DE1598627A1

DE1598627A1 - Vorrichtung fuer Texturanalyse

Info

Publication number: DE1598627A1
Application number: DE19661598627
Authority: DE
Inventors: Jean Serra
Original assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1965-07-02
Filing date: 1966-06-30
Publication date: 1972-06-08
Also published as: SE325150B; DE1598627B2; US3449586A; DE1598627C3; JPS4820155B1; FR1449059A; BE682952A; GB1157481A

Description

0MNG. EUGEN ;

JATiNTANWAlT

73TUTTGART.1 159882?

WERASTRASSE 24 TSIiFON 141741/a

A 1o 294

23. Juni 1966

INSTITUT JJE BSCHERCHES DE LA SIBERURSIE PRANCAISE 185» rue President Roosevelt, SAIHIF GERMAIN » en - LAYS (Seine-et-Öise), Frankreich

Vorrichtung für die Texturanalyse

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur automatischen statistischen Analyse der geometrischen Verteilung unterschiedlicher, in einem heterogenem Medium verteilter Eigenschaften, insbesondere wenn man von diesem Medium ein Bild erhalten kann, welches die verschiedenen Bestandteile

«- 2 —

209824/0073 bad

A Io 294

28o Juni 1966

oder die verschiedenen Eigenschaften dieses heterogenem ■■'% Mediums, durch genügend voneinander unterschiedliche Farben oder optische Dichten darstellt, wie das ζ,Β, bei der Verteilung der verschiedenen petrographisciien Bestandteile In einem Erz der Fall ist. Diese Erfindung wurde aus Anlaß einer geostatistiscfcen Untersuchung über die bereichsweise petrographische Verteilung der Bestandteile bei Eisenerzen gemacht. Ihre Anwendung ist aber natürlich nicht auf dieses besondere Gebiet beschränkt*

Der Zweck der Erfindung ist eine automatische und sehr schnelle Auswertung der Bilder von heterogenen Medien, sowie die automatische und sehr schnelle Ausführung der statistischen Rechnungen über die bei dieser Auswertung erhaltenen Informationen.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Texturanalyse eines heterogenen Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Mittel miteinander kombiniert: Mittel zur Feststellung einer bestimmten Eigenschaft in einem kleinen Bereich des heterogenen Mediums und zur Umwandlung dieser Eigenschaft in eine leicht meßbare physikalische Größe, vor», zugeweise in ein elektrisches Signal, Mittel zur Verschiebung des obengenannten Bereiches auf dem zu analysierenden

209824/0073

2*- 1Ö98627

28. Juni 1966
me

Medium, zur Abtastung durch gleichmäßig über dem Medium verteilte Einzelmessungen, einen Speicher zur Einspeicherung der Meßwerte der obengenannten physikalischen Größe nach jeder Messung, Mittel zur logischen Auswahl zum Vergleich von je zwei, je drei .„. je k eingespeicherten Meßwerten, sowie Zählmittel zum Summieren der Anzahl der Übereinstimmungen oder Nichtübereinstimmungen der eingespeicherten Meßwerte, die sich auf Meßpunkte beziehen, die in verschiedenen Entfernungen voneinander liegen.

Gemäß einer Ausführungsvariante ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Mittel miteinander kombiniert: Mittel zur Messung einer bestimmten Meßgröße in einem gewissen Bereich des heterogenen Mediums und zur Umwandlung dieser Größe in ein elektrisches digitales Signal, Mittel zur Ver · Schiebung dieses Bereiches in dem zu analysierenden Medium und zur Ausführung von Einzelmessungen in regelmäßigen Abständen über dem ganzen Medium, wobei die Entfernung zwischen zwei Meßpunkten als Analyseschritt bezeichnet wird, Mittel zur Speicherung des Meßwertes des obengenannten elektrischen Signals für die η letzten Messungen, wobei η eine vorbestimmte ganze Zahl ist, und wobei der jeweils letzte Meßwert, den äl-

testen im Speicher enthaltenen Meßwert ersetzt, Mittel zur

209824/0073=..... _fc.v.^,o-> ^

A 1o 294

28. Juni 1966 .

me τ «· T^i «-

logischen Auswahl zum Vergleich der eingespeicherten Meßwerte zu je 2, je 3 ·.» j® k nach jeder Messung, sowie Zöhlvorrichtungen zum Summieren der ßesamtanzahl der Übereinstimmungen oder Nichtübereinstimmungen der während der ganzen Analysedauer in den Speichern eingespeicherten Meßwerte, welche der Gesamtheit von Bereichen entsprechen, die gegenseitig in konstanten Entfernungen entsprechend ganzzahligen Mehrfachen 1, 2 ... η des Analyseschrittes angeordnet sind.

