ein so erh lt man die Besetzungswahr scheinlichkeit des i ten Levels bezogen auf die totale Besetzung n FE Z T Die Nettolinienemission Energiefluss je Volumeneinheit in den gesamten Raumwin kel eines einzelnen bergangs setzt sich zusammen aus der Energie eines einzel nen Lichtquants h v der bergangswahrscheinlichkeit A f r diesen spezielle Ar 5 E if bergang und der Teilchendichte n h v TA Ay N 6 Unter Verwendung von Gleichung 5 erh lt man einen Zusammenhang zwischen Linienemission und Plasmatemper
119. ne Abweichung davon ist akzeptabel Wichtig dabei ist dass bei einer sp teren Messung das Messobjekt mit deutlich gr erer Dicke als der des Drahtes stets im Aufnahmebereich der Kamera zu sehen ist Nach Ablauf der Messung stehen die beiden Ergebnisse f r alle anderen Programm teile intern zur Verf gung Vorgehen zur Ausrichtung des Drahtes Standardm ig sind in der Motorsteuerung zwei Motorpositionen zur optimalen Ein stellung des Messobjektes eingerichtet W hlt man diese Positionen aus so kann der Draht bestm glich an der realen Drehachse ausgerichtet werden 64 Software Die Idee Um den Ablauf der Messung verstehen zu k nnen ist es sinnvoll sich ein Schema der Messapparatur vor Augen zu f hren Aufnahmeeinrichtung _ gt Drehachse Draht Aufnahmeeinrichtung Draht Drehachse Winkel Abbildung 5 13 Schema der Messapparatur Die Aufnahmeeinrichtung nimmt an diskreten Stellen die Position des Drahtes auf die dann ber dem dazu geh rigen Winkel aufgetragen wird Es ergibt sich eine idea le Sinuskurve Aus dieser Kurve k nnen Lage der Drehachse und maximale Amplitu de abgelesen werden berpr fung der Genauigkeit und Wichtigkeit der Daten der Drehachsenbestimmung Um die Wichtigkeit einer genauen Drehachsenbestimmung zu verstehen muss man die weitere Verwendung dieser Einstellung im Verlauf einer tomografischen Messung betrachten Im Realen bewegt sich die Messapparatur auf einer Kreisbahn
120. nen verloren gehen Ich entschied mich deshalb f r die einfachere allerdings spei cheraufwendigere Version Die Aufgabe des F llens bestimmter Bereiche im Messwerte Bild bernehmen die Prozeduren TAufarb_Form MalePixel X Y Integer und TAufarb_Form FuelleBereich links rechts Integer Mit TAufarb_Form BildAktualisieren wird dann das ver nderte Bild auf dem Bildschirm ausgegeben Zuletzt soll nun noch betrachtet werden wie das Heranzoomen des ausgewerteten Bildes realisiert ist Nachdem der Button bet tigt wurde wird die Statusvariable Zustand auf zoom gesetzt Mit Linksklick auf Image1 gibt der Benutzer den zu vergr ernden Bereich charakterisiert durch dessen Mittelpunkt an Prozedur TAufarb_Form ZoomImage X Integer Y Integer f hrt nun die Vergr Berung durch Sie durchl uft das urspr ngliche Bitmap nach Zeile und Spalte und belegt jeweils 12 Pixel mit dem Wert eines Pixels aus dem zu vergr sernden Bereich wert tmp 3 Trunc links j 12 tmp Array aus allen Pixeln einer Zeile des Ursprungsbildes links Variable die die Spaltennummer enth lt die den zu ver gr sernden Bereich nach links begrenzt 112 5 6 2 Das Formular Checklist Checklist f r AkinaTomo E Datei Blatt 7 W Flow Controler einschalten Anschl sse FOR Messeinrichtung vorbereiten Yentile einstellen sodass nur eigener Yersuchsstand versorgt wird W Brennersteuerung Wersorgung in Holzbos f r Hochdruckpumpe
121. ng ein eigener Thread erstellt Dieser l uft mit niedriger Priorit t Auf diese Weise wird eine beein tr chtigung des Hauptprogramms verhindert denn das Livebild dient nur zur ober fl chlichen Kontrolle des Kamerabildes Constructor TLiveBildThread Create Suspended Boolean begin inherited Create Suspended Priority tpLowest end Anschlie end wird die Kamera wie im Anhang 7 3 beschrieben initialisiert und Spei cher reserviert Ist das Fenster sichtbar nimmt der TLiveBildThread ein Bild auf und stellt dieses verkleinert auf dem Bildschirm dar Dazu werden die aufgenommenen 12 Bit Werte nicht dauerhaft gespeichert sondern direkt auf 256 Graustufen skaliert und in einer Image Komponente dargestellt Der Aufruf der hierf r notwendigen Funktionen muss als Synchronized erfolgen da die Anwendung selbst in einem anderen Thread l uft und Zugriffskonflikte entstehen k nnten die einen Absturz zur Folge h tten Ben tigt nun ein anderes Formular ein aktuelles Bild wird der Thread dazu aufgefor dert ein Bild in die globale Variable BildDaten12bit zu speichern Dabei handelt es sich um einen Zeiger auf ein zweidimensionales Array der Gr e 640 x 480 vom Typ Word BildDaten12bit PBild PBild TBild TBild array 0 AusWerteBildHeight 1 0 AusWerteBildwidth 1 of Word Das Bild soll allerdings nur von dem Formular bernommen werden von dem es auch angefordert wurde Deshalb wurden zwei Variablen definiert
122. o Detektion lt lt Einstellungen Stecken Stauchen 7 Verschieben 7 en gt ix lt gt i Abbruch __ Eididen mes eN Au swa h NI Voreinstellungen Schrittweite 0 30nm M anue es Neon 6032 INL File einlesen BE I des Muster Einstellen spektrums u a Ein Ausklappen der Einstellungen Cursor mit f r Autodetektion Wellenl n genangabe Neue INI Datei mit Musterspektren einlesen Aufgenomme nes Bild Hier Emissi onsspektrum einer Neon Kalibrierlampe bernehmen der get tigten Ein stellungen in Da tenbank H 4 568 41 nm 635 30 nm Einstellungen f r Auto Detektion Zeilensummen mit detektierten ln I all na Hm Linien des auf i u We genommenen Auswahl m glicher Einstellungen Angezeigter Treffer 1 lt 5 gt L nge Trefferliste 191 S pe ktru ms Trefferwahrscheinlichkeit 3 Bl ttern durch die als m glich empfundenen Einstellungen Beschreibung Mit der Messapparatur sollen spektroskopische Messungen durchgef hrt werden Leider liefert uns die Kamera keine Aussagen ber die aufgenommenen Wellenl n gen Das einzige was wir wissen ist dass der der Kamera vorgeschaltete Spektrograf ein nach Wellenl ngen sortiertes n herungsweise lineares Spektrum bereitstellt Um nun Aussagen dar ber machen zu k nnen welche Wellenl nge wo auf dem Bild zu finden ist wurde dieses Formular entwickelt Breite der Spektrallin
123. oden starken Einfluss auf die Plasmaflamme hat Hierzu wurde zyklisch der Ka thodenanschluss durchgetauscht Effekte durch die externe Verschaltung konnten somit herausgefiltert werden Folgende Skizze des Plasmabrenners verdeutlicht die Verschaltung der Kathoden Eine Tabelle bei jeder Messung zeigt die Kathodenstr me deren Summe aufgrund von Verlusten geringer als der Gesamt lt gt D strom ist M 3 Sj Kathoden 1 Anschlusse Im Normalfall entspricht die Nummer des Anschlusses der Kathodennummer Abbildung 6 6 Bezeichnung der Kathoden und Anschl sse Eingestellte Parameter Gesamtstrom 225A Kaltgasdurchfluss 7SLPM Betriebsdauer siehe bei Einzelmessungen Messung 1 Durchlauf 1 Betriebsdauer 5 Min nach Start Brenner warm _____ Strom A Spannung V 1 138 Pixel 328 Pixel 516 Pixel 320 Pixel 127 Messungen und Ergebnisse Durchlauf 2 Betriebsdauer unmittelbar nach Start abgek hlt Sirom A Sparring V Kathode 1 Kathode 2 Kathode 3 211 Pixel 538 Pixel 211 Pixel Messung 2 Betriebsdauer unmittelbar nach Start noch warm Strom A Spannung V s i WA W Mi 538 Pixel 538 Pixel 128 Messungen und Ergebnisse Messung 3 Betriebsdauer unmittelbar nach Start noch warm Strom A Spannung V Kathode 1 Kathode 2 Kathode 3 538 Pixel 538 Pixel Messung 4 Betriebsdauer unmittelbar nach Start noch warm Kathode 1 Kathode 2 Kathode
