Pflichtenheft: RTK-Steuerprogramm
Funktion: Topographiefunktion "Automatische Justage"
Dokumentversion: 1.1 (Mai 2000)
Dokumentstatus: abgeschlossen
Die Funktion "Automatische Justage" muß als gesonderter Menüpunkt
unter dem Menü Ausführen erscheinen. Die Aktivierung des
Menüpunktes ruft einen Dialog auf, der zur Steuerung der automatischen
Justage dient.
Vor dem Start der automatischen Funktion muß geprüft werden, ob die Antriebe, die für den Justageprozeß angesteuert werden müssen, korrekt vom System eingerichtet wurden. Außerdem muß kontrolliert werden, ob der 0-dimensionale Röntgendetektor funktionsbereit ist.
Es wird gefordert, daß die Justage durch die neu implementierte Programmfunktion zuverlässig und in angemessener Zeit ein Ergebnis liefert. Als Zeitrahmen wird ein Richtwert von 30 Minuten angesetzt.
Zur Beeinflussung des Justageverhaltens sollen dem Nutzer Parameter angeboten werden, die unter anderem angemessene Abbruchkriterien darstellen. Diese sollen verhindern, daß das Steuerprogramm auch dann noch läuft, wenn durch weitere Änderung der Probenstellung oder der Kollimatorkrümmung keine Verbesserung des Justageergebnisses absehbar ist.
Es wird weiterhin verlangt, daß im Dialogfenster die anzusteuernden Intervalle der am Justageprozeß beteiligten Achsen eingrenzbar sein sollen. Werden diese vom Benutzer nicht verändert, müssen angemessene Werte als Voreinstellung eingesetzt werden.
Bei der Ansteuerung der Motoren sind die Softwareschranken einzuhalten. Das bedeutet, daß die automatische Justage nur im Rahmen der durch den Meßplatz vorgegebenen Winkelintervalle durchgeführt werden darf. Andernfalls könnte die Apparatur durch das Anfahren ungültiger Postionen beschädigt werden.
Während der automatischen Justage ist von der Programmfunktion ein Statusfenster darzustellen, in dem der Benutzer darüber informiert wird, in welchem Stadium sich der Prozeß befindet. Da der 0-dimensionale Detektor nur maximal 100000 Röntgenstrahlungsimpulse pro Zeiteinheit registrieren kann, muß durch die Programmfunktion bei Überschreitung der Zählrate ein entsprechender Warnhinweis mit der Aufforderung, die Leistung des Röntgenapparats zu verringern, ausgegeben werden. Die Justage muß an dieser Stelle abgebrochen werden.
Zum Dialog der automatischen Justage soll eine Hilfefunktion vorhanden
sein, die die zu verändernden Parameter erläutert.
Es sollte die Möglichkeit bestehen, daß Parameter, die
z.B. Eigenschaften der Probe betreffen, vom Benutzer an die Programmfunktion
übergeben werden können.
Hier wären allgemeine Angaben zur Krümmung der Probe (konvex
oder konkav), aber auch genaue Werte der Probenkrümmung denkbar. Diese
Informationen könnten während der automatischen Justage zur Verkürzung
des Optimierungsprozesses herangezogen werden und auch dazu dienen, den
Kollimatorkristall schon von vornherein nur in die erforderliche Richtung
zu krümmen. Dadurch könnte dann verhindert werden, daß
der Halbleiter durch Anfahren positiver und negativer Krümmungswinkel
übermäßig beansprucht wird.
Der Anwender wählt aus dem Hauptmenü des RTK-Steuerprogramms den Punkt Ausführen/Automatische Justage... aus. Dadurch wird der Dialog "Automatische Justage" gestartet. Wenn die für die automatische Justage notwendigen Antriebe oder der 0-dimensionale Detektor vom Hauptprogramm nicht korrekt initialisiert wurden, wird im Textfeld des Dialogs eine entsprechende Meldung ausgegeben und der "Start"-Button deaktiviert. In diesem Fall ist es nicht möglich, eine Justage durchzuführen.