In einer bevorzugten Ausführungsweise, die an die Analyse der Texturbilder eines heterogenen Mediums angepaßt ist, ist die erfindungegemäße Vorrichtung gekennzeichnet durch die Verbindung wenigstens eines photoelektrischen Empfängers mit einer an die auf dem Bild zu bestimmenden Farbe angepaßten spektralen Empfindlichkeitskurve, mit einer geeigneten optischen Vorrichtung, welche ein für ein Bildelement (Bildbereich) kennzeichnendes elektrisches Signal liefert, Abtastmittel, um den Meßbereich auf dem zu analysierenden Bild entsprechend den aufeinanderfolgenden Zeilen zu verschieben, mindestens einem Verschieberegister je photoelektrisohen Empfänger, wobei jedes Register η binäre Speicherzellen umfaßt, mindestens einem Digitalzähler in Verbindung mit einem logischen Steuerwerk zur Bestimmung der Übereinatimmung oder der Hichtübereinstim-

„ _{Λ Λ Λ Λ} BAD ORKSiNAL

209824/0073

28. Juni 1966 me

mung der in den k angeschlossenen Speicherseilen enthaltenen Signale» eine Wahlmatrix zur Verbindung dieser logischen Steuerung mit den auegewählten Speicherzellen und einen mit den Abtastmitteln des Bildes synchronisierten Steuerkreis» der in regelmäßigen Abständen die Verschiebung der in jedem Register enthaltenen Informationen um eine Zelle, sowie die Sinepeicherung des von dem entsprechenden photoelektrlachen Empfänger gelieferten Signals in die letzte Speicherzelle bewirkt und den Zählvorgang in jedem !Digitalzähler auslöst.

Bie erfindungsgemäee Vorrichtung kann außerdem ein oder mehrere der folgenden Kennzeichen in Verbindung mit den bereits genannten aufweisen:

- a) die optische Vorrichtung 1st ein Mikroskop» mit einem

Photometer» das den photoelektrisohen Empfänger enthält;

- b) die Vorrichtung umfaßt eine Anzahl von photoelektrischen Empfängern, die gleich ist der Anzahl der Farben, deren Anwesenheit man im Bild feststellen will}

« o) die Abtastvorrichtung besteht aus einem auf einem Kreuz»

209824/0073

A !θ 294 'IwQOD-IT

28, Juni 1966 »Ο» ob 27

schlitten ruhenden Objekttisch, dessen Bewegung derart programmiert ist, daß sich der beobachtete Bereich zeilenweise nach und nach auf dem Bild verschiebt;

d) die Bewegung des Objekttisehes erfolgt mit Konstanter !geschwindigkeit, wobei die Einspeicherung sowie die Zählung am Anfang jeder Abtastzeile ausgelöst und am Ende der Zeile abgestellt werden;

e) der Steuerkreis sendet periodische Impulse, deren Frequenz mit der Vorschubgeachwindigkeit des Tisches die Weite des Analysesehrittes bestimmt, wobei jeder Impuls das öffnen von Torkreisen einerseits zwischen den photoelektriechen Empfängern und den Speicherregistern und andrerseits zwischen den logischen Steuerkreisen und Sen Zählern sowie die Zählvorgänge steuert;

f) die Vorrichtung umfaßt einen zusätzlichen Digitalzähler,, welcher die Gesamtzahl der Meßpunkte, die auf dem Bild analysiert wurden, zählt;

g) die Vorrichtung umfaßt Umschalter, welche die Verbindung der logischen Steuerkreise mit den entsprechenden Zählern trotz der Umkehrung der Abtastrichtung ermöglichen . _ ^₁

20982 4/00 7 3 -^iyX .8AD₀RiGiNAL

A 1o 294

28. Juni 1966

Im Vorhergeaagten sowie in der Folge bezeichnet das Wort "Bereich" ein kleines Bildelement, welches durch eine geometrische Kontur (Blende) begrenzt wird, und welches auf einen Streckenabschnitt bzw. auf einen Punkt beschränkt wer« den kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur automatischen tistisohen und raschen Untersuchung der bereichsweisen Verteil lungen gewisser Bestandteile z.B. natürlicher Anhäufungen be« stimmter Substanzen (geologische Formationen) bzw. gewisser künstlich ausgearbeiteter Stoffe (&,B* Seigerungen in Legie·» rungen), insbesondere, wenn diese bereichsweisen Verteilungen auf den Bildern durch unterschiedliche Farben und unterschied·* liehe optische Dichten zum Ausdruck kommen«

Sie ist besonders zweckmäßig für die petrographische Unter·*- suchung mit Hilfe der neueren mathematischen Analyseverfahren, die auf der Theorie der aleatorischen Funktionen, sowie auf der Fourrier-Analyse beruhen. Bei diesen Verfahren, die in dem Buch von G. Matheron "Traite de geostatistique Appliquee" (Band 1 und 2) behandelt werden, werden insbesondere im Falle der Realisierung aleatorischer Funktionen mit station närem Zuwachs, die man als "eigentliche bereicheweise Auf-^

BAD ONO»»*· --8 -, 209824/0073

A to 294

28. Juni 1966 $

me — Jfr —

teilung" (regionalisation intrinseque) bezeichnet, die Momente zweiter Ordnung ausgewertet, bsw. im Fall einer nioht eigentlichen bereiehsweisen Aufteilung (regionalisation non intrinseque) die ErsatzgröSe für diese Momente, die ebenfalls im Werk von S. Matheron definiert wird.

