waxsAnalysis

Software zur computergesttzenAuswertung von Flachkammeraufnahmen der Rntgenweitwinkelstreuung

Programmentwicklungund erste AnwendungenRobert Miers22. Januar 2003Technische Universitt BerlinInstitut fr Werkstoffwissenschaften und -technologien - Polymertechnik, Kunststofftechnikum, Polymerphysik -

Flachkammeraufnahmen der RntgenweitwinkelstreuungWICHTIGE ZIELE DER RNTGENWEITWINKEL-STREUUNGSMESSUNG AN POLYMEREN

Bestimmung von

Kristall- und MoleklstrukturKristallorientierungKristallinittsindexKristallitgreGitterstrungen

RNTGENSTRAHLEN Entstehung und MonochromatisierungEntstehung durch Abbremsung schneller Elektronen im Bereich der AtomhlleAbhngigkeit der charakteristische Strahlung von Anregungsspannung und AnodenmaterialMonochromatisierung (Separierung der Ka-Linie)

Filter (Tranmissionskante bei Ka-Linie)Monochromatorkristall (Wellenlnge der Ka-Linie muss Bragg-Bedingung erfllen)(Beispiel: Kupfer-Anode mit Nickel-Filter)

RNTGENSTRAHLEN BeugungBeugung (als Reflektion nach Bragg)

Rntgenstrahlen regen Gitteratome zu Schwingungen anGitteratome senden Sekundrwellen ausKugelfrmige Elementarwellen (mit identischer Wellenlnge l) interferierenResultierendes Streubild durch SuperpositionRegellose Ansammlung von StreuernKeine Phasenbeziehung der der gestreuten WellenStreubild ohne StrukturPeriodische, regelmige Ansammlung von StreuzentrenAuslschung und konstruktive InterferenzStreubild mit StrukturQ Reflektions-/Glanzwinkeln Ordnung des Reflexesl Wellenlnged - Netzebenenabstand

KRISTALLINITT Definition und BedeutungDas Streudiagramm eines teilkristallinen Materials setzt sich aus einem amorphen Anteil (Flche Fa) und einem kristallinen Anteil (Flche Fk) zusammen.Die Flchen (Fa und Fk) dienen zur Definition des Kristallinittsindexes 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 (Abhngig von der Abkhlgeschwindigkeit) in amorphen und kristallinen Bereichen (partielle Kristallisation).

SCHEMATISCHER AUFBAU DER FLACHKAMMER-KAMERA

VERSUCHSAUFBAU

FLACHKAMMERAUFNAHMEN - Beispiel PETPET5 Stunden bei 100C getempertPET5 Stunden bei 250C getempert

FLACHKAMMERAUFNAHMEN manuelle und computergesttzte AuswertungSchnittebeneMANUELLE AUSWERTUNG

Maxima (Fingerabdruck des Thermoplasten)amorpher und kristalliner AnteilKristallisationsgradPROBLEME DER MANUELLEN AUSWERTUNG

Augenma bei Grauwertabschtzungen Messungenauigkeit bei Streckenbestimmungen manuelle IntegrationCOMPUTERGESTTZTE AUSWERTUNG

Digitalisierung der Grauwerte und Umrechnung in Streuintensitten (Kalibrierung der Grauskala)Automatische Zuordnung von Radius zum StreuwinkelAutomatische Bestimmung von Strukturparametern (Kristallisationsgrad, Kristallitgren, Orientierung)

FLACHKAMMERAUFNAHMEN Probleme der Auswertungvon der manuelle Auswertung zur computergesttzten Auswertung

BILDVERARBEITUNG Raster- und Vektorgrafik DIGITALE BILDVERARBEITUNG

Unterscheidung in Rastergrafik und Vektorgrafik

RASTERGRAFIK

Matrix mit Farb- und Helligkeitsinformationen fr jeden einzelnen PunktEignung fr BilderManipulation (Drehung, Verzerrung) nur verlustbehaftet mglichVEKTORGRAFIK

Objektbezogene Bildinformationen (Koordinaten von Punkten und Vektoren, Linientyp, Linienfarbe )Eignung fr nicht rasterfhige ObjekteManipulation erfolgt verlustfrei (Vektoralgebra)waxsAnalysis

Rastergrafik zur Darstellung des entwickelten FilmsVektorgrafik zur Darstellung von Auswertungsobjekten (Mittelpunktskreise, Randkreise, Orientierungspunkten), Fehlstellen und Schnitt- bzw. Integrationslinien

BILDANALYSE von der Vektor- zur RastergrafikPROBLEME DER AUSWERTUNG

Darstellung einer Linie (Vektor-Objekt) als RastergrafikAnwendung: Schwrzungsverteilung fr 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-AlgorithmenNachteile: Treppchen statt gerade Linien, eckige Formen statt RundungenLSUNG DURCH ANTIALIASING

Verwischen der Rnder durch Einbeziehung der direkten NachbarnMathematisch errechneter Linien-Punkt und die umliegenden acht Bildpunkte dienen (gewichtet) zur Berechnung des tatschlichen Farbwertes

ALGORITHMEN Bresenham fr LinienBerechnung 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 tatschlichen GeradenOptimierung: Berechnung der Differenz aus den vorhergehenden Punkten