124. ography Help NIST Atomic Spectra Database Lines Data Wavelength Ordere Wavelength 6000 3000 He He I He II 107 Lines of Data Found Spec Wavelength Rel Aki Ac I E Ek I Ai Int 10 8s 1 cm 1 cm 1 A l l l l l He I 3013 7 I 40 l l l He I 3187 7332 5 05e 02 B 159856 07760 191217 2633 I4 He I 3187 7444 20t 5 05e 02 B I 159856 07760 191217 1530 l He I 3187 7453 20 5 05e 02 B 159856 07760 191217 1440 4 He II 3202 96 31 l l n x Quelldatei ausw hlen m lt Wavelengh Relt Ak ac _ 7 A EklCooa S Tem si d a Gr a 3000 445 1 5e 00 op p 192712 0576 352 3p4 3P4p 3s2 3p4 3P dd 2D 2D 3 2 3 2 4 4 3028 914 2 3e 00 D 192712 0576 3s2 3p4 3P4p 3s2 3p4 3P dd 2P 2D 1 2 3 2 2 4 3033 508 50 9 9e 02 172213 8800 3s2 3p4 3P ds 3s2 3p41D 4p 2P 2P 172 3 2 2 4 3093 402 50 44e 00 4 192556 9199 3s2 3p4 3P 4p 3s2 3p4 3P 4d 2P 2D 3 2 5 2 4 5 3139 017 5 2e 01 N 43 1622 186891 0398 352 3p4 3P 4p 3s2 3p4l3P dd 4P 4P 5 2 5 2 6 6 3146 426 3e 03 DA 50431622 186816 0494 352 3p4 3P 4p 3s2 3p4 3P 4d 4P 2F 5 2 7 2 6 8 3161 373 1 8e 00 D 1089 3842 192712 0576 3s2 3p4 3P 4p 3s2 3p4 3P 4d 25 2D 1 2 3 2 2 4 3169 668 4 9e 01 C 65351 1209 186891 0398 3s2 3p4 3Pl4p 3s2 3p4 3P dd 4P 4P 3 2 5 2 4 2 3181 037 3 7e 01 C 155043 1622 186470 3608 3s2 3p4 3Pl4p 3s2 3p4 3P dd 4P 4P 5 2 3 2 6 4 3194 230 2 4e 01 D 1550431622 186340 5613 352 3p4 3P 4p 3s2 3p4 3P 4d 4P 4F 5 2 3 2 6
125. peicher des Computers abgelegt sondern dienen nur dazu um ein Monitorbild darzustellen Das wichtigste an diesem Formular ist dass sich hier die Belichtungszeit sowie der Kameramodus einstellen lassen LiveBild Frames sec 5 F amerabelichtungzzeit Belichtungszeit m LiveBild 150 Trigger d Wideo Mode 0 video mode software trigger single asnyc shutter software trigger Abbildung 5 9 Das Formular Livebild Man kann hier zwei verschiedene Aufnahmeverfahren unterscheiden e Video mode software trigger e single aSync shutter software trigger Der f r uns relevante Unterschied ist hier nur die Belichtungszeit Im Videomodus ist sie einstellbar von 10 bis 10 000 ms Im aSync Shutter Modus von 10 bis 10 000 us Deshalb findet der letztere vor allem bei starken Lichtquellen der Videomodus nur bei schwach strahlenden Messobjekten seine Anwendung Die Einstellung er folgt entweder ber den im Feld Kamerabelichtungszeit befindlichen Trackbar mit der Maus bzw ber die sich dort befindliche ComboBox mit Tastatur Zus tzlich k n nen aus der ComboBox noch markante voreingestellte Werte ausgew hlt werden 57 Software Die hier durchgef hrten Einstellungen der Belichtungszeit und des Kameramodus sind f r das gesamte Programm g ltig Auf Grund dessen m ssen sie vor jeder Messung kontrolliert bzw angepasst werden Zur Realisierung des Livebildes wird beim Start der Hauptanwendu
126. ptformular befindet sich ein Meldungsfenster In diesem k nnen von jedem Formular Nachrichten farbkodiert eingetragen werden Dies ge schieht zum Beispiel w hrend der Messung oder wenn globale Werte ermittelt wur den Links unten befindet sich eine Groupbox in der eine Invertierung des aufgenomme nen Bildes vorgenommen werden kann Auf diese Weise kann auch ein Nichtstrah lendes Objekt tomografiert werden Diese Messungen sind sehr gut geeignet zur Er mittlung der Genauigkeit der Messanordnung Nimmt man einen Draht der die Breite genau eines Pixels hat an verschiedenen Positionen auf und vergleicht dann die re konstruierten Positionen mit den realen so l sst dies R ckschl sse auf die Genauig keit der Messanordnung zu s Kap 5 4 4 Zur Auswahl der Unterformulare stehen am oberen Rand des Formulars mehrere Schaltfl chen zur Verf gung Die Formulare sind bei Programmaufruf noch nicht er stellt Sie werden durch Druck auf die Schaltfl che erzeugt und angezeigt und bei erneutem Klick wieder freigegeben Da die Formulare geschlossen werden bleibt die Information nicht erhalten und das Formular wird durch erneutes Anzeigen ver ndert Deshalb speichern alle Formulare wichtige Variablen global um sie bei erneutem Start wieder aufrufen zu k nnen Eine Ausnahme hier bilden die beiden Formulare Motorsteuerung und Livebild Diese beiden Formulare werden einmal erstellt und bleiben dann erhalten Dies ist hier sinnvoll da es sich um zwei Ko
127. r e die vom Spektrografen abh ngt f r alle Linien wird oben links auf diesem Formular festgelegt Eine Tabelle am rechten Formularrand gibt gleichzeitig die linke und rech te Grenze der einzelnen Bereiche an Wurde f r das Spektrum bereits eine spektrale Justage durchgef hrt kann in dieser Tabelle ebenfalls die Mittenwellenl nge des jeweiligen Bereiches abgelesen werden Ansonsten ist diese Spalte leer Durch Rechtsklick auf die Tabelle kann der angeklickte Bereich gel scht werden Wie auch in einigen anderen Formularen k nnen im unteren Bereich verschiedene Falschfarbendarstellungen gew hlt werden bzw es kann die gesamte Anzeige der Bereiche abgeschaltet werden Eine Verschiebung der Bereiche ist allerdings nur m glich wenn diese auch angezeigt werden Das Formular bernimmt die im Hauptformular eingestellten Werte f r Bildinvertie rung und Farbbereichsanpassung Die Darstellung der horizontalen Bereiche wurde durch die dynamische Erstellung von Panels realisiert die in einer eigenen Klasse TMyCustomPanel zusammenge fasst sind und alle in einer Liste gespeichert werden Die Klasse enth lt genau drei Panels eines f r die jeweils linke und rechte Grenze sowie ein Panel f r den Kopfbereich TMyCustomPanel Class Panell TPanel Panel2 TPanel Panel3 TPanel NP TPoint OS Integer Orientation GOrientation Constructor Create Owner TwinControl Nullpkt TPoint Offset Integer Const POrientation GOrien
128. r 1995 entwickelte und seit 1997 indus triell eingef hrte Dreikathoden Plasmaspritzbrenner TRIPLEX 8 arc voltage V 2 time ms Abbildung 2 3 Plasmabrenner Triplex Schema Im Vergleich zum herk mmlichen F4 Brenner der nur ber eine Kathode und eine Anode verf gt besitzt der Triplex Brenner drei Kathoden Auf diese Weise kann der Plasmabrenner mit drei Lichtb gen betrieben werden Die bei F4 Brennern auftretenden Instabilit ten durch azimutahle und axiale Wan derung des Anodenfu punktes werden durch die Kathodenanordnung und die kaska dierte D se des Triplex verhindert Dies f hrt zu einem stabilen Plasmastrahl der vermutlich rotationssymmeftrisch ist Auch dieser Plasmabrenner wird zum Plas maspritzen eingesetzt Das im Versuch verwendete Plasmagas ist reines Argon Es wird durch den ringf r migen Gasverteiler 36x0 8 0 Grad dem Brenner zugef hrt Nach Z ndung des Plasmabrenners durch eine stromstarke Bogenentladung ca 1500 A wird das Plasma durch dauernde Einspeisung elektrischer Leistung aufrechterhalten Vorhandene Messreihen zeigen keine ausgepr gten Wanderungen des Bogenfu punktes und des Plasmafreistrahls 12 Dies ist eine wesentliche Vorraussetzung f r das eingesetzte Messverfahren Deshalb wurde vor allem dieser Brenner zur Durch f hrung der Messungen eingesetzt 10 Messobjekt 2 3 Breitstrahlplasmabrenner vom Typ LARGE Abbildung 2 4 Breitstrah