Wenn diese aleatorischen Punktionen sogenannte Zweipunkt-Punktionen (Ja~nein~Funktionen) sind, d.h. wenn jeder Punkt des Raumes, wo die Funktion realisiert wird, nur einen von zwei Festwerten einnehmen kann, z.B. 0 oder' 1, kann man sehr leicht Momente höherer Ordnung als zwei, ja sogar unendlicher Ordnung definieren und verwenden.

Wenn man einen Bereich ζ um einen Funkt χ betrachtet (wobei χ den Endpunkt eines Vektors darstellt) so sagt man, daß f_z (x) = 0 ist, wenn kein einziger Punkt von ζ den Wert 1

aufweist, und daß
f_z (x)' * 1 ist, wenn wenigstens ein Punkt von ζ den Wert 1

aufweist.

Man sagt ebenfalls
f-z (x) = 0, wenn wenigstens ein Punkt von ζ den Wert 0

aufweist,
f-z (x) - 1, wenn alle Punkte von a den Wert 1 aufweise«.

— * — 9

BAD ORiGiMAL

209824/0073

A to 294

28. Juni 1966 ^

me J -JgT-

Mese Umwandlungen führen auf einem gebmetrischen Umweg die Momente unendlicher Ordnung ein» die allen Punkten des Bereiches ζ der entsprechenden aleatorischen Zweipunktfunktion zugeordnet sind, was man mathematisch nachprüfen kann»

In der Praxis kann man behaupten, daß alle Bilder, deren Tongrade genügend voneinanderahweichen, bzw« geometrische formen, die man in der Petrographie vorfinden kann, aleatorische Zweipunktfunktionen darstellen. Z.B. kann4M8h)|ehaupten, daß an jedem Punkte jeweils Quarz vorhanden ist oder nicht.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist jedoch nicht an petrographische Untereuchungen beschränkt und kann genau so gut bei der Untersuchung anderer heterogener, ge» körnter natürlicher oder künstlich erzeugter Medien angewandt werden.

Man kann z.B. die Untersuchung der Ausstriche von Lagerstätten, der Wanderung von Bestandteilen eines Mediums, poröser Medien, von Einschlüssen in Metallen, des Kristallwachstums und zahlreicher ähnlicher Vorgänge, die erentuell in Abhängigkeit der Zeit Änderungen aufweisen können, wie z.B. in

BAD ORiQIJML - 1o -

20989 A

1b98627

A Io 294

28. Juni 1966 ι_Λ

me /0

der Biologie die Entwicklung von Bazillenkolonien oder einer Zellenkultur mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung unternehmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zahlreiche bedeutende praktische Anwendungen finden. Sie ermöglicht z.B. die Messung der spezifischen Oberfläche (Oberfläche eines Körpers, die je Volumeneinheit mit dem AuSenmedium in Berührung steht) und viel allgemeiner die Kontaktflächen von je zwei Bestandteilen in einem heterogenen Medium mit mehreren Bestandteilen. Durch Ausführung von Messungen in den drei Raumdimensionen des untersuchten heterogenen Mediums kann man verstehen, daß die so bestimmten Meßwerte diese obengenannten Flächen im Raum und nicht nur ihren Schnitt bzw. ihre Projektion auf eine Ebene darstellen. Die Kenntnis dieser spezifischen Oberflächen ist besonders dann zweckmäßig, wenn die Entwicklung eines physikalischen bzw<■ chemischen Vorganges an einem Festkörper von den bestehenden Berührungsflächen abhängt„ Durch derartige Messungen war es z.B. möglich bei Wärmeübergangsvorgängen die Konvektionskonstante zu bestimmen, bzw« den Auftriebskoeffizienten bei zerriebenem Iris zu berechnen.

^8AD

209824/0073

1B98627

A Io 294

28. Juni 1966

Man kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls die Lage und Größe der Faktoren bestimmen, welche Gefügetexturen beschreiben, in denen einer der Bestandteile den anderen mehr oder weniger allseitig umgibt, wobei die be» obachteten Vorgänge entweder filmartiger Natur sind oder nur auf "Nebeneinanderstellung" beruhen. Derartige Vorgänge sind besonders vom Anmelder untersucht worden, und zwar entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren, zur Messung des Wachstums gewisser Körper, die sich auf Kosten anderer entwickeln, insbesondere bei der Reduktion von Eisenoxiden.

