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Benutzerleitfäden
Automatische Justage
Autoren: Derrick Hepp, Sebastian Freund
1. Einführung
Die Steuerprogrammfunktion "Automatische Justage" hat die Aufgabe, eine
Probe optimal im Hinblick auf einen anschließenden Topographievorgang
zu justieren. Das Ziel des Justagevorganges ist es, daß die Probe
auf dem Probenteller optimal ausgeleuchtet wird. Physikalisch bedeutet
dies, daß die Röntgenstrahlung, mit der die Probe bestrahlt
wird, von der gesamten Fläche der Probe reflektiert wird. Anders formuliert
- es wird ein Intensitätsmaximum der von der Probe reflektierten Röntgenstrahlung
gesucht. Erreicht wird die korrekte Einstellung der Probe durch einen Suchalgorithmus,
der die Freiheitsgrade Beugung Fein und Tilt des Probetellers sowie den
Kollimator so verändert, daß ein Intensitätsmaximum am
angeschlossenen Detektor registriert werden kann.
2. Voraussetzungen für eine "Automatische Justage"
Bezüglich der Hardware und Software müssen mehrere Vorbedingungen
erfüllt sein, um die Funktion "Automatische Justage" nutzen zu können.
Grundvoraussetzung ist ein intakter Topographiearbeitsplatz mit einem angeschlossenen
Personalcomputer, der die Steuerung übernimmt.
2.1. Softwarevoraussetzungen
Auf dem Arbeitsplatzrechner muß das aktuelle RTK-Steuerprogramm unter
dem Betriebssytem Windows 3.1 installiert sein. Die für eine korrekte
Funktionsweise benötigten Dateien müssen enthalten sein. Die
folgende Liste führt die relevanten Dateien auf:
-
develop.exe
-
develop.ini
-
motors.dll
-
counters.dll
-
splib.dll
-
win488.dll
-
sphelp.hlp
-
asa.dll
-
bc450rtl.dll
-
scs.prg
-
standard.mak
2.2. Hardwarevoraussetzungen
Für die "Automatische Justage" müssen die für einen Topographiearbeitsplatz
typischen Antriebe und Detektoren eingebunden sein. Die Funktion "Automatische
Justage" testet beim Start das Vorhandensein folgender Antriebe:
-
DF - "Beugung fein"
-
TL - "Tilt"
-
CC - "Kollimator",
außerdem muß ein 0-dimensionaler Detektor im System eingebunden
sein:
Für eine Voreinstellung der Probe ist es empfehlenswert, daß
auch die Antriebe für die Freiheitsgrade:
-
DC - "Beugung grob"
-
AR - "Azimutale Rotation"
im System vorhanden sind. Möchte man als Nutzer sicher gehen, daß
alle hier aufgelisteten Antriebe dem RTK-Steuerprogramm bekannt sind, kann
dies im Dialog Ausführen/Manuelle Justage... (Abb.
Dialog "Manuelle Justage") überprüft werden. Unter "Aktueller
Antrieb" wird durch Anklicken des Pfeils eine Liste der registrierten Antriebe
angezeigt.
Möchte man wissen, ob der Detektor korrekt eingestellt ist, öffnet
man den Dialog "Zählerkonfiguration" unter dem Menüpunkt Einstellungen/Detektoren/Detektoren...
(Abb.
Dialog "Zählerkonfiguration"). Dort muß in der linken unteren
Ecke des Dialogs "Counter" oder "Zähler" stehen. Sollte dort "Test"
oder "SCS2" aufgeführt sein, dann muß das Steuerprogramm beendet
und im Konfigurationsfile develop.ini (Hinweis: Das Konfigurationsfile
befindet sich in der aktuellen Version des Steuerprogramms im selben Verzeichnis
wie das RTK-Steuerprogramm, nicht wie in der früheren Version im Windowsverzeichnis.)
unter dem Eintrag [DeviceX] Name=Counter oder Name=Zähler
eingetragen werden.
3. Voreinstellungen für die "Automatische Justage"
Für eine automatische Einstellung der Probe müssen zuvor
einige Vorbedingungen erfüllt sein, um später sinnvolle Ergebnisse
beim Suchen nach dem Intensitätsmaximum zu erhalten.