129. r Datei zus tzliche Verwal tungsinformationen ber die L nge oder Position der einzelnen Strings gespeichert werden Ich w hlte die folgende Struktur Kopfteil Beschreibung Datentyp Anzahl belegter Bytes Anzahl Bl tter Integer 4 Beginn erstes Blatt Longint 4 115 Datentyp Anzahl belegter Bytes je Blatt Beschreibung L nge Titel Integer Titel String Anzahl Edits Integer Edits TTEdit Memo vorhanden L nge Titel Integer Titel String Anzahl der Zeilen Integer optional L nge Zeile 1 Integer Zeile 1 String L nge Zeile n Integer Zeile n String je Edit Beschreibung 4 L nge Titel 4 s Editbeschreibung Boolean 4 als Int gespeichert 4 L nge Titel 4 4 L nge Zeile 1 4 L nge Zeile n Datentyp Anzahl belegter Bytes L nge Titel Titel L nge Inhalt Inhalt Realisiert ist dieses Schema in den Prozeduren ExpToStream Pfad und StreamToExp Pfad WideString die nach Aufruf sofort den deString Integer String Integer String 4 L nge Titel 4 L nge Inhalt Software Wi Inhalt einer Blattliste in einen mit Pfad bestimmten FileStream schreibt bzw aus ihm liest Beispiel Die Checklist bestehend aus einem Blatt Name mit einem Edit Feld Edit und dem Memo Feld Memo beide Felder mit dem String Leer gef llt h tte im gespeicherten Zustand eine L nge von 60 Bytes Anzahl Bl tter Anfang erstes Blatt L nge Titel Blatt1 Titel Blatt1
130. rd Kamerakopf VGA Ca 2 9 W Hardware Der von uns verwendete VGA Sensor hat die in Abbildung 4 3 dargestellte spektra le Empfindlichkeit Spektrale Empfindlichkeiten Typische Werte CE A NHT LAH HD 300 3509 400 450 500 550 600 700 800 900 1000 Wavelength nm Scientific Sensor VGA Sensor Abbildung 4 3 Spektrale Empfindlichkeit VGA Sensor aus Datenblatt Die Kamerasteuerung besteht im wesentlichen aus 2 Dateien Einer vom Hersteller mitgelieferten DLL Pccam dll sowie einer im Rahmen der Diplomarbeit entwickelten Delphi Unit PCO pas in der die dort gespeicherten Grundlagenfunktionen zur Steuerung und Bildaufnahme benutzt werden Um ein Bild aufzunehmen ben tigt man 3 Variablen Camera TCamera pic1 TCamBuf PBild PWordArray Die Variable Camera vom Typ TCamera bernimmt die Steuerung der Kamera Die Variable pic1 vom Type TCamBuf reserviert den f r ein Bild ben tigten Arbeitsspei cher Die Variable PBild vom Type PwordArray erm glicht es dem Benutzer sp ter direkt auf den von pic1 reservierten Speicher zuzugreifen und beispielsweise daraus ein Bild darzustellen Zu erst allerdings muss der korrekte Treiber f r die Kamera geladen werden Came ra Tcamera create lt BoardNr gt Anschlie end erfolgt dann die Initialisierung Camera Init Sobald diese abgeschlossen ist kann der ben tigte Speicherplatz reserviert werden pic1 TCamBuf Create Camera Get_Driver_Hand
131. rd wenn der Motor seine Ausgangsposition er reicht hat bedarf es eines bestimmten Verfahrens Dieses Verfahren soll nun anhand eines Beispiels erkl rt werden Zun chst der daf r notwendige Delphicode FahrEvent Resetkvent if not Terminated then Synchronize Messung_Fahren Anfahren der Positionen while WwaitForSingleObject FahrEvent Handle 1000 lt gt 0 do begin if ABBRUCH_Messung then begin terminate break end bei Bedarf weitere Befehle end Der ganze Wartezyklus l uft eventgesteuert ab Es werden also Botschaften von an deren Programmteilen an den Thread zur Messung geschickt Mit dem Befehl FahrEvent ResetEvent wird daf r gesorgt dass das Event wel ches die abgeschlossene Fahrt anzeigt zur ckgesetzt wird Jetzt kann wie schon erkl rt die Methode zur Fahrt synchronized aufgerufen werden Die folgende while Schleife ist nun f r die Abfrage des Events notwendig Der Befehl waitForSingleObject lt Event gt lt Wartezeit gt h lt den Thread ge nau so lange an bis entweder das Event ausgel st wird oder die Wartezeit abgelau fen ist Dabei wird keine Rechenzeit der CPU ben tigt Die Anwendung kann also weiter ohne St rung ausgef hrt werden Um die Messung dennoch abbrechen zu k nnen wird in der while Schleife zus tzlich eine boolesche Variable abgefragt Ist die Variable ABBRUCH_Messung seit dem letzten Mal durch eine Eingabe auf True gesetzt worden wird nicht mehr weiter gewartet sondern
132. rden Eine optische Kontrolle kann im unteren Teil des Formulars stattfinden ist aber nicht n tig Die Umwandlung der HTML Dateien geschieht dabei durch geschickte Zeilenzerle gung des HTML Quellkodes Eine Unit zum Zugriff der XML Datei ist ebenfalls aus anderen Formularen bereits vorhanden und stellt somit keine Schwierigkeit dar 118 Software 5 6 5 Das Formular Messwerte addieren 15 11 2002 13 17 13 15 11 2002 13 19 54 15 11 2002 13 23 09 15 11 2002 13 26 23 15 11 2002 13 29 02 5 11 2002 13 31 26 15 11 2002 13 34 14 BH 13 36 39 Draht auf 07 1 raht auf 10 aht auf 10 aht auf 270 Abbildung 5 49 Formular Messwerte addieren Um die Justierung der Messapparatur zu unterst tzen wurde dieses Formular entwi ckelt Durch Drahtmessungen kann die Drehachse festgestellt werden Mehrere die ser Messungen lassen eine Aussage ber Abbildungsma stab sowie Koordinaten achsendrehung der Optik zu vgl Abbildung 5 50 Eine Messung an mehreren ge spannten Dr hten ist nicht m glich Eine Invertierung des Bildes hilft nicht da ber lagerte Bildbereiche Aufnahme von mehreren Dr hten bereinander nicht wie Lichtquellen doppelt so hell erstrahlen Die so entstehenden Fehler k nnen nur durch Summierung mehrerer Messreihen durchgef hrt werden Aufl sung Optik Drehung 90 Abstand real 1 5 mm Na Koordinatensystem Messobjekt 1235 i K Koor
133. rdings weniger als ein kompletter Datensatz gro w re Deshalb springen wir zum Ende der Datei und gehen noch einen Datensatz weiter Delphi h ngt hier leere Bytes am Ende der Datei an Jetzt k nnen wir ohne unsere Bilddaten zu vernichten den von uns ge w nschten Header Mit write anh ngen 79 Software Eine hexadezimale Anzeige des Dateiinhaltes verdeutlicht das Prinzip Reine Bilddaten Zeile Hexadezimal dargestellter Inhalt Bilddaten 06977FFO 04 01 10 01 09 01 13 01 10 01 11 01 08 01 13 01 Bilddaten und Header Zeile Hexadezimal dargestellter Inhalt S Bilddaten 06977FF0O 04 01 10 01 09 01 13 01 10 01 11 01 08 01 13 01 06978000 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 m Leerer Pufferplatz 069781B0 00 00 00 00 00 00 00 00 48 CE 7 4 9A 71 60 E2 40 se weitere Daten 069783E0 40 OB 8C 00 79 3C 42 00 81 3C 42 00 90 F3 12 00 Die Gr enzunahme laut Dateibrowser betr gt hier 1 008 KB Die Vergr erung der Datei von nur einem KB liegt somit noch innerhalb der Zuordnungseinheitengr e von Windows und somit in einem Bereich der bei nahezu allen Windowssystemen sowieso nicht benutzbar w re Das Laden der Headerinformation geschieht auf die gleiche Weise wie das Spei chern ffnen der Datei Dateizeiger auf den letzten Datensatz setzen und Lesen in eine leere Variable vom Type Header 80 Software 5 4 7 Das Formular Spektrale Justage Spektral Justage E Kamerabild holen Aut
134. reibung in Stichworten Seite 28 11 02 Testmessung sehr schlechte Qualit t der Messdaten Vermutung Fehlz ndung bei Start daraus folgend Toriumverar mung in den Kathoden 05 12 02 Messreihe bestehend aus zwei Einzelmessungen 125 Variation des Kaltgasdurchflusses bis kalte Seele deutlich sicht bar 09 12 02 Messreihe bestehend aus vier Einzelmessungen 127 Zyklisches Durchtauschen der Kathodenanschl sse 05 03 03 Zwei Messungen mit je zehn Einzelmessungen bei denen die 131 Plasmabrennercharakteristik auf ihre Temperaturabh ngigkeit un tersucht werden soll 10 03 03 Eine weitere Messung die das Ergebnis der Messungen ami 132 05 03 03 unterstreicht 11 03 03 Messung an drei verschiedenen horizontalen Positionen Die einzelnen Messungen werden durch viele u ere Faktoren beeinflusst Diese k nnen regulierbar sein wie Kathodenstrom Kaltgasdurchfluss oder Drall des Plas magases Sie k nnen allerdings auch nicht kontrollierbarer Natur sein wie Unter schiedliches Abbrennen der Kathoden statistisches Zustandekommen des Lichtbo genfu punktes oder Verf lschung aufgrund thermischer Ver nderung des Brenners Die tomografische Emissionsspektroskopie bietet hier einige hilfreiche M glichkeiten diese Effekte zu beurteilen Um die verschiedenen Messergebnisse deuten zu k n nen ist es wichtig das Messobjekt in seiner Funktionsweise zu verstehen Aus die sem Grund wird hier eine kurze Einf hrung gegeben