Man kann ebenfalls die Korngrößenverteilung mit bzw. ohne Richtwirkung messen, indem man als Abtastbereich gerade Strecken, Kreise oder Hechtecke verwendet. Derartige Messungen wurden bis jetzt besonders für die Untersuchung der Forennetze in porösen Körpern zum Einsatz gebracht (gesintertes Eisenerz) bzw. zur Untersuchung des Erzes auf der Lagerstätte im Maßstab von einigen Metern (nach photographischer Verkleinerung der Bilder). Hier aber, wie in den beiden vorhergehenden Einflußgrößentypen, handelt es sich um Anwendungen, die bei einem beliebigen anderen Gefüge gültig sind.

- 12 BAD OWGINAt

209824/0073

A 1o 294

28. Juni 1966

Die beiden erstgenannten Anwendungstypen werden mit Hilfe eines Abtasibereiches eingesetzt, welcher durch eine Gruppe von 2 Punkten in einer Entfernung h iait Schwerpunkt χ bestimmt wird. Die der Zweipunkttransforraation zugeordnete Punktion wird dann als "Kovariogramm" bezeichnet, wenn man für die beiden Punkte die Bedingung auferlegt, daß sie eich in demselben Bestandteil befinden, und als "Rechteek-Kovariogramra" wenn die Bedingung fordert, daß die beiden Punkte sich je in einem verschiedenen Bestandteil befinden. Diese letzte Meseungstype erfolgt mit Hilfe eines Produktes von Zweipunkttransformation von linearen, kreisför*- migen, bzw. rechteckigen Bereichen.

Das vorstehende Beispiel bezieht sich auf die Petrographle. Die Funktion f^ (h) wird auch als "eigentliche Kovarianz" (covariance intrinsdque) bezeichnet und kann zweckmäßigerweise für die Anwendungen an die Metallkunde verwendet werden, z.B. für die Analyse der nicht-metallischen Einschlüsse in einem geschliffenen Schnitt in Stahl. Das Gerät arbeitet dann genau wie oben beschrieben und ermöglicht die quantitative Bestimmung des ßehaltes an Einschlüssen, welcher dem Ausgangspunkt des Kovariogrammes entspricht, die spezifische Fläche der Einschlüsse, welche proportional zu Neigung der Tangenten am Ausgangspunkt des Kovariogrammes

209824/0073 'bad original

Tb98627

A 1o 294

28. Juni 1966 \

me *J - 49

ist, sowie die Verteilung der Einschlüsse an getrennten Stellen oder in mehr oder weniger gruppierten Horten, welche sich in form von Extremwerten im Kovariogramm in verschiedenen Entfernungen h auswirkt sowie schließlich die Form der Einschlüsse, die sich durch eine Anisotropie des Kovariogrammes in verschiedenen Richtungen auswirkt«

In einer bevorzugten Ausftihrungsform verwendet die erfindungsgemäße Vorrichtung ein konventionelles Mikroskop, das bisher in den Fetrographielaboratorien zur Analyse der geometrischen bereichsweisen Verteilungen verwendet wird, in ihrer Sarstellung durch einen unterschiedlichen Schwärzungsgrad bzw, durch abgesetzte Farbtöne, und zwar entweder auf mikroskopischen Bildern (z.B. Dünnschnitte) oder auf makroskopischen Bildern, die z.B. auf Kleinformatbildern (24 χ 36 mm. z.B.) zum Einsatz kommt. Das Mikroskop wird dann mit einem Objekttisch auf einem Kreuzschlitten mit zwei automatischen Vorschüben sowie mit einem Photometer ausgerüstet, welches je Farbe, deren Anwesenheit oder Abwesenheit man im analysierten Punkt des Bildes feststellen will, eine Photozelle umfaßt, wobei natürlich jede Photozelle mit einem Selektivfilger ausgerüstet ist, so daß sie nur auf die gewünschte Farbe anspricht. Dieselbe Vorrichtung kann an die

BAD ORiQlNAL 14 ~

20982t/fin 7·»

A Ίο 294 * '
28. Juni 1966
me

Untersuchung ier "Körner" bzw. der "Poren" in einem Porösen Medium verwendet werden, (wobei die "Poren¹¹ durch den Baum zwischen den Körnern gebildet werden), wobei die Poren durch Imprägnation mit einem gefärbten Kunstharz oder mit einem fluoreszenten Kunstharz, der mit ultra-violettem Licht angestrahlt wird* gefüllt werden.

Die anderen Kennzeichen und Vorteile, sowie die Arbeiteweise der erfindungsgemäßen Vorrichtimg ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Aueführungsbeiepieles der Vorrichtung zur Texturanalyse von geologischen Prüflingen und aus den beigefügten Zeichnungen.