3.1. Manuelle Justage des Freiheitsgrades "Azimutale Rotation"
Wurde die Probe auf dem Probenteller ordnungsgemäß plaziert,
so muß als erstes, bevor die "Automatische Justage" gestartet werden
kann, der Freiheitsgrad "Azimutale Rotation" eingestellt werden. Der folgende
Abschnitt soll bei der Justage dieses Freiheitsgrades behilflich sein.
Im Dialog Ausführen/Manuelle Justage... (Abb.
Dialogfenster "Manuelle Justage") wählt man den Antrieb "Tilt"
aus. Dieser Antrieb muß an der Position 0 stehen. Wenn das nicht
der Fall ist, so kann dieser durch direkte Eingabe eines neuen Winkels
an die Stelle 0 bewegt werden.
Als nächstes wählt man den Antrieb "Azimutale Rotation" (AR)
aus. Im Dialog aktiviert man für diesen Motor den Fahrbetrieb (Der
Fahrbetrieb bezeichnet den Betriebsmodus, bei dem durch Drücken der
Pfeiltasten der entsprechende Motor bewegt wird, wobei im Dialog "Manuelle
Justage" die Checkbox "Fahren" ausgewählt sein muß.). Ist dies
geschehen, bewegt man den Antrieb mit höchster Geschwindigkeit in
eine Richtung, wobei nach kurzer Zeit das Zählen des Detektors schneller
wird, bis hin zum Rauschen. Ist dies nicht der Fall, muß die andere
Richtung abgesucht werden.
Abb.: Dialogfenster "Manuelle Justage"
Wurde ein Peak gefunden, wird der zweite Peak bestimmt. Das heißt,
daß der Antrieb "Azimutale Rotation" weiter bewegt werden muß.
Findet man in der einen Richtung den zweiten Peak nicht, wird die Richtung
geändert. Ist er gefunden, ermittelt man den Mittelpunkt zwischen
beiden Peaks, indem die relative Null im Dialog "Manuelle Justage" auf
einen Peak gesetzt wird und dann zum zweiten Peak gefahren wird. Dann fährt
man mit dem Antrieb "Azimutale Rotation" den halben Abstand zwischen den
beiden Peaks an und schließt damit die Justage für den Antrieb
"Azimutale Rotation" ab.
Mit dem Motor "Beugung grob" (DC) versucht man anschließend die
Intensität zu verbessern, indem man auf dieser Achse in beide Richtungen
fährt und dabei auf den höchstmöglichen Intensitätsausschlag
stellt. Dabei sollte auf das Geräusch vom Lautsprecher der Zählerkarte
geachtet werden, denn die Einstellungen nach Gehör gestalten sich
in diesem Stadium der Justage einfacher als die Einstellung nach den Zählerwerten
im Zählerfenster.
Damit ist die grobe Voreinstellung abgeschlossen, die für die "Automatische
Justage" benötigt wird. Hier sind noch einmal die Schritte in Kurzform
zusammengefaßt:
-
Antrieb "Tilt" an Position 0 fahren
-
Mit Antrieb "Azimutale Rotation"(AR) zwei Intensitätspeaks auf dieser
Achse suchen
-
Mit Hilfe des Setzens der relativen Null im Dialog "Manuelle Justage" die
mittlere Position zwischen den ermittelten Peaks anfahren
-
Mit Antrieb "Beugung grob"(DC) versuchen den Intensitätswert zu maximieren.
3.2. Einstellungen für den Detektor
Für den Detektor sollten vor dem Start der "Automatischen Justage"
zwei Einstellungen verändert werden. Diese Einstellungen müssen
aber nicht zwingend durchgeführt werden, denn auf das Ergebnis des
Justagevorganges hat das keine Auswirkung.
Beide Einstellungen werden im Dialog "Zählerkonfiguration" unter
dem Menüpunkt Einstellungen/Detektoren/Detektoren... (Abb.
Dialog "Zählerkonfiguration") vorgenommen.
Abb.: Dialog "Zählerkonfiguration"
Da der Lautsprecher auf der Zählerkarte, an der der Detektor angeschlossen
ist, bei hohen Intensitäten sehr laute Geräusche von sich gibt,
wird empfohlen, daß der Sound beim Durchführen der "Automatischen
Justage" ausgestellt bleibt. Für die Justierung der azimutalen Rotation
sollte der Lautsprecher aber eingstellt sein, um besser Intensitätsänderungen
wahrnehmen zu können.