Andernfalls können die Voreinstellungswerte der Dialogparameter verändert werden. So ist es möglich, Abbruchkriterien wie die Anzahl der Wiederholungen festzulegen, die Such-Intervalle für die Justageachsen einzustellen oder zu bestimmen, ob die Justage in einer Log-Datei protokolliert werden soll. Um eine Erläuterung zu den einzelnen Parametern zu erhalten, kann der Hilfe-Button gedrückt werden.
Durch Aktivierung des Start-Buttons wird der Vorgang der automatischen Justage gestartet. Der Prozeß läuft selbständig ab, so daß der Anwender während der Optimierung nicht mehr einzugreifen braucht. Die Justage ist bei Erreichen des Maximums der Strahlungsintensität, im Fall des Eintretens einer vom Benutzer festgelegten Abbruchbedingung (z.B. der Anzahl der Wiederholungen) oder bei Überschreitung der zulässigen Zählimpulse für die Strahlung beendet.
Der Dialog kann durch Drücken des "Beenden"-Buttons verlassen werden.
Wurde die Justage erfolgreich abgeschlossen, läßt sich die Güte
der Optimierung anhand des Wertes der Halbwertsbreite beurteilen. Die Halbwertsbreite
kann über den Menüpunkt Ausführen/Manuelle Justage...
und anschließendes Drücken des Steuerknopfes "Halbwertsbreite
messen" bestimmt werden.
Um die Funktionsweise der automatischen Justage zu erläutern,
ist es notwendig, daß die Vorgehensweise der manuellen Justage noch
einmal kurz rekapituliert wird. In der folgenden Abb. ist der Vorgang schematisch
dargestellt.
Die automatische Justage umfaßt nur die Schritte des iterativen Justageprozesses, also diejenigen Schritte, die die Achsen "Tilt", "Beugung fein" und "Kollimator" verändern.
Nach Eingabe der Dialogparameter optimiert die Funktion automatisch die Lage der Kristallprobe zur Röntgenstrahlung. Dazu wird zuerst der Antrieb "Kollimator" so justiert, daß ein maximaler Intensitätswert im Röntgendetektor gemessen wird. Mit "Beugung fein" wird so nachgeregelt, daß die Strahlungsintensität nicht abfällt. Im darauf folgenden Optimierungsschritt wird die Achse "Tilt" verstellt, bis die Strahlung ein weiteres Maximum erreicht. Der Antrieb "Beugung fein" dient wiederum zur Nachregelung.
Der gesamte Prozeß besteht aus der Wiederholung dieser beiden
Schritte. Nach jedem Durchlauf werden die Abbruchkriterien getestet und
die Justage wird gegebenenfalls beendet. Im Fehlerfall wird eine entsprechende
Nachricht für den Nutzer generiert.
Der Benutzer kann im Dialog "Automatische Justage" folgende Parameter
zur Steuerung der Funktion verändern:
Zum besseren Nachvollziehen der Gestaltung des Dialogfensters sei auf den Anhang dieses Pflichtenheftes verwiesen, in dem eine Abbildung des Dialogfensters zu finden ist, das anhand der anschließenden Anforderungen entworfen wurde.
Die einzelnen Optionen werden im folgenden näher erläutert.
Bei Auswahl dieser Option werden alle wichtigen Informationen der
automatischen Justage in die Protokolldatei justage.log
geschrieben. Diese Datei befindet sich im selben Verzeichnis wie das RTK-Programm.