Abb. 1 gibt ein vereinfachtes Schema der gesamten Anlage

Abb. 2 gibt ein detaillierteres Schema der Speicherregister und der Steuermatrix (Programmationsmatrix)

Abbο 3 zeigt die Vorschubbewegung des Objekttisches

Abb. 4 gibt ein detalliertes Schema der Anordnung der Photozelle

15

A 1o 294

28. Juni 1'966

Abb. 5 zeigt einen Abschnitt des Bildes des Prüflings, welcher einer geostatistischen Analyse unterzogen wird und

Abb. 6 zeigt die Auswertungskurve, die sich auf den Prüfling der Abb. 5 bezieht.

Die Abb. 1 zeigt eine äußerst vereinfachte schematische Darstellung der erfindungsgemäSen Vorrichtung« Die Prüflinge werden unter das Objektiv des Mikroskops 1 gelegt und zwar auf einen Objekttisch, automatischer Bewegung,der mit Hilfe der beiden Motoren 3 bzw. 3a gemäß zwei zu einander senkrechten Richtungen verschoben werden kann, wie weiter unten erklärt wird. Über dem Mikroskop ist ein lichtdichtes Gehäuse angeordnet, in welchem eine Photozelle mit SekundärelektronenvervMfachen (SEV) 5 eingebaut ist. In der Ebene des vom Mikroskop 1 gelieferten reellen Bildes (Ebene, wo die lichtempfindliche Schicht bei der Mikrophotographie normalerweise liegt) befindet sich eine Blende 6, die man in der Abb. 4 sehen kann. Eine Sammellinse 7, die voa einem Tubus 8 getragen wird, ist über der Blende 6 in einer solchen Entfernung angebracht, daß sie dann als von der Blende begrenzte Strahlenbündel in ein Strahlenbündel verwandelt, das die gesamte aktive Fläche der Photokathode 9 bedeckt«

- 16-

BAD ORIGINAL

209824/0073

A 1o 294

28. Juni 1966

Der SEV 5, der auf bekannter Weise mit Hochspannung versorgt wird* liefert ein Signal, welches die optische Dichte (Schwärzung) des Bereiches des Prüflings, welcher durch das Mikroskop beobachtet und auf die Photokathode 9 projiziert wird, darstellt. Die Form und die Abmessungen dieses Bereiches werden von der Vergrößerung des Mikroskopes 1 und von der Form und den Abmessungen der Blendenöffnung 6 bestimmt.

Dieser Bereich kann z.B. einem Kreis, einer Strecke auf einer Geraden usw. entsprechen, und er kann praktisch auf einen Punkt beschränkt werden.

Das von der Zelle gelieferte Signal wird an einen Analog-Digitalwandler 1o mit mehreren Digitalstufen angelegt, der von Kippkreisen der Type des "Schmidt'sehen Triggers" gebildet wird, in welchem das Signal mit voreingestellten Schwellwertspannungen verglichen wird. Jeder Kippkreis liefert ein Digitalsignal, welches nur zwei feste Werte annehmen kann, je nachdem ob das Signal der Photozelle kleiner bzw. größer ist als die entsprechende Schwelle oder gleich derselben. Der Analog-Digitalwandler Ίο besitzt entsprechende Schalter, mit denen man gleichzeitig 1, 2 bzw. 3 Digitalskifen in Betrieb setzen und die entsprechenden Schwellwerte einstellen kann_o

BAD ΟΒ«3!ΝΑ!

2098 24/00 7 3

A1© 294

2Θ. Juni 1B66

me -

Mit Hilfe eines Frequenzwandler 11» der an das Hetz angeschlossen ist, und dessen Frequenzverhältnis 2/3 iat_t werden die von Analog-Digitalwandler 1o gelieferten Sig-

naIe 5o χ m » 35 Hal je Sekunde während einer sehr kurzen Dauer von etwa 1o S kund en abgefragt. Der Momentanwert der Signale wird an eine Speioherregistereinheit 12 angelegt, welche z.B. vier Register 12a, 12b, 12c, 12d uafaßt, und die in der Abb. 2 näher bestimmt ist. Jedes Register besteht aus binären bistabilen Kippstufen 13, die in Kaskade geschaltet sind. Das Register 12a zählt neun. Kippstu fe^ die Register 12b und 12c je vier Kippstufen und das Register 12d acht.

Der Wandler 1o kann gleichzeitig eine zweite Rolle spielen: er umfaßt ein Kippsystem, das nur einmal gekippt wird und womit geprüft werden kann, ob zwischen zwei aufeinanderfol genden Abfragen das Digitalsignal immer in demselben Zustand geblieben ist*

Wenn diese zweite Funktion verwendet wird, muß die Registereinheit 12 zwangsweise in zwei Abschnitte ζ..B-. 12a und 12d unterteilt werden oder z.B. 12a und 12b einerseits und 12c, 12d andrerseits; der erste Abschnitt des Registers wird z.B. für die Punktweise Abfrage verwendet, während der zweite un-

BAD ORiGINAl - 18 --

209824/0073

A To 294

28. Juni 196β

me y«f ~ ** ~

terschledliche Digitalinfonnationen erhält» je nachdem ob das Signal innerhalb des Abfrageintervallea seinen Zustand verändert hat oder nicht.

