waxsanalysis software zur computergestützen auswertung von flachkammeraufnahmen der...
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waxsAnalysiswaxsAnalysis
Software zur computergestützenAuswertung von
Flachkammeraufnahmender Röntgenweitwinkelstreuung
ProgrammentwicklungProgrammentwicklungund erste Anwendungenund erste Anwendungen
Robert MiersRobert Miers22. Januar 200322. Januar 2003
Technische Universität BerlinInstitut für Werkstoffwissenschaften und -
technologien - Polymertechnik, Kunststofftechnikum,
Polymerphysik -
Flachkammeraufnahmen der RöntgenweitwinkelstreuungFlachkammeraufnahmen der Röntgenweitwinkelstreuung
WICHTIGE ZIELE DER RÖNTGENWEITWINKEL-STREUUNGSMESSUNG AN POLYMERENBestimmung von
Kristall- und Molekülstruktur Kristallorientierung Kristallinitätsindex Kristallitgröße Gitterstörungen
RÖNTGENSTRAHLEN – Entstehung und MonochromatisierungRÖNTGENSTRAHLEN – Entstehung und Monochromatisierung
Entstehungdurch Abbremsung schneller Elektronen im Bereich der Atomhülle
Bremsstrahlung(Abbremsung im Bereich des
Atomkerns)
charakteristische Strahlung(Herausschlagen eines Elektrons; Auffüllen der
Schale durch „Rücksprung“ eines Elektrons einer höheren Schale)
Abhängigkeitder charakteristische Strahlung von Anregungsspannung und Anodenmaterial
Monochromatisierung (Separierung der K-Linie)
Filter (Tranmissionskante bei K-Linie) Monochromatorkristall (Wellenlänge der K-
Linie muss Bragg-Bedingung erfüllen)
(Beispiel: Kupfer-Anode mit Nickel-Filter)
RÖNTGENSTRAHLEN – BeugungRÖNTGENSTRAHLEN – Beugung
Beugung (als Reflektion nach Bragg) Röntgenstrahlen regen Gitteratome zu
Schwingungen an Gitteratome senden Sekundärwellen aus Kugelförmige Elementarwellen (mit identischer
Wellenlänge ) interferieren Resultierendes Streubild durch Superposition
Regellose Ansammlung von Streuern Keine Phasenbeziehung der der gestreuten
Wellen Streubild ohne Struktur
Periodische, regelmäßige Ansammlung von Streuzentren
Auslöschung und konstruktive Interferenz Streubild mit Struktur
nd sin2 – Reflektions-/Glanzwinkel n – Ordnung des Reflexes – Wellenlänge d - Netzebenenabstand
KKRISTALLINITÄTRISTALLINITÄT – Definition und Bedeutung – Definition und Bedeutung
mm
mmmx c
ca
cc
FF
FFFx k
ka
kR
1
Das Streudiagramm eines teilkristallinen Materials setzt sich aus einem amorphen Anteil (Fläche Fa) und einem kristallinen Anteil (Fläche Fk) zusammen.Die Flächen (Fa und Fk) dienen zur Definition des Kristallinitätsindexes XR1.
Einfluss des Kristallisationsgrades auf optische und mechanische Materialeigenschaften (z.B. Transparenz, Bruch- und Biegeeigenschaften).
Der Massenkristallisationsgrad bezeichnet den Anteil der kristallinen Phase an der Gesamtmasse.
Teilkristalline Thermoplaste (z.B. PE, PP, PET, POM, PA) erstarren (Abhängig von der Abkühlgeschwindigkeit) in amorphen und kristallinen Bereichen (partielle Kristallisation).