ALGORITHMEN Bresenham fr KreiseFr einen Kreis gilt: F(x,y) = x + y - r

F(x,y) = 0 fr (x,y) auf dem Kreis,F(x,y) < 0 fr (x,y) innerhalb des Kreises,F(x,y) > 0 fr (x,y) auerhalb des KreisesBerechnung der Koordinaten jedes einzelnen Punktes, indem vom zuletzt gezeichneten Punkt ausgegangen wird (iterativ)Entscheidung zwischen 2 Punkten (innerhalb oder auerhalb des Kreises) durch Berechnung der Differenz zum tatschlichen Kreispunkt

WIDE ANGLE X-RAY SCATTERING ANALYSIS

AUSWERTUNG - Bestimmung wichtiger BildparameterORIENTIERUNGSPUNKT Ausrichtung der Planfilmaufnahme in Bezug auf die ProbeFILMRANDMITTELPUNKTZentrum fr radiale und azimutale AuswertungenGRUNDSCHWRZUNGDefinition der Null-IntensittUSSERERAUSWERTUNGSRANDEnde des AuswertungsbereichesINNERERAUSWERTUNGSRANDBeginn des AuswertungsbereichesManuelle Vorgabe von Abstand Probe FilmGradation (Grauwert-Streuintensittszuordnung)Automatische Auswertung von Bildparameter werden als Vektor-Objekte dargestellt und sind in Gre und Lage editierbar.

AUSWERTUNG - FehlstellenFEHLSTELLEN

meist kleine, punktuelle FehlerHervorgerufen durch fehlerhaftes Filmmaterial (Lagerung, Vorbelichtung, Verunreinigungen, fehlerhafte Entwicklung)Ausschlieung der Fehlstellen bei den AuswertungenMARKIERUNG

anklicken des fehlerhaften Bereichsoptionale Parametrisierung der Rand-Farb-ToleranzAutomatische Randbestimmung durch Boundary-Fill-AlgorithmusVektorobjekt in Gre und Position beliebig nderbarMarkierung auch durch Rechteck, Ellipse und Polygon mglich

ALGORITHMEN Boundary-FillDer rekursive Algorithmus luft wie folgt ab:

Prfen ob es sich um einen Randpixel handelt oder ob der Pixel bereits ermittelt wurde (d.h. ob die Farbdifferenz zwischen Pixels und Vorgnger bereinstimmt) Falls nicht, wird das Pixel gefllt und der Algorithmus rekursiv fr die 4 bzw. 8 Nachbarpixel aufgerufenBeim Boundary-Fill Algorithmus werden die Pixel im Innern des zu fllenden Gebietes bestimmt. Farbdifferenz zwischen Fllung und Rand mssen bekannt sein.

AUSWERTUNG - GradationBESTIMMUNG DER GRADATION (Zusammenhang Grauwert Streuintensitt)

Erstellung eines Graukeils durch partielle, zeitlich-unterschiedliche Belichtung eines FilmstreifensZuordnung: Farbbereich - BelichtungszeitErmittlung der Gradation als Steigung der Schwrzungskurve

AUSWERTUNG Falsch-Farb-DarstellungFALSCH-FARB-DARSTELLUNG

digitalisierte Planfilmaufnahmen auf der Basis von 256 Graustufen (8 Bit)Visualisierung von marginalen Grauwert-unterschieden durch Erstellung und berlagerung von 256-Farben-Paletten

AUSWERTUNG - Intensittsdiagramm

Abspeichern der Auswertungsparameter fr sptere VerwendungExport der Zahlenwerte als ASCII-Datei (Trennzeichen frei whlbar)Druck (Grafik, Bericht)

Zweiseitig, durch Mittelpunkt

Einseitig, beginnend im Mittelpunkt

Kreissegment, durch Mittelpunkt

frei definierbare Anfangs- und EndpunkteMarkierung der relevanten PeaksQualitative Auswertung durch GradationBercksichtigung von Fehlstellen

waxsAnalysis auf einen BlickVORBEREITUNGEN ZUR AUSWERTUNG

Import von Planfilmaufnahmen aus Datei oder ScannerKenntnis der Aufnahmeparameter (Abstand Probe Film, Filmmaterial )Organisation der Planfilmaufnahmen in ProjektenAUSWERTUNG

Berechnung von Intensittsverteilungen Radiale Intensittsverteilung (fester Azimutwinkel j, Integration ber Sektoren von j) azimutale Intensittsverteilung (Bestimmung der Orientierung) Intensittsverteilung mit beliebigen Start- und EndpunktBestimmung von Strukturparametern (Gitterabstnde, Kristallitgre, Gitterstrungen, Kristallinitt) Abspeicherung der Auswertungsparameter (zur spteren Wiederverwendung)Ausgabe von Mess- und AuswerteprotokollenBILDNACHBEARBEITUNG

Kontrast, Helligkeit, FarbsttigungFilter (Schrfen, Weichzeichnen, Benutzerdefiniert)Rotieren und SpiegelnHistogramm (Farbhufigkeitsverteilung)SCHNITTSTELLEN

Grafikformate: TIF, JPG, PCX, BMP, PNG, WMF, EMF, TARGAExport von Daten: Komma separierte Werte, Tabulator separierte Werte, eigenes TrennzeichenScanner: alle Scanner mit TWAIN-Ansteuerung

waxsAnalysis - weitere Infos weiterfhrende Informationen und Download der Prsentation unter:

http://waxsAnalysis.miers.de

Kontakt:

Robert.Miers@miers.de