Jede der Kippstufen 13 besitzt zwei komplementäre Ausgänge 14 und 15t derart daß der eine Ausgang sich im Zustand Hull befindet, wenn der andere Ausgang sich im Zustand 1 befindet, wobei der Zustand 0 des Ausganges 14- einer Spannung entspricht, die kleiner ist als der οIngeste11te Schwellwert des SET 5» während der Zustand 1 desselben Ausganges 14 einer Spannung exfepricht, die größer oder gleich diesem einstellbaren Schwellwert ist, wobei der Zustand Hull einem schwarzen Bildbereich und der Zustand 1 einem weißen Bildbereich entsprechen kann. Am Ausgang 15 sind die Zustände umgekehrt, d.h. daS der Zustand 0 dieses Ausganges einer Spannung entspricht, die größer oder gleich der Einstellschwelle ist, während der Zustand 1 einer Spannung entspricht, die unter diesem Schwellwert liegt.

Ba es insgesamt im Register 12 25 Kippkreise gibt, erhält man 5o Ausgänge, die je an eine Spalte 16 einer Programm-" Matrix 17 angeschlossen sind; die Matrix 17 besitzt außerdem 5o Zeilen 18, die je an einen Zähler 19 angeschlossen sind. Die Spalten 16 und die Zeilen 18 sind in der Abb.

BAD ORIGINAL

209824/0073

159862?

A 1o 294

28. Juni 1966

senkrecht zueinander ausgerichtet und liegen in zwei waagerechten parallelen Ebenen, so daß sie nicht miteinander in Berührung stehen. IJm eine Zeile 18 an eine Spalte 16 anzuschließen verwendet man einen Kontaktstöpsel 2o, pflack") der senkrecht in dem Schnittpunkt der betrachteten Spalte und Zeile eingesteckt wird. Hit dem Stöpsel 2o können eine Zeile 18 und eine Spalte 16 auf dasselbe Spannungepotential gebracht werden. Auf ein und derselben Zeile können natürlich mehrere Stöpsel 2o eingesteckt werden. Jede der Zeilen 18 ist an den entsprechenden Zähler 19 über einen Torkreis 21 angeschlossen, der nur während einer Zeitdauer

von etwa 1o Sekunden leitend ist.

Wie bereits erwähnt, umfaßt die Vorrichtung einen netzgespeisten Frequenzwandler 11, der eine 33 Hz-Frequenz liefert; sie umfaßt außerdem einen Programmschalter 22, welcher die Vorschubbewegung des Objekttisches 2 steuert, und mit dem Frequenzwandler 11 verbunden ist. Der Programmschalter 22 und der Frequenzwandler 11 sind andrerseits mit den Torkreisen 21, mit der Registereinheit 12 und mit dem Analog-Digitalwandler 1o über einen Steuerkreis 23 verbunden, welcher die drei folgenden Kommandos der Reihe nach abgibtί

~ 2o -

BAD ORIGINAL 209824/0073

A 1o 294

28. Juni 1966

1) Kommando an die Register 12a, 12b, 12e und 12d um die in jedem Kippkrels eingeepeioherte Information in den nach« sten Kippkreis zu übertragen» und gleichzeitig die Information in dem letzten Klppkreis 15a rechts in jedem Register zu löschen.

2) Kommando zur Einspeicherung der neuen Informationen aus dem Anäog-Digitalwandler 1o, und zwar je einer Information je Register in dem ersten Kippkrels 13b links jedes Registers*

3) Kommando zum Auslösen der Torkreise 21 um die Zähler ge-* gebenenfalls um eine Einheit weiterzusohalten, d.h. wenn die entsprechende Zelle 18 erregt 1st« Je nach der Ver-» sohiebungsrichtung des Objekttisches 2 können über Umschalter 24 die mit dem Steuerkreis 23 verbunden sind» die verschiedenen Zellenpaare wie 18a und 18b entweder Zählern 19» und 19b oder umgekehrt zwei Zählern 19b und 19a zugeordnet werden. Im Falle derAbb. 1 sind die Zeilen 18a_s 18b, respektive den Zählern 19a» 19b zugeordnet.

Die drei vom Steuerkreis 23 abgegebenen Kommandos werden 33 Hai je Sekunde abgegeben« da diese Zeiteinheit vom Frequenzwandler 11 eingestellt wird.

209824/0073 bad original

A 1o 294

28. Juni 1966

ff

Hie Abb. 3 zeigt an eine« Beispiel, wie die Verschiebung des Objekttisches 2 erfolgt und wie sie gesteuert wird.