135. reich in helligkeitsabgestufte Spektralbalken 103 Software aufgetragen Diese k nnen dann mit den Messwerten verglichen werden die eben falls am unteren Bildrand aufgetragen sind Um eine Vergleichbarkeit zu gew hrleis ten wird dabei automatisch die linke und rechte Grenze des Anzeigenbereiches auf die vor der Messung eingestellten Randwerte gebracht Durch Variation der Tempe ratur ver ndert sich die Intensit t der einzelnen Linien Auf diese Weise kann die Messung mit den unterschiedlichen berechneten Werten verglichen werden und kann eine erste Aussage ber die Temperatur des Plasmas getroffen werden Die verwendeten Argonlinien werden aus einer im Internet verf gbaren Datenbank NA entnommen Um sie sp ter schneller und einfacher verwalten zu k nnen werden diese Daten mit Hilfe eines einfachen Konvertierungsprogramms in eine XML Datei umgewandelt lt Daten Gastype Ar T gt lt Werte Spec Ar I WaveLength 3406 180 Rellnt A_ki 3 9e 03 Acc D E_ i 95399 8276 E k 124749 805 Configura tions 352 3p5 2P lt 1 2 gt 4s 352 3p5 2P lt 1 2 gt 7p Terms 2 1 2 2 1 2 J je 7 J K 0 g_i 3 g_k 1 _Type TP_Refs 8n Line_Refs gt lt Daten gt Abbildung 5 36 Datenbankstruktur Argon vgl Hauptdatenbank Das Formular berechnet alle notwendigen Daten und stellt dies normiert dar Auf die se Weise m ssen die in Gleichung 9 enthaltenen Konstanten nicht berechnet wer den da sie durc
136. renztahrt TN Fositiansabfrage Auf Arbeitspositon Fahren Horizontal Aktuelle Position 0 00 cm EI l I 1 1 1 1 1 1 1 I l Drehen Aktuelle Fositior 64 62 Grad ee zZ Postion zuweisen Stop Manuelle Einstellunge Geschwindigkeit 2700 Schrittes Angezeigte Einheit em Grad Abbildung 5 6 Das Formular Schrittmotorsteuerung Beschreibung Dieses Formular bildet die Schnittstelle zu den beiden f r Fahr bzw Drehbewegung eingesetzten Schrittmotoren Es bietet einige M glichkeiten sie an die jeweiligen Anspr che angepasst anzusteuern Der Ablauf der bei einem Neustart des Programms vorzunehmenden Einstellungen 1 Auswahl des Com Ports an dem die Steuerung angeschlossen ist 2 Durchf hren einer Referenzfahrt oder einer Positionsabfrage Worauf muss geachtet werden Bei jeder Bewegung muss darauf geachtet werden dass die Apparatur nirgends an st t und blockiert Die Schrittmotoren haben keinen berlastschutz und k nnen so bleibenden Schaden davontragen Des weiteren ist zur exakten Drehbewegung zwi schen Motor und Trommel ein Getriebe mit gro er Untersetzung 100 1 angeschlos sen Bei Ansto en der Trommel reicht das dadurch verst rkte Drehmoment des Mo tors aus die Achse abzudrehen Im normalen Betrieb stellt die Software bestm glich sicher dass die Grenzpositionen nicht erreicht werden k nnen aber gerade bei der Referenzfahrt kommt es darauf an dass all
137. rheitsgr nden das Timerintervall auf 500 ms heruntergesetzt bis die Temperatur wieder gesunken ist Die Betriebstempe ratur der Kamera pendelt sich auf etwa 50 C ein Dies geschieht schon wenige Mi nuten nach Einschalten des Computers Wie erste Tests ergeben haben erfolgt auch bei geschlossener Kameraschutzbox und laufenden Plasmabrennermessungen kei ne Erh hung der Temperatur Es sind deshalb auch keine Beeintr chtigungen der Messung auf Grund von Temperaturschwankungen der Kamera zu erwarten Ein w hrend der Entwicklung nicht zu l sendes Problem stellt die Verz gerung beim Umstellen der Belichtungszeit dar Es kann nicht gew hrleistet werden dass eine Neueinstellung der Belichtungszeit erfolgreich war Um die gew nschte Belichtungs zeit dennoch sicher einzustellen wird berpr ft ob die Einstellung korrekt bernom men wurde Ist dies nicht der Fall wird die Einstellung wiederholt bis die gew nschte Belichtungszeit gesetzt werden konnte Dies kann zu Verz gerungen im Sekunden bereich f hren 59 Software 5 4 3 Das Formular Aufnahme Kamerabild Zeilensumme Fercent 33 amp L O e T Automatisch n Bild speicher Kamerabild holen Bild laden Kamerabild pollen ExpSteuerung Screenshots anzeigen Aufnahmezeitpkt 2452628 04 19 12 2002 13 07 13 2452629 09 19 12 2002 14 13 29 2452628 09 19 12 2002 14 17 27 Abbildung 5 10 Das Formular Aufnahme Abbildung 5 10 zei
138. rite SetSUmmiertezZeilen property Linienbreite Integer read Libr write SetLinienbreite property AusleseBereichOben Integer read ABeO write SetAusleseBereichOben property LinkewWL Double read LiWL write SetLinkeWL property RechteWL Double read ReWL write SetRechteWL property Bemerkung WideString read Beme write SetBemerkung property MotorPos Index Integer Integer read GetMotorPos write SetMotorPos property SpektralDaten Index Integer Integer read GetSpektralDaten write SetSpektralDaten property SpektralDatenCount Integer read GetSpektralDatenCount property MotorPosCount Integer read GetMotorPosCount property TodZeit Integer read TodZ write TodZ property SaveAll Boolean read SaAl write Saal procedure MotorPosAdd Value Integer procedure MotorPosClear procedure SpektralDatenAdd Value Integer procedure SpektralDatenClear Constructor Create procedure UpDate procedure UpDateAusleseBereiche Data TStringList procedure SpektralDatenEliminateMulti end 48 Software Diese Klasse speichert w hrend des Programmablaufs die Daten des Programms Sie bildet den zentralen Zugriffspunkt f r alle anderen Programmteile die aktuelle Einstellungsinformation ben tigen Ein einfacher Record reicht hier nicht aus Es muss sichergestellt werden dass keine ung ltigen Daten aufgenommen werden k nnen Deshalb wurde hier auf die M glichkeit von Property s zur ckgegriffen F r den Ben
139. river for Delphi 2 0 v1 08 32 November 19th 1997 Eric Grange OpenGl Library Copyright 2000 2002 www GlScene org 38 Software HAUPTFORMULAR DATENBANK GLOBALE TYPEN VARIABLEN ee S e MESSUNG VMOTORSTEUERUNG TOMO AUSWERTUNG oem F __srocmunsrc Te Senenensoronser Perosa arona BILDBEREICH AUSW HLEN 3DBRowser AUFNAHME GRAFISCHE BERWACHUNG Abbildung 5 1 Zusammenspiel Funktionseinheiten Abbildung 5 1 zeigt das Zusammenspiel der beiden gro en Funktionsgruppen sowie ihre Verbindung zur Datenbank Die Pfeile zeigen die Richtung des Datenstromes an Aus Gr nden der bersichtlichkeit wurde in der Darstellung auf Hilfsformulare ver zichtet In den anschlie enden Kapiteln werden nun alle Formulare und ihre Aufga ben beschrieben 39 Software TTimage Header f r Serienbildbrowser TMessDaten ZCT pas Globale Variablen und Konstanten Routinen f r die Aktualisierung der grafi schen berwachung Mainframe pas Globals pas Livebild pas PCO pas Motorsteuerung pas Hilfe pas Aufnahme pas Drehachsenbestimmung AutoJustierung pas g Q m 49 O eb gt x g Q fa gt Q O D 0p 2 g Q D UJ Q ma N O eb 2 Bildbereich ausw hlen BilBer_Ausw pas Spektral_Justage pas Spektral_AutoDetekt pas Grafische berwachung Ueberwachung pas sed s