SCHEMATISCHERSCHEMATISCHER A AUFBAU DER UFBAU DER FFLACHKAMMERLACHKAMMER-K-KAMERAAMERA
VVERSUCHSAUFBAUERSUCHSAUFBAU
FFLACHKAMMERAUFNAHMENLACHKAMMERAUFNAHMEN - Beispiel PET - Beispiel PET
PET5 Stunden bei 100°C
getempertPET
5 Stunden bei 250°C getempert
FFLACHKAMMERAUFNAHMENLACHKAMMERAUFNAHMEN – manuelle und computergestützte Auswertung – manuelle und computergestützte Auswertung
Schnittebene
MANUELLE AUSWERTUNG Maxima (Fingerabdruck des
Thermoplasten) amorpher und kristalliner Anteil Kristallisationsgrad
PROBLEME DER MANUELLEN AUSWERTUNG
Augenmaß bei Grauwertabschätzungen Messungenauigkeit bei
Streckenbestimmungen manuelle Integration
COMPUTERGESTÜTZTE AUSWERTUNG Digitalisierung der Grauwerte und Umrechnung in Streuintensitäten (Kalibrierung der
Grauskala) Automatische Zuordnung von Radius zum Streuwinkel Automatische Bestimmung von Strukturparametern (Kristallisationsgrad, Kristallitgrößen,
Orientierung)
FFLACHKAMMERAUFNAHMENLACHKAMMERAUFNAHMEN – Probleme der Auswertung – Probleme der Auswertung
von der manuelle Auswertung …… zur computergestützten Auswertung
BBILDVERARBEITUNGILDVERARBEITUNG – Raster- und Vektorgrafik – Raster- und Vektorgrafik
DIGITALE BILDVERARBEITUNG Unterscheidung in Rastergrafik und Vektorgrafik
RASTERGRAFIK Matrix mit Farb- und
Helligkeitsinformationen für jeden einzelnen Punkt
Eignung für Bilder Manipulation (Drehung, Verzerrung) nur
verlustbehaftet möglich
VEKTORGRAFIK Objektbezogene Bildinformationen
(Koordinaten von Punkten und Vektoren, Linientyp, Linienfarbe …)
Eignung für nicht rasterfähige Objekte Manipulation erfolgt verlustfrei
(Vektoralgebra)
waxsAnalysis Rastergrafik zur Darstellung des entwickelten Films Vektorgrafik zur Darstellung von Auswertungsobjekten (Mittelpunktskreise,
Randkreise, Orientierungspunkten), Fehlstellen und Schnitt- bzw. Integrationslinien
BBILDANALYSEILDANALYSE – von der Vektor- zur Rastergrafik – von der Vektor- zur Rastergrafik
PROBLEME DER AUSWERTUNG Darstellung einer Linie (Vektor-Objekt) als Rastergrafik Anwendung: Schwärzungsverteilung für einen
definierten Winkel (Auswertung einer Linie beliebigen Winkels)
ADAPTIERUNG DES ALIASING Generelles Problem der Darstellung einer
(mathematischen) Linie oder Kreises durch Punkte (Rasterung)
Berechnung der Punkte durch Bresenham-Algorithmen
Nachteile: Treppchen statt gerade Linien, eckige Formen statt Rundungen
LÖSUNG DURCH ANTIALIASING Verwischen der Ränder durch Einbeziehung der direkten
Nachbarn Mathematisch errechneter Linien-Punkt und die umliegenden
acht Bildpunkte dienen (gewichtet) zur Berechnung des tatsächlichen Farbwertes
ALGORITHMEN – Bresenham für LinienALGORITHMEN – Bresenham für Linien
P ( x| y ) E ( x+ 1| y )
N E ( x+ 1| y+ 1)
M
D ( dx | dy )
Berechnung der Koordinaten jedes einzelnen Punktes, indem vom zuletzt gezeichneten Punkt ausgegangen wird (iterativ)
Entscheidung zwischen 2 Punkten (oberhalb oder unterhab der Geraden) durch Berechnung der Differenz zur tatsächlichen Geraden
Optimierung: Berechnung der Differenz aus den vorhergehenden Punkten
ALGORITHMEN – Bresenham für KreiseALGORITHMEN – Bresenham für Kreise
Für einen Kreis gilt: F(x,y) = x² + y² - r²
F(x,y) = 0 für (x,y) auf dem Kreis,F(x,y) < 0 für (x,y) innerhalb des Kreises,F(x,y) > 0 für (x,y) außerhalb des Kreises
Berechnung der Koordinaten jedes einzelnen Punktes, indem vom zuletzt gezeichneten Punkt ausgegangen wird (iterativ)
Entscheidung zwischen 2 Punkten (innerhalb oder außerhalb des Kreises) durch Berechnung der Differenz zum tatsächlichen Kreispunkt
WIDE ANGLE X-RAY SCATTERING ANALYSIS
AAUSWERTUNGUSWERTUNG - Bestimmung wichtiger Bildparameter - Bestimmung wichtiger Bildparameter
ORIENTIERUNGSPUNKTAusrichtung der Planfilmaufnahme
in Bezug auf die Probe
FILMRAND
MITTELPUNKTZentrum für radiale und azimutale Auswertungen
GRUNDSCHWÄRZUNGDefinition der Null-Intensität ÄUSSERER
AUSWERTUNGSRANDEnde des
Auswertungsbereiches
INNERERAUSWERTUNGSRAND
Beginn des Auswertungsbereiches
Manuelle Vorgabe von … Abstand Probe – Film Gradation (Grauwert-
Streuintensitätszuordnung)
Automatische Auswertung von …
Bildparameter werden als Vektor-Objekte dargestellt und sind in Größe und Lage editierbar.