Der Objekttisch 2 kann genä& zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Richtungen «it Hilfe der beiden Motoren 3 und 3a verschoben werden, wobei jede Versehiebungsriohtung jeweils unkehrbar ist. Die Abb. 3 zeigt insbesondere einen Abtastkreislauf, wobei die Abtastung eeilenweise, längs der Zeilen 25, 26, 27 und 28 erfolgt. Die Zelle 25 entspricht der Verschiebung des Tischeβ z.B. unter dem Einfluß des Motors 3, während der Motor 3a stillstehtJ die Strecke 26 zeigt die Verschiebung des Tisches 2 durch den Motor 3a, während der Motor 3 stillsteht, die Zeile 27 zeigt die Verschiebung des Tischen 2 unter dem Einfluß des Motors 3, des« sen Drehriohtung umgekehrt wurde, wobei der Motor 3a stillsteht, die Strecke 28 stellt die Verschiebung unter Einfluß des Motors 3a, der immer in derselben Richtung läuft, während der Motor 3 stillsteht. Dann wird ein zweiter Abtastkreislauf ausgelöst, dann ein dritter, usw..,.».

Während eines bestimmten Abtastkreislaufes, sind die Zähler 19 nur in dem Teil der Zeilen 25 und 27 angeschlossen, die stark ausgezogen sind, und die mit 25a und 27a bezeichnet aindj da die Abtastung längs 27a in umgekehrter Richtung von der längs 25a erfolgt, werden dabei die Anschlüsse an

209824/0073 " ** ~ ^BAD

A To 294

28. Juni t966

it -«*

die Zähler 19 ait Hilfe des Umschalters 24 umgeschaltet· Während der Verschiebung längs der dünnen Striche 25b, 25e, 26, 27b und 28 sind die Torkreise 21 der Zähler geschlossen.

Natürlich stellt die in der Abb. 3 dargestellte Abtastung nur ein AusfUhrungsbeiepiel dar, und die Abtastung kann im nahmen der Erfindung gemäß einem beliebigen Huster au« geraden Zeilen erfolgen, z.B. gemäß verschlungenen gebrochenen Linien, (Griechischer Pries). So könnte man auch die Zustände für Verschiebungen gemäß den beiden Bewegungsrichtungen während eines Abtastkreislaufes speichern.

Die Abb. 5 zeigt einen feil eines Prüflins, welcher der geoatatlstischen Analyse unterzogen wird.

Der Prüfling besteht aus einem Dünnschnitt aus oolitischem Eisenerz von La Mouriere (Lothringen). Die dunklen Teile 29 bestehen aus Oolithen, die übrigens durch ihre kennzeichnende Form erkennbar sind, während die weissen Teile 3© aus Chloriten bestehen. Der Dünnsetaitt wird auf dem Objekttisch befestigt und gleichzeitig mit diesem bewegt, während dieser Bewegung empfängt d@r SEV 4 die Bilder der Punkte 31a, 31b ... 31h, 31i, die längs der Zeile 31 angeordnet sind»

BAD

209824/0073

A Io 294

28. Juni 1966

Während des nächsten Abtastkreislaufes erhält der SEV die Bilder der Punkte 32a, 32b ... 32h, 32i, die länge der Zeile 32 angeordnet sind, usw.

Allten Punkten, deren Leuohtstärke größer oder gleich Ist der Leuchtstärke eines Schwellwertes, wird die Zäi O zugeordnet, allen anderen die Zahl 1.

Die von dem SEV 4 gelieferten und vom Analog-Digitalwandler 1o verwandelten Signale, - nur bei unterbrochenem Betrieb des Wandlers im felle dieses Beispiels -, werden in der Speicherregistereinheit 12 in folgender Reihenfolge ge« speichert:

Zeile 31 10 110 0 110

Zeile 32 11110 0 111

Zeile 38 11110 1111

In der Zeile 31 ergibt die Reihe von 9 Ziffern folgenden Beitrag: für den Zähler 19, welcher die Paare von aufeinanderfolgenden Nullen speichert (0 0), liefert die Zeile den Beitrag einer Einheit, da diese Reihe nur ein Paar O O von zwei aufeinanderfolgenden Nullen aufweist; für den Zäh-

~BAD ORIGINAL

209824/0073

A 1o 294

28. Juni 1966

ler, welcher die Paare von aufeinanderfolgenden Einsern (1 1) zählt, bringt die Zeile 31 den Beitrag von 2 Einheiten. In diesem Falle hat man k'= 2, da es sich um 2 Paare handelt.

Für den Zähler 19, welcher die Ziffempaare zählt, die von einer O vor einer 1 gebildet werden, bringt die Zeile 31 den Beitrag von 2 Einheiten . *. usw. für eine beliebige Anordnung von k Kippkreisen,

Nach Abtastung der Zeile 31 fährt der Objekttisch 2 unter dem Antrieb der beiden Motore weiter und unternimmt dann die Abtastung der Zeile 32 in umgekehrter Richtung, da der erste Vorschubmotor seine Srehrichtung umgeschaltet hat.