140. rsprechend es konnten reproduzierbar charakteristische Strukturen im Plasmafreistrahl eines Brenners vom Typ TRIPLEX nachgewiesen werden Bez glich der spektroskopischen Auswertung der Ergebnisse zur Plasma temperaturbestimmung sind im Software Projekt bereits alle wesentlichen Kompo nenten enthalten Die daf r ben tigten umfangreichen Me Rreihen k nnen mit dem jetzt verf gbaren Mefsaufbau problemlos durchgef hrt werden 135 Literaturverzeichnis 8 Literaturverzeichnis 1 2 3 4 gt 6 7 8 9 Pock S Bestimmung der Intensit tsverteilung von Plasmastrahlen mittels Computertomographie Diplomarbeit Universit t der Bundeswehr M nchen 1997 Schwinn R Weiterentwicklung von Rechnerprogrammen der Plasmadi agnostik Diplomarbeit Universit t der Bundeswehr M nchen 1998 Schindler N Entwurf und Aufbau eines Me platzes zur tomographischen Diagnostik an Plasmastrahlen Diplomarbeit Universit t der Bundeswehr M nchen 1998 Jochen P S Mark Realisierung der Optik und Entwicklung der Software zur Steuerung des Me platzes Diplomarbeit Universit t der Bundeswehr M n chen 1999 Kohler Bernd Untersuchungen am Plasmastrahl mittels Emissionsspektro skopie Diplomarbeit Universit t der Bundeswehr M nchen 1989 Bappert Andreas Tomografische Bildverarbeitung zur lokalen Bestimmung der Emissionskoeffizienten von Plasmastrahlen Diplomarbeit Universit t der Bunde
141. rt 15 08 12 Positionsabfragel Ergebnis horizontal 811 drehen 700 15 15 21 Spektrale Grenzen ge ndert Alt linke Kante 0 00 nm rechte Kante 0 00 nm 15 15 21 Neu linke Kante 577 00 nm rechte Kante 634 70 nm 15 26 08 Drehachse bei 244 00 eingestellt 15 29 51 MESSUNG BEGINNT 15 44 02 MESSUNG BEENDET 15 44 52 MESSUNG BEGINNT 15 48 11 MESSUNG BEENDET 15 49 14 MESSUNG BEGINNT 15 52 28 MESSUNG BEENDET 15 52 39 MESSUNG BEGINNT 15 55 53 MESSUNG BEENDET Anzeigebereich f r un tergeordnete Formulare Globale Invertierung Bild invertieren 0 lt Graustufen lt 4095 Informationsfeld 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Abbildung 5 3 Das Hauptformular Das Hauptformular hat die Aufgabe Statusinformationen ber die beiden externen Komponenten der Steuerung Motor und Kamera zur Verf gung zu stellen und dient als zentrale Steuereinheit Von hier k nnen alle Unterformulare gestartet und ge schlossen werden Es bietet zus tzlich in der unteren rechten Ecke ein Informations feld in dem w hrend der Programmausf hrung wichtige Meldungen ausgegeben werden k nnen Um Testmessungen durchf hren zu k nnen gibt es eine M glichkeit durch globale Invertierung der aufgenommenen Bilder auch nichtemittierende Mess objekte wie z B Stecknadeln aufzunehmen um die r umliche Aufl sung der Mess anordnung zu verifizieren Ebenfalls verhindert es einen Mehrfachstart des Pro gramms Um den Zusta
142. s Informationsfensters wurde als RichEdit realisiert In diesem ist es ohne Probleme m glich farbkodiert zu schreiben Daf r ist die public Pro cedure NOTIFY zust ndig procedure TMainframe_Form NOTIFY Text String Const Color integer clBlack Const Stil TFontStyles Const DeleteLast Boolean False begin if DeleteLast then Info Lines Delete Info Lines Count 1 Info SelAttributes Style Stil Info SelAttributes Color Color Info Lines Add TimeToStr Time Text Diese Procedure wird mit mehreren Parametern aufgerufen e Text Anzeigetext im Feld e Color Farbe des Textes Voreinstellung schwarz e Stil Formatierung des Textes wie Fett oder Kursiv Voreinstellung keine e DeleteLast L schen der letzten angezeigten Zeile Voreinstellung nicht l schen Nachdem die Attribute gesetzt wurden wird der Text mit aktueller Systemzeitangabe in das Informationsfeld geschrieben Um unterscheiden zu k nnen welches Formular invertiert dargestellt werden muss steht die Procedure FormNeuMalen zur Verf gung TMaleFunction procedure of Object TMale Record Target TMaleFunction Sender Boolean end malArray array of TMale procedure TMainframe_Form FormNeuMalen var i Integer begin for i 0 to Length MalArray 1l do begin if MalArray i Sender then MalArrayli Target end end Jedes Fenster das die M glichkeit hat sinnvoll invertierte Daten darzustellen kann sich bei seiner Erst
143. s wandern Deshalb konnte man bei den Messungen vom 05 03 03 nur wenig erkennen da die Einfl sse jedes Licht bogens bei geringem Kalgasdurchfluss zu nur einem Maximum verschmelzen 132 Messungen und Ergebnisse Messreihe am 11 03 03 Diese Messung nimmt den Plasmastrahl des Triplexbrenners an drei verschiedenen horizontalen Positionen auf Es werden dabei alle Bilder gespeichert um eine Aussa ge ber die r umliche Form des Plasmafreistrahls zu erhalten Eingestellte Parameter Gesamtstrom 200A Kaltgasdurchfluss 7 SLPM Betriebsdauer ca 15 Minuten nach Brennerstart Einstellung der Aufnahme Aufl sung 180 Schritte Aufgenommenen Linien Aufzeichnung gesamte Messung Einstellungen der Auswertung Aufl sung 180 Linienbreite 14 Summiierte Zeilen 2 nahe am Plasmabrenner 5 mm 10 mm entfernt entfernt Deutung der Ergebnisse Wie in vorherigen Messungen gezeigt wurde ist hier keine Instabilit t auf Grund der Ver nderung des Plasmabrenners zu erwarten Auch die Messapparatur wurde aus reichend gek hlt und geht ebenfalls nur als konstanter Faktor ein Die Messungen sind somit direkt vergleichbar 133 Messungen und Ergebnisse Die Bilder zeigen optisch nur geringe Unterschiede Dies liegt an der Normierung der dargestellten Bilder Tragt man die Messwerte spektral auf und normiert ebenfalls auf die st rkste Spekt rallinie so zeigen sich kleine Unterschiede Die jeweiligen ausgewerteten Messwert
144. sObjekt Simulation Aufloesung 180 KameraModus artificial Kamera Belichtungszeit 0 ZeileDerDrehachse 0 SummierteZeilen 0 Linienbreite 0 Auslese BereichOben 0 LinkeWL 0 RechteWL 1 Bemerkung Simulation vom 04 10 2002 10 39 27 gt lt Einzelmessung MotorPos 0 SpektralDaten 0 Iterationsschleifen 10 Auf nahmeDaten MessDaten 2452551 94406674 0 0 AusgewerteteDa ten MessDaten 2452551 94406674 0 0 DONE gt lt DatenSatz gt lt Datenbank gt Abbildung 5 4 Gliederung XML Datei Datenbank xml angezeigt durch Microsoft Internet Explorer Version 6 Bsp Simulierte Messung Die Struktur besteht aus nur 3 Tags lt Datenbank gt lt DatenSatz gt sowie lt Einzelmes sung gt Der Tag lt Datenbank gt bildet hier die Dokumentenwurzel document root Es kennzeichnet den Beginn und das Ende des gesamten Dokuments Der Tag lt DatenSatz gt schlie t genau eine vollst ndige Aufnahme also eine gesamte Messung mit allen Spektrallinien und Motorpositionen ein Er enth lt somit stets min destens einen Tag lt Einzelmessung gt der eine Messung repr sentiert eine Spektral linie an einer bestimmten Motorposition Der Tag lt DatenSatz gt enth lt folgende Attribute Identifier Aufnahmedatum im julianischen Format MessObjekt Name des Messobjektes Aufloesung Aufl sung der Messung KameraModus Kameraaufnahmemodus aSync Video aritficial KameraBelichtungszeit Eingestellte Belicht
145. saowejegq Messung pas EinstellungenXML pas MotorPos pas f f Messung_LAUFT pas Tomografische Auswertung MessDatenBrowserXML pas E sed s yeIBowoL MessDatenAufarbeitung pas F Spektroskopische Auswertung pas F Serienbildbrowser Bildbetrachter pas E Simulation pas f EZ Simu Builder pas 3D Browser GLBrowser pas Messwerte addieren Ueberpruefung pas f HTML_XML_Converter pas BoltzmannPlot pas F Abbildung 5 2 bersicht ber die Zusammenh nge zwischen den Projektdateien INX TIWLH C e lt o mi D gt A D D 7 Erl uterung Fette Umrandung Die Unit hat eine eigene Form D nne Umrandung Die ist lediglich ein Hilfskonstrukt und hat keine eigene Form Ein fetter schwarzer Pfeil bedeutet dass die Form bei Programmstart geladen wird 40 Software 5 1 Das Hauptformular M Justage und Datenaufnahme z Motorsteuerung Drehachsbestimmung Messung Livebild Bildbereich Ausw hlen Datenverarbeitung Simulation tomografischer Messdaten 3D Browser Tomografische Auswertung Spektroskopische Auswertung Aufnahme Spektral Justage Checklist Auswahl der Unterformulare sg berwachung Wenbildbrowser 15 08 09 ffne Datenbank beendet 15 03 09 AdminMode aktiviert I 15 05 09 Letzte nderung am Quellcode 10 03 2003 um 15 03 18 Statusanzeigen 15 08 12 ComPort 1 eingestellt Steuerung initialisie