AAUSWERTUNGUSWERTUNG - Fehlstellen - Fehlstellen
FEHLSTELLEN meist kleine, punktuelle Fehler Hervorgerufen durch fehlerhaftes
Filmmaterial (Lagerung, Vorbelichtung, Verunreinigungen, fehlerhafte Entwicklung)
Ausschließung der Fehlstellen bei den Auswertungen
MARKIERUNG anklicken des fehlerhaften
Bereichs optionale Parametrisierung der
Rand-Farb-Toleranz Automatische Randbestimmung
durch Boundary-Fill-Algorithmus Vektorobjekt in Größe und Position
beliebig änderbar Markierung auch durch Rechteck,
Ellipse und Polygon möglich
ALGORITHMEN – Boundary-FillALGORITHMEN – Boundary-Fill
Der rekursive Algorithmus läuft wie folgt ab: Prüfen ob es sich um einen Randpixel handelt oder ob der Pixel bereits ermittelt
wurde (d.h. ob die Farbdifferenz zwischen Pixels und Vorgänger übereinstimmt) Falls nicht, wird das Pixel „gefüllt“ und der Algorithmus rekursiv für die 4 bzw. 8
Nachbarpixel aufgerufen
Beim Boundary-Fill Algorithmus werden die Pixel im Innern des zu füllenden Gebietes bestimmt. Farbdifferenz zwischen „Füllung“ und „Rand“ müssen bekannt sein.
AAUSWERTUNGUSWERTUNG - Gradation - Gradation
BESTIMMUNG DER GRADATION (Zusammenhang Grauwert – Streuintensität)
Erstellung eines „Graukeils“ durch partielle, zeitlich-unterschiedliche Belichtung eines Filmstreifens
Zuordnung: Farbbereich - Belichtungszeit Ermittlung der Gradation als Steigung der Schwärzungskurve
AAUSWERTUNGUSWERTUNG – Falsch-Farb-Darstellung – Falsch-Farb-Darstellung
FALSCH-FARB-DARSTELLUNG digitalisierte Planfilmaufnahmen auf
der Basis von 256 Graustufen (8 Bit) Visualisierung von marginalen
Grauwert-unterschieden durch Erstellung und Überlagerung von 256-Farben-Paletten
AUSWERTUNG - IntensitätsdiagrammAUSWERTUNG - Intensitätsdiagramm
Abspeichern der Auswertungsparameter für spätere Verwendung
Export der Zahlenwerte als ASCII-Datei (Trennzeichen frei wählbar)
Druck (Grafik, Bericht)
Zweiseitig, durch Mittelpunkt Einseitig, beginnend im Mittelpunkt
Kreissegment, durch Mittelpunkt
frei definierbare Anfangs- und Endpunkte
Markierung der relevanten Peaks
Qualitative Auswertung durch Gradation
Berücksichtigung von Fehlstellen
waxsAnalysis – auf einen BlickwaxsAnalysis – auf einen Blick
VORBEREITUNGEN ZUR AUSWERTUNG Import von Planfilmaufnahmen aus Datei oder Scanner Kenntnis der Aufnahmeparameter (Abstand Probe – Film,
Filmmaterial …) Organisation der Planfilmaufnahmen in Projekten
AUSWERTUNG Berechnung von Intensitätsverteilungen
Radiale Intensitätsverteilung (fester Azimutwinkel , Integration über Sektoren von ) azimutale Intensitätsverteilung (Bestimmung der Orientierung) Intensitätsverteilung mit beliebigen Start- und Endpunkt
Bestimmung von Strukturparametern (Gitterabstände, Kristallitgröße, Gitterstörungen, Kristallinität)
Abspeicherung der Auswertungsparameter (zur späteren Wiederverwendung) Ausgabe von Mess- und Auswerteprotokollen
BILDNACHBEARBEITUNG Kontrast, Helligkeit, Farbsättigung Filter (Schärfen, Weichzeichnen,
Benutzerdefiniert) Rotieren und Spiegeln Histogramm (Farbhäufigkeitsverteilung)
SCHNITTSTELLEN Grafikformate: TIF, JPG, PCX, BMP, PNG, WMF, EMF, TARGA Export von Daten: Komma separierte Werte, Tabulator separierte Werte, eigenes
Trennzeichen Scanner: alle Scanner mit TWAIN-Ansteuerung
waxsAnalysis - weitere InfoswaxsAnalysis - weitere Infos
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