Sollte sie noch nicht existieren, wird die Datei neu erstellt. Ansonsten
wird die Logdatei mit jeder Neuausführung der automatischen Justage
sukzessive verlängert, wobei jede Justage mit Datum und Uhrzeit protokolliert
wird. Das Log enthält die von den Antrieben angefahrenen Positionen
mit den an diesen Stellen gemessenen Strahlungswerten und Angaben über
das jeweilige Stadium des Justageprozesses. Im Dialogfenster wurde diese
Option mit "Logdatei" benannt (siehe Anhang dieses Pflichtenheftes).
Ist die Checkbox aktiviert, wird die Protokolldatei geschrieben.
Die Anzahl der Wiederholungen gibt an, wie oft die Schritte des
iterativen Prozesses durchlaufen werden. Da es keinen geeigneten Nachweis
dafür gibt, ob es sich bei einer bestimmten Kristallprobenstellung
um den Peak handelt, müssen andere Abbruchverfahren angewendet werden.
Eine Möglichkeit ist die Annahme, daß nach einer bestimmten
Anzahl von Durchläufen der Peak erreicht wird bzw. sich in unmittelbarer
Umgebung befindet. Ist die Justage nach Erreichen der Wiederholungen nicht
erfolgreich, ist vom Anwender ein höherer Wert zu wählen. Im
Dialogfenster wurde für diesen Parameter die Bezeichnung "Durchläufe"
gewählt (siehe Anhang dieses Pflichtenheftes).
Angemessene Werte für den Parameter können erst später
durch entsprechende Testläufe in der Praxis festgelegt werden.
Die maximale Intensitätsdifferenz gibt an, um wieviel kleiner
die Intensität im Vergleich zum vorherigen Durchlauf sein darf. Ist
diese Intensitätsschranke unterschritten, wird zum letzten maximalen
Intensitätspunkt aus dem vorherigen Durchlauf zurückgekehrt und
die automatische Justage beendet. Damit existiert ein weiteres Abbruchkriterium.
Darüber hinaus kann es passieren, daß der Algorithmus zwischenzeitlich
durch Meßfehler verursachte Abweichungen von der Maximalrichtung
ansteuert. Diese Äusreißer" sollen durch die Prüfung der
Intensitätsdifferenz erkannt werden.
Die Prüfung der maximalen Intensitätsdifferenz kann separat
aktiviert werden. Eine Angabe für den Wertebereich der Differenz wird
beim praktischen Funktionstest ermittelt.
Der Suchbereich gibt an, in welchen Intervallgrenzen der Peak auf
den einzelnen Achsen gesucht werden soll und bezieht sich auf die Stellung
der Motoren zu Beginn der automatischen Justage. Das Programm testet, ob
diese Such-Intervalle die Softwareschranken der Motoren überschreiten.
Ist dies der Fall, werden die Grenzen intern angepaßt, so daß
die Motoren nicht über die Schranken gefahren werden. Die Werte des
Suchbereichs geben die Grenzen zu beiden Richtungen an und sind für
jeden an der Justage beteiligten Antrieb ("Beugung fein", "Tilt", "Kollimator")
anzugeben.
Die Wertebereiche müssen beim späteren Test der Funktion anhand
verschiedener Proben entsprechend ermittelt werden.
Die Voreinstellungen der Dialogparameter (Defaultwerte) müssen
in einer ausgedehnten Testreihe am RTK-Arbeitsplatz ermittelt werden. Dazu
sind mehrere Proben aus unterschiedlichen Probenklassen zu untersuchen,
um ausreichende Erfahrungswerte zu sammeln. Die Forderung besteht darin,
Werte zu ermitteln, bei denen die automatische Justage ohne Änderung
der Parameter gute Ergebnisse für einen Großteil der untersuchten
Halbleiterkristalle liefert.
Zur Veranschaulichung soll hier bereits das Dialogfenster, wie es
als Produkt der Anforderungen entworfen wurde, gezeigt werden. Gemäß
den Richtlinien zur Erstellung eines Pflichtenheftes (siehe Balzert) sind
grafische Entwürfe von Benutzerschnittstellen normalerweise nicht
vorgesehen.