146. schiedenen Zust nde ist die Klasse TStatusAufbau in Globals Da die berwachungs Form erst dann erstellt wird sobald sie auf dem Bildschirm dargestellt werden soll m ssen die einzelnen Zust n de in dieser Klasse extern gespeichert werden Ausschnitt aus Globals type TQuelle INIT vonGlobals Motor Kamera Drehachse Messung Tstatue record Quelle TQuelle MotorReferenziert Boolean KameraInitialisiert Boolean Drehachseeingestellt Boolean MessungLaeuft Boolean end TBewegungsStatus record Posx PosY Integer zielX ZielY Integer GeschwX GeschwY Integer end TStatusAufbau class public StatusAktuell TStatus Bewegungsstatus TBewegungsstatus procedure WriteBewegungsStatus const Value TBewegungsstatus procedure MotorbewegungSTOP procedure WriteStatus const Value TStatus end In TStatus sind alle Zust nde gespeichert Da jedoch die Motorsteuerung lediglich MotorReferenziert ver ndern darf usw beinhaltet TStatus auch die Quelle von der die Anforderung zur nderung des Zustands kommt TBewegungsStatus wird nur von der Motorsteuerung ver ndert hier wird der Be wegungszustand festgehalten 95 _ Software 5 5 Datenverarbeitung 5 5 1 Das Formular Tomografische Auswertung Tomographische Auswertung Mess bjekt Zeile der Drehac Tomografische Auswertung Summierte Zeilen 07 10 2002 12 19 20 Simulation 180 artificial 0 0 Anzahl der 10
147. sein l sst sich auch das Durchdrehen der beiden R hren ausgleichen Um die beiden R hren zu fixieren k nnen sie mit einer Feststellschraube gegeneinander blockiert werden Die Kamera ist dabei auf die R hre mit einem C Mount Gewinde aufgeschraubt Der Spektrograf wurde mit 2 Komponentenkleber dauerhaft mit der Halterung verbunden 29 Hardware 4 2 Abbildungseigenschaften der Optik An die Optik der Tomografieapparatur sind einige wesentliche Bedingungen ge kn pft e Der Schnitt durch die Plasma Flamme muss exakt rechtwinkelig zur Drehachse der Messtrommel sein da sonst falsche Messwerte aufge nommen werden Fehlerquelle_a Der graue Pfeil mar kiert die Richtung aus der aufge nommen wird Da diese Richtung nicht senkrecht auf der Brennachse liegt verdeckt der Brenner einen Teil der Flamme CI s a Abbildung 4 5 Fehler durch berdecken Fehlerquelle b Der Brenner brenne in Richtung der Drehachse Das gr ne Raster symbolisiert einen Schnitt bei 0 die rot schwarze Fl che einen Schnitt bei 20 Es sollte aber bei je der Winkelposition der gleiche Schnitt durch die Flamme betrachtet werden Hier variieren die Schnitte was eine mit dem Verkippungswinkel zunehmende Unsch rfe bewirkt welche die Messergebnisse stark verf lscht Abbildung 4 6 Unsch rfe e Die gesamte Optik darf sich infolge thermischen Einflusses auf die Mess apparatur nicht ver ndern e Es d rfen ke
148. smas zu erhalten In der Mitte des Formulars lassen sich die vorher im Einstellungsbereich ausgew hl ten Nettolinienemissionen darstellen Grundlage der Berechnung sind auch hier die dem Programm zur Verf gung stehenden tabellierte Werte Im untern Bild werden dann die vom Versuchsaufbau aufgenommenen Werte dargestellt Es handelt sich auch bei vollst ndig aufgezeichneter Messung nur um die Linien die in der Daten bank gespeichert sind Beide Bilder sind auf die jeweils st rkste Linie normiert und ber der Wellenl nge in nm aufgetragen Die wichtigste der hier sichtbaren Darstellungen ist allerdings die Darstellung in der rechten oberen Ecke Es handelt sich hier um die in Kapitel O vgl Gleichung 9 Abbildung 3 16 hergelei tete Beziehung Bei tabellierten Werten blau wie hier ergibt sich eine Gerade Auch bei Auswertung der Messwerte rot muss eine Gerade entstehen Sollte dies nicht der Fall sein muss festgestellt werden welche Gr nde wahrscheinlich Auswerte o der Messfehler dies hat 117 Software 5 6 4 Das Formular HTML Konverter E NIST Atomic Spectra Database Data Microsoft Internet Explorer Datei Bearbeiten Ansicht Favoriten Extras w ck z O x e A Suchen Favoriten medien sl I 8 Adresse 4 C Dokumente und Einstellungen Spectre Desktop 2003_02_26_DA_Aktuell 2003_03_10_akina_tomo_n eulSpectraDatal Sem Dara Information A SD Lines Levels sin ds Bibli
149. steht ebenfalls zur Verf gung Wurden die Bilder mit einer sehr hohen Aufl sung aufgenommen k nnen niedrigere Aufl sungen ebenfalls ausgewertet werden 97 Software Die Scrollbar unter dem Vorschaubild zeigt alle Bilder der Reihe nach auf dem Formular links oben in Originalgr e an Auf diese Weise k nnen Aufnahmefehler Instabilit ten der Quelle etc festgestellt werden Damit dieses Formular eingesetzt werden kann m ssen alle Bilder w hrend der Messung aufgenommen worden sein Da dabei gro e Datenmengen entstehen ge schieht dies nicht automatisch Eine Auswertung in einer anderen als der aufgenommenen Aufl sung ist nur m g lich wenn die neue Aufl sung ganzzahlig durch die alte teilbar ist Nur dann entste hen keine Auswertungsfehler da f r den Tomografiealgorithmus Aufnahmen in ei nem Sektor von 180 gleichverteilt vorliegen m ssen berz hlige Aufnahmen wer den dabei einfach bersprungen Die Menuleiste im Kopfbereich des Formulars gibt die M glichkeit einen neuen Da tensatz zu laden die Bilder auszuwerten und zu speichern O8 Software 5 5 3 Das Formular Simulation tomografischer Messdaten Einstellung der Aufl sung GroupBox zum Bearbeiten der einzelnen Bildelemente Messwertsimulation Urkprung Erstellen huflcsung 120 Gauss 1 links oben Fositian 3058 Fositian r 43 956 Breite fi 2 000 H he fi 2 000 Helligkeit 75 bi bernehme
150. sungen zusammengestellt die das Po tential der vorgestellten Messapparatur erahnen lassen Messobjekt 2 Messobjekt Den verwendeten Plasmabrennern liegt ein gemeinsames Funktionsprinzip zu Grun de Abbildung 2 1 zeigt dieses Operation of a conventional plasma spray torch 1 powder injection 1 plasma gas H conling M water cathode workpiece Operational parameters Arc current 500 1000 A power SI Jpply Arc voltage 20 50 Y Plasma gas primary Ar He secondary N H Spray powder Particle size 10 100 pm Material plastics metals ceramics Abbildung 2 1 Funktionsprinzip Plasmabrenner Die Leistungseinspeisung erfolgt elektrisch ber einen station ren stromgepr gten Lichtbogen Kaltes Gas durchquert den Lichtbogen und wird zum Plasma aufgeheizt Das daraus resultierende Sto dominierte thermische Plasma befindet sich im thermi schen Gleichgewicht bei einer einheitlichen Plasmatemperatur von einigen 1000 K bis wenigen 10000 K Messobjekt 2 1 Standardplasmabrenner vom Typ F4 Eines der Arbeitspferde in der Industrie ist der Plasmabrenner vom Typ F4 Eine ty pische Elektrodengeometrie zeigt die folgende Abbildung Plasma torch type F4 Sulzer Metco cathode Abbildung 2 2 Plasmabrenner Typ F4 Sulzer Metco Die Kathode sowie die Anode bestehen aus Kupfer die Kathodenspitze und die A nodeninnenwand aus hochschmelzendem Wolfram Auf diese Weise k nnen die ho hen thermischen Be