Die zweite Einstellung am Detektor betrifft die "Zeit-Begrenzung". Dort
kann minimal ein Wert von 0.6 angegeben werden. Dieser Wert macht Sinn,
denn dadurch werden die Werte vom Detektor schneller ausgelesen. Das beschleunigt
den Vorgang der "Automatischen Justage".
4. Durchführung der automatischen Justage
Sind die Voraussetzungen und Vorbedingungen gegeben, so kann die
"Automatische Justage" gestartet werden. Das Dialogfenster "Automatische
Justage" wird über den Menüpunkt Ausführen/Automatische
Justage... aufgerufen.
4.1. Das Dialogfenster und seine Einstellungen
Nach dem Aufruf der "Automatischen Justage" erscheint folgendes
Dialogfenster:
Den größten Teil des Dialoges nimmt das Statusfenster ein.
Es dient dazu, dem Nutzer während der Justage Informationen zum Vorgang
zu liefern. Beim Start des Dialoges wird überprüft, ob alle benötigten
Geräte im System integriert sind. Wenn alles korrekt installiert ist,
dann erhält man eine Ausschrift im Statusfenster wie in der Abbildung.
Auf der rechten Seite bekommt der Nutzer eine Anzahl von Optionen zur
Auswahl, mit denen er den Justagevorgang beeinflussen bzw. sich nach der
Justierung der Probe mehr Informationen übergeben lassen kann. Nachfolgend
sollen die möglichen Optionen erläutert werden.
Logdatei
Bei Auswahl (Kästchen wird mit einem Haken markiert) werden alle wichtigen
Informationen der "Automatischen Justage" in die Logdatei justage.log
geschrieben. Das heißt, mit Hilfe der Logdatei kann der Nutzer jeden
Meßchritt des Justagevorganges nachvollziehen. Die Datei befindet
sich im selben Verzeichnis wie das RTK-Steuerprogramm. Sollte die Datei
noch nicht existieren, dann wird die Datei neu erstellt. Ansonsten wird
die Logdatei mit jeder Neuausführung der "Automatischen Justage" sukzessive
verlängert, wobei in der Logdatei jeder Justagevorgang mit Datum und
Uhrzeit protokolliert wird.
Toleranz
Um das Maximum auf den einzelnen Koordinatenachsen zu bestimmen, verwendet
der Algorithmus das Verfahren des Goldenen Schnitts. Die Toleranz gibt
dabei an, wie klein das letzte Intervall sein soll, indem sich das Maximum
befindet. Je kleiner die Toleranz angegeben wird, desto mehr Suchschritte
sind nötig. Für einen sinnvollen Wert wurde ein Wertebereich
zwischen 0.1 und 1 vorgegeben. Die Entwickler der "Automatischen Justage"
empfehlen dem Nutzer den voreingestellten Wert von 0.1 zu benutzen.
Durchläufe
Mit "Durchläufen" ist gemeint, wie oft der Algorithmus wiederholt
werden soll. Da es keinen Nachweis gibt, der beweisen kann, daß es
sich bei einem Punkt um den Peak handelt, müssen andere Abbruchverfahren
die Suche beenden. Eine Möglichkeit ist die, durch das Programm eine
Anzahl von Algorithmusdurchläufen vorzugegeben und anzunehmen, daß
der Algorithmus nach einer bestimmten Anzahl von Durchläufen den Peak
erreicht hat, bzw. sich unmittelbar in seiner Umgebung befindet. Ist der
letzte gemessene Intensitätswert nicht der höchste Wert, der
während des Justagevorganges erfaßt wurde, so fährt das
Programm automatisch den Punkt an, an dem der höchste Intensitätswert
festgestellt wurde. Als empfohlener Wert wird die voreingestellte Anzahl
von 5 Durchläufen angegeben.
Maximale Intensitätsdifferenz
Die maximale Intensitätsdifferenz gibt an, um wieviel kleiner die
Intensität im Vergleich zum vorherigen Durchlauf des Algorithmus sein
darf. Wird diese Intensitätsschranke unterschritten, dann wird zum
letzten maximalen Intensitätspunkt aus dem vorherigen Durchlauf zurückgekehrt
und die automatische Justage beendet. Die Intensitätsdifferenz soll
als weiteres Abbruchkriterium dienen. Darüber hinaus kann es passieren,
dass der Algorithmus kleine "Ausreißer" hat, die durch Meßfehler
verursacht werden. Diese "Ausreißer" sollen durch die Prüfung
der Intensitätsdifferenz verhindert werden.