151. swehr M nchen 1995 Ahoyo Maxime Tomographische Emissionsspektroskopie Inbetriebnahme eines neuentwickelten Versuchsstandes Diplomarbeit Universit t der Bun deswehr M nchen 1999 Zierhut Jochen Entwicklung von Diagnostikverfahren zur Optimierung von Plasmaspritzsystemen Dissertation Universit t der Bundeswehr M nchen 2000 isert electronic Schrittmotorantrieb Interfacekarte 4 0 Bedienungsanlei tung Eiterfeld 1988 10 SOLAR TII SL 100 Lens Spectrograph User s Manual Minsk 1996 11 Data Translation UM 14358 A MACH Series DT3152 Bedienungsanleitung 12 Haslbeck Peter Entwicklung eines Dreikathoden Plasmaspritzbrenners unter Anwendung adaptiver plasmadiagnostischer Methoden Dissertation Universit t der Bundeswehr M nchen 1995 13 Hartmann R Entwicklung eines Breitstrahl Plasmabrenners zur Behandlung planarer Oberfl chen Dissertation Universit t der Bundeswehr M nchen 2000 14 National Institute of Standards and Technology http physlab2 nist gov 100 Bureau Drive Stop 8400 Gaithersburg Maryland 20899 8400 136 Literaturverzeichnis 15 Fischer Wolgang Flammenanalyse mittels tomografischer und multispektra ler Bildverarbeitung Dissertation TU Hamburg Harburg 1992 16 Forster G Bestimmung von Parametern thermischer Plasmen mittels Thomsonstreuung Dissertation Universit t der Bundeswehr M nchen 1995 17 Mayr W Bestimmung der lokale
152. t die Aus wahl der Spektrallinien Eine genauere Erl uterung erfolgt in den folgenden Kapiteln TMyCustomPanel Class Panell TPanel Panel2 TPanel Panel3 TPanel NP TPoint OS Integer Orientation GOrientation Constructor Create Owner TWinControl Nullpkt TPoint Offset Integer Const POrientation GOrientation aVertical Const Visible Boolean True Destructor Destroy override function getDaten TStrings procedure BreiteSetzen Offset Integer procedure BringToFront procedure verschieben X Integer function Sort Iteml Item2 Pointer Integer procedure MoveTo X Integer procedure Hide procedure Show 50 Software 5 3 Die Datenbank Tomografische Emissionspektroskopie Die aufgenommenen und ausgewerteten Daten werden durch das Programm in einer XML Datei gespeichert Um die Datenbankgr e zu minimieren wurden jedoch die durch die Kamera aufgenommenen sowie durch die Tomografie ausgewerteten Da ten selbst in einzelne Dateien ausgelagert Auf diese Weise steht mehr Arbeitsspei cher f r die speicherintensive Auswertung zur Verf gung Die XML Extensible Mar kup Language Sprache hnelt sehr stark der weit verbreiteten HTML Sprache die f r Internetseiten eingesetzt wird Sie kann genauso wie diese mit einem einfachen Editor betrachtet und ver ndert bzw mit einem Webbrowser angezeigt werden lt Datenbank gt lt DatenSatz Identifier 2452551 9440667 Mes
153. tation aVertical Const Visible Boolean True Destructor Destroy function getDaten TStrings procedure BreiteSetzen Offset Integer procedure BringToFront procedure verschieben X Integer function Sort Iteml Item2 Pointer Integer procedure Hide procedure Show procedure MoveTo X Integer Im Constructor werden gleich bei der Erstellung alle notwendigen Merkmale ber geben z B Orientierung horizontal oder vertikal die Position und das Hauptfenster in dem sie dargestellt werden sollen Die einzelnen Methoden dieser Klasse erlauben ein Verschieben Ver ndern der Breite Sortieren der Panels und Auslesen der Paneleigenschaften Sollen sich Panels mit der Maus bewegen lassen so muss bei ihrer Erstellung wie im folgenden Codeabschnitt beschrieben eine dementsprechende Mouse Funktion geschrieben und zugewiesen werden tmp TMyCustomPanel tmp Panel3 OnMouseDown PanelMouseDown tmp Panel3 OnMouseUp PanelMouseUp tmp Panel3 OnMouseMove PanelMouseMove 70 Software Diese Funktionen bestimmen dann das Verhalten der einzelnen Panels In unserem Fall erlauben sie eine Bewegung auf dem Kamerabild entweder in horizontaler oder vertikaler Richtung bis zur Bildgrenze 5 4 6 Das Formular Messung Messung Messobjektname Spektr allampeb032 Neon Bemerkungen keine Das Formular Messung bietet ei ne Zusammenfassung aller f r die a Messung ben t
154. thodenstrom um so stabiler ist die Plas maflamme gute Ergebnisse bei Gesamtstrom 2254 3 754A Kaltgasdurchfluss bei ca 7 SLPM Argon werden die einzelnen Lichtb gen so weit auseinandergetrieben dass der Einfluss jeder Kathode im Plasmafreistrahl sichtbar wird Betriebsdauer Gibt die Betriebsdauer des Brenners vor Messungsbeginn an da es Ver nderungen des Plasmastrahls bei w rmer werden dem Brenner geben kann soll noch untersucht werden e _ _Aufgenommene Wellenl nge wichtig f r sp tere spektroskopische Auswer tungen Sie wird entweder in nm nur falls Spektraljustage durch gef hrt wurde angegeben oder in Anzahl der Pixel vom linken Bildrand entfernt 124 Messungen und Ergebnisse Messung am 23 11 02 Eingestellte Parameter Gesamtstrom 200A Kaltgasdurchfluss 3SLPM Betriebsdauer Messung unmittelbar nach Start Ergebnisse Interpretation der Ergebnisse Eine Vermutung ist Nach einer Fehlz ndung durch fehlerhaftes Startkabel kam es in den Kathoden zu einer Toriumverarmung was zu Problemen beim Elektronenaustritt f hrte Vergr erung der Austrittsarbeit Dies beeinflusste die Stabilit t des Brenners immens die Flamme flackerte deutlich Dies ist aber nur eine Vermutung es kann durchaus noch andere Gr nde f r die schlechten Messwerte geben Im aufgenommenen Bild links sind jedenfalls gut Spr nge zu sehen Es ist selbstverst ndlich dass daraus keine brauchba ren Messwerte gewonn
155. u 07 10 2002 12 27 30 Spektrallampe amp 60 Video r 1 248 7 Iterationsschleifen 07 10 2002 14 40 39 Simulation 60 artificial 0 0 0 Start Tomografie Algorithmus INFO Aufl sung Auswertun g Minimalwert Maximalwert a ektralD aten Iterationsschleifen AufnahmeD aten AuswerteD aten MessDateni2452555 0134272 0 0 MessDaten 2452555 0134272 0 0 DONE Einzelmessung PEREN EE NS Informationsfeld Tomografische Auswertung Aufgenommenes Ausgewertetes Bild Bild Abbildung 5 31 Formular tomographische Auswertung Das Formular tomographische Auswertung zeigt alle aufgenommen Messungen so wie deren Auswertungen falls vorhanden an Im oberen Teil werden hier die Ge samtmessungen angezeigt Hier trifft der Nutzer eine Vorauswahl zu welcher Mes sung er nun die einzelnen Aufnahmen sortiert nach Motorposition und Spektrallinie auswerten bzw nur ansehen will Ist dann im Feld Einzelmessung mindestens eine der Einzelaufnahmen markiert werden die enthaltenen Daten darunter in den beiden Bildern angezeigt soweit schon ein ausgewertetes Bild zur Verf gung steht Sind mehrere Datens tze markiert so wird nur das zuerst angew hlte dargestellt Nachdem im Bereich Auswertung die Anzahl der Iterationsschleifen eingestellt wur den kann mit der Auswertung durch Klick auf Start Tomografie Algorithmus be gonnen werden Die Datens tze werden jetzt der Reihe nach ausgewertet Im Infor mationsf
156. ungszeit ZeileDerDrehachse Festgestellte Zeile der Drehachse SummierteZeilen Anzahl der summierten Zeilen Linienbreite Breite der aufgenommenen Spektrallinien AusleseBereichOben obere Pixelposition des horizontalen Bereiches LinkeWL Linke detektierte Wellenl nge RechteWL Rechte detektierte Wellenl nge Bemerkung optionale Bemerkung zur Messung Im leeren Tag lt Einzelmessung gt m ssen jetzt nur noch wenige ver nderliche Werte f r jeden Bereich der Messung gespeichert werden MotorPos horizontale Motorposition w hrend der Messung Spektraldaten linke Grenze der aufgenommenen Wellenl nge Iterationsschleifen Anzahl der Iterationsschleifen bei der Auswertung AufnahmeDaten rel Pfad der Messdatei bezogen auf Prog AusgewerteteDaten rel Pfad der ausgewerteten Datei bez auf Prog 541 Software Die Pfadangaben im Tag lt Einzelmessung gt setzen sich hierbei wie folgt zusammen Relativer Speicherpfad bezogen auf den Pfad des Programms selbst in Abbildung 5 4 1 z B MessDaten Aufnahmezeitpunkt im julianischen Datumsformat in Abbildung 5 4 1 z B 2452551 94406674 04 10 2002 10 39 27 Motorposition der Aufnahme in Abbildung 5 4 1 z B O Linke Grenze der aufgenommenen Wellenl nge in Abbildung 5 4 1 z B O Zur Kennzeichnung einer ausgewerteten Datei wird noch das K rzel DONE ange h ngt Eine eindeutige Zuordnung der gespeicherten Datens tze wird somit dur
157. ur ruht Messobjekt wird gedreht Norbert Entwurf und Aufbau Computergesteuerte Tomografie Schindler eines Messplatzes zur Trommel tomografischen Aufbau der Hardware Okt 97 Diagnostik an Konstruktion des Messplatzes Plasmastrahlen April 98 Robert Weiterentwicklung Das Programm NOVOTRON Schwinn von Entwicklung und Anleitung Rechenprogrammen Software Aufgabe Okt 97 der Optimierung des Tomografiealgorithmus Plasmadiagnostik April 98 Jochen Tomografische Entwurfszeichnungen Optik Profilschie Marks Emissionsspektros ne kopie Realisierung berblick ber die f r die Durchf hrung Okt 98 der Optik und Ent der Messung ben tigte Software wicklung der Software Beschreibung der Steuerungssoftware April 99 zur Steuerung des NOVOTOM Messplatzes Verkabelung der f r die Messung notwendigen Ger te und Bauteile Ahoyo Tomographische Erstellung Steuerungs Auswerte und Maxime Emissionsspektrosko Simulationsprogramms TOMO pie Durchf hrung erster Messungen April 99 Inbetriebnahme eines neuentwickelten Ver Dez 00 suchsstandes Aufbauend auf bereits vorhandenen Erkenntnissen wird eine neue Steuerungs und Auswertesoftware AKINA entwickelt Diese ist in drei Hauptprogrammteile aufge spaltet Datenaufnahme Datenauswertung Datenpr sentation Dabei ist ein modularer Aufbau wichtig um bei Bedarf das Programm weiterentwi ckeln zu k nnen Zur Speicherung der Messdaten wird eine XML Datenbank ge nutzt Sie
158. usammengefasst Aufrufen der Spektral Justage Form v v Kamerabild holen Bild Laden Ist geladenes Bild ein Nein 24BitBitmap oder TomoBild Abbruch Einstellungen m ssen von Hand gemacht werden gt Auto Justage y Ja Ergebnis befriedigend Manuell verschieben Nein Ta Linien lediglich verschoben Trefferliste durchsuchen 5 Trefferliste l nger als 1 Linienbreite ver ndern y Einstellungen bernehmen Abbildung 5 25 Einstellm glichkeiten der Spektral Justage 84 Software Bearbeiten der INI Datei Die Musterspektren m ssen damit sie benutzt werden k nnen in einer INI Datei ab gelegt werden Diese Datei weist folgenden Aufbau auf Verwaltung 2 Element Anzahl der Elemente 3 Name Argon 6030 Spacer Anzahl Linien 13 _0 696 54 0 Element 1 738 40 Name Neon 6032 2 750 39 Anzahl Linien 3 3 751 47 _0 585 25 4 763 51 _1 594 48 _2 607 43 52772 38 _6 772 42 _7 794 82 8 801 48 978 11 53 10 826 45 11 840 82 12 842 46 Spacer 1 Element Name Argon Anzahl Linien 6 _0 453 8 1 470 4 2 470 9 3 471 0 4 471 2 5 471 5 Im Kopf Verwaltung befindet sich ein Eintrag f r die Anzahl der in der Datei vor handenen Spektren x in diesem Fall ist x 3 Die n chsten Eintr ge markieren die einzelnen Spektren Sie haben immer den sel ben Aufbau 0 Element bis x 1 Element
159. ustierung kann in drei Teile aufgeteilt werden e MotorThread zur Berechnung der Motorpositionen und Ansteuerung der Schrittmotoren e Prozeduren zur Auswertung der LiveBilder und Ermittlung der Messergebnisse e Prozeduren zur Reaktion auf Ereignisse Nach Dr cken des Knopfes wird zun chst die Aufnahmeeinrichtung in Aus gangsposition gefahren procedure StartJustage In TMotorThread Execute wird so lange gewartet bis die Schrittmotorsteue rung die Ankunft meldet Nun wird BildHolen aufgerufen die das aktuelle Stand bild der Kamera aufzeichnet und ihrerseits BildAuswerten aufruft Dort werden alle Grauwerte einer Zeile aufsummiert und der Pixelwert der Zeile mit der geringsten Grauwertsumme ermittelt Dieser Wert wird zur weiteren Bearbeitung in eListe TList gespeichert Unterdessen setzt sich MotorThread selbst ndig auf suspended Mit Mo torThread Resume wird jetzt der MotorThread wieder aufgeweckt der zur Auf nahme weiterer Bilder die n chste Position berechnet und anfahren l sst Dieser Ablauf wiederholt sich so lange bis die Endposition 180 gedreht zur Aus gangsposition erreicht ist Es erfolgt die Auswertung der eListe in procedure interpolOnCanvas Die Drehachse wird mit dem ersten und letzten Wert der eListe errechnet Mit Hilfe der Messapparatur kann lediglich ein Bereich von 0 bis 180 abgedeckt werden Da die aufgenommene Kurve eine Sinuskurve sein muss haben der erste und letzte durch Punkt
160. utzer der Klasse erscheinen die Felder wie Variablen Die eigentlichen Werte werden allerdings in private Variablen gespeichert die von au en nicht zu g nglich sind Mit Hilfe von read und write Anweisungen werden die Daten ber nommen So werden die Werte klasseneigenen Proceduren und Funktionen berge ben Diese berpr fen die eingehenden Werte bevor sie endg ltig gespeichert wer den Gegebenenfalls werden zus tzlich Aktionen ausgel st wie eine Aktualisierung der Oberfl che Dies geschieht in der procedure UpDate Einige weniger inte ressante Zusatzfunktionen sollen lediglich das Arbeiten mit der Datenstruktur verein fachen f gen allerdings keine neue Funktionalit t hinzu W hrend der Laufzeit existiert genau eine Instanz der Klasse TTimage Wie der Name schon ausdr ckt handelt es sich um eine TImage Komponente aus Delphi Damit das Programm allerdings mit anderen Delphi Installationen kompati bel bleibt wurde darauf verzichtet sie in die Komponentenleiste mit aufzunehmen Deshalb muss sie auch manuell erstellt werden und kann nicht mit Drag amp Drop auf die Oberfl che gezogen werden Da sie von Tlmage abgeleitet wurde ist die ur spr ngliche Funktionalit t weitgehend erhalten geblieben Sie wurde allerdings durch oft benutzte Bildverarbeitungsaufgaben erg nzt TTImage Class TImage public constructor Create AOwner TComponent override destructor Destroy override procedure LoadFromSingleStream Fil
161. wird der Auslesebereich hier f r maximal gew hlt Abbildung 6 2 zeigt links die durchgef hrten f nf Messungen Dabei wurde von der zentralen Position jeweils um 1 5 mm nach rechts und links bzw nach oben und un 120 Messungen und Ergebnisse ten mit dem um Trieb verfahren Anschlie end wurden alle Messdaten aufaddiert Der rechte Bildausschnitt zeigt die rekonstruierten Bilddaten Diese wurden zuerst einzeln ausgewertet und dann ebenfalls bereinander gelegt Aufl sung 90 Abstand real 1 5 mm Abbildung 6 2 aufgenommenes links und rekonstruiertes rechts Bild An den rekonstruierten Bilddaten l sst sich nun feststellen dass die Spiegelanord nung das aufgenommene Bild um 33 gegen den Uhrzeigersinn dreht Dies erleichtert in nun folgenden Experimenten die Zentrierung der Messobjekte F hrt man die Trommel auf genau 33 bzw 123 so kann man dort durch Anpassen jeweils der X bzw Y Achse unter zu Hilfenahme der um Triebe das Messobjekt sehr schnell zentrieren Dies ist besonders bei sehr hei en Messobjekten z B Plasmaquellen notwendig um eine unn tige Erhitzung der Versuchsanordnung zu vermeiden Auf Grund der Abst nde kann man hier schon erkennen dass die Spiegelanordnung keine Streckung bzw Stauchung der aufgenommenen Bilder darstellt Dies soll aber in sp teren Messungen noch gezeigt werden 121 Messungen und Ergebnisse bersicht ber die Messungen bzw Messreihen Datum Besch

Diplomarbeit, Universität der Bundeswehr München

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