Anzahl Intensitätsmessungen
Die Anzahl der Intensitätsmessungen gibt an, wieviel Messungen an
einer Position vorgenommen werden. Da die Meßwerte oftmals sehr schwanken
können, kann es passieren, daß bestimmte Werte nicht die realen
Intensitäten widerspiegeln. Dadurch können falsche Entscheidungen
vom Suchalgorithmus getroffen werden. Um diese "Ausreißer" beim Messen
auszugleichen, gibt es die Möglichkeit, an einer Position mehrere
Messungen durchzuführen. Aus diesen Werten wird mit dem Median-Verfahren
ein Wert ermittelt, der möglichst genau den realen Intensitätswert
angibt.
Suchbereich
Der Suchbereich gibt an, in welchen Intervallgrenzen auf den einzelnen
Achsen das Intensitätsmaximum gesucht werden soll. Ausgangspunkt ist
die aktuelle Position der Antriebe. Das Suchintervall auf den einzelnen
Achsen ergibt sich aus akt. Position - gegebener Wert und
akt. Position + gegebener Wert. Das Programm testet, ob die
Suchintervalle auf den einzelnen Achsen der Antriebe die vorgegebenen Softwareschranken
nicht überschreiten. Angenommen die Schranken werden durch die Intervallangabe
überschritten, so stellt das RTK-Steuerprogramm die Grenzen kleiner
ein. Dadurch können die Motoren die Softwareschranken nicht überfahren.
Die vorgegebenen Werte für den Suchbereich sind durch mehrere Tests
an unterschiedlichen Proben getestet worden und haben sich als günstige
Einstellung für den Justagevorgang herauskristallisiert. Vorsicht
sollte bei der Wahl des Intervalls für den Kollimators geboten sein,
denn wenn das Suchintervall für diese Achse zu groß oder zu
klein gewählt wird, dann kann es passieren, daß die "Automatische
Justage" nicht das erhoffte Ergebnis liefert. Ein Wert von 150 scheint
gut geeignet zu sein.
Im Dialogfenster "Automatische Justage"
besteht außerdem die Möglichkeit, durch Anklicken des "Hilfe"-Knopfes
die Online-Hilfe aufzurufen. Die Online-Hilfe beinhaltet die hier beschriebenen
Anleitungen für den Nutzer.
Durch Betätigen des "Beenden"-Knopfes kann der Nutzer den Dialog
verlassen und gelangt wieder ins Hauptfenster des RTK-Steuerprogramms.
4.2. Start des Justagevorganges
Wenn alle optionalen Werte vom Nutzer nach Wunsch eingestellt sind, kann
der Suchvorgang nach dem Intensitätsmaximum durch Betätigen des
Knopfes "Start der automatischen Justage" gestartet werden.
Während der Justage werden im Status-Fenster Informationen zum
Suchvorgang ausgegeben. Nach jeder Koordinatensystemdrehung erfolgt eine
Ausgabe der Positionen der Antriebe. Außerdem wird das in diesem
Suchschritt gefundene Intensitätsmaximum angezeigt. Zwei Koordinatensystemdrehungen
gelten als ein Durchlauf des Algorithmus.
Während des Justagevorganges ist der Dialogknopf "Start der automatischen
Justage" ausgegraut. Die Justage kann jetzt nicht unterbrochen werden.
Deshalb sollte darauf geachtet werden, daß der Vorgang nicht zu voreilig
gestartet wird und die Parameter korrekt eingestellt sind. In der späteren
32-Bit Version des Programmes wird es dann aber möglich sein, die
Justage zu unterbrechen.
Die automatische Justage der Probe benötigt ca. 15 Minuten Arbeitszeit.
4.3. Ende des Justagevorganges
Wenn der Justageprozeß beendet ist, wird die Position ausgegeben,
an der das höchste vom Suchalgorithmus ermittelte Intensitätsmaximum
gefunden wurde. Außerdem wird die gemessene Intensität und die
Suchzeit ausgegeben. Die Probe sollte nun vollständig ausgeleuchtet
und für einen Topograhpie-Meßvorgang eingestellt sein. Um zu
kontrollieren, wie gut die Probe justiert ist, kann die Halbwertsbreite
im Dialog Ausführen/Manuelle Justage... gemessen werden. Dazu
muß man den Dialog "Automatische Justage"
verlassen.
Wenn eine Logdatei angefertigt wurde, kann diese mit einem Texteditor
betrachtet werden.