Am Ende der Abtastung wird auf den Zählern 19 die Zahl der Punktpaare jeder Art festgestellt und mit der Gesamtanzahl von Punktpaaren verglichen um diese in Form einer Frequenz auszudrücken. Es sei f (h) die Frequenz der Paare 00, f_o1 (h) die der Paare 01, f^ (h) die der Paare 10 und JF₁₁ die der Paare 11 für jede Entfernung h, die gleich ist einem ganzen Vielfachen des Analyseschrittes (d.h« der Entfernung zwischen r-wei aufeinanderfolgenden Meßpunkten), wo-

S ■ . 25

/0073

A to 294

28. Juni 1966

me μ -.

bei dieses Vielfache mit Hilfe der in der Matrix 17 ein» gesteckten Stecker 2o programmiert wurde»

Die Funktionen f (h) können für ein und denselben Prüfling in mehreren unterschiedlichen Sichtungen gemessen werden.

Betrachten wir die zahlenmäßigen Ergebnisse auf der Abb. Man kann feststellen, daß die Funktionen f (h) bei beliebiger Abtastrichtung denselben zahlenmäßigen Wert behalten und daß

f.To (h) = f_o1 (h) bei beliebigem h.

Es folgt daraus ein erster Schluß: die bereichaweise Verteilung ist isotrop, und es gibt keine progressive Anreiz cherung an Oolithen in keiner bevorzugten Richtung«

Geben wir nun zur Veranschaulichung die ziffsrnmäßgen Werte von f-, (h) und das entsprechende Diagramm (Abb. 6)

26 -

BAD ORIGINAL

209824/0073

A 1o 294

28. Juni 1966

1698627

J h ( ) ϊ f (h) ί tt 8 £ (η) *

f (H)

O	j	o,8o65	*	9	S	o,6579	S	18	β	ο,6514
1	I	o,7381		to	:	o,6578	9	19	β	ο,65ο4
2	S	o,7o63	*	11	2	o,655o	ί	2o	s	ο,651ο
3	ί	0,6861	S	12	:	o,6535	S	21	:	ο,65ο8
4	:	0,6751	S	13	:	0,6518	t	22		ο,6563
VJl	s	0,6681	I	14	j	o,6523	8	23	:	ο,652ο
6	t	o,6646	S	15		o,6524	S		3
7	ι	o,66o3	S	16	*	0,6527	i		i
8	i	0,6581	I	17	i	o,6522	S
			a.		t		8

Dieae Kurve f^ (h) liefert mehrere Resultate, und insbesondere folgende:

1- Daa Verhältnis der Oolithen ist f_n (O) = o,8o65 (Punkt A der Abb. 6).

2- Genauigkeit des Wertes dieses Verhältnisses»

Diese Präzision hängt von der ßesaratanzahl der gemessenen Punktpaare ab, sowie von der Form der Kurve f^_? (a), wel-

209824/0073

27 » BAD

A 1o 294

28. Juni 1966

ehe man durch ein mathematisches Modell annähert (hier durch eine Exponentialkurve). Unter Berücksichtigung dieser beiden Daten kann die Präeision des Wertes des Verhältnisses an Oolithen mit Hilfe der sogenannten "Ausdehnungs- und Abschätzstreuungen" ("variance d¹ extension et d*estimation") gemäß der Abhandlung über die erwähnte ge&statistische Analyse von G. Matheron bestimmt werden. Man findet hier als Abschätzstreuung <T 2 * 1,8 χ To""⁶.

Wenn man als konventionellen Meßfehler + 2 er nimmt, so ist hier der Meßfehler gleich o,5 #.

3- Die Kontaktfläohe Oolithe / Chlorite je Volumeneinheit des Erzes beträgt ™4 f^ (O)₀ Wenn f^ (h) nicht isotrop wäre sondern von der Richtung Λ des Vektors Tr ab-

1 Γ abhängen würde, würde die Kontaktfläche O-« ~^li^fiii

(0) d A, betragen, wobei die Summierung sich über alle Richtungen des Raumes erstrecken würde. Diese spezifische Fläche beträgt hier o,o22 Em /um .

4« Die maximale Größe der Oolithen, oder genauer genommen der geraden Strecken durch die Oolithen, wird durch die

- -28- " « BAD

2 09824/0073

A 10 294

28* Juni 1966

Abseisse des Anfangs des waagerechten Seiles der Kurve gegeben und beträgt hier 15o um.

Wenn man wünscht nicht nur diese maximale Grüße, sondern die ganze Verteilung der Längen der Strecken durch die Ooli~ then (Korngrößenverteilung) zu kennen, so mug man von der zweiten Funktion des Analog-Digitalwandlers 1o Gebrauch machen, die oben Zeile bis der Seite beschrieben wurde,

lamer mit demselben Zahlenbeiapiel, gibt der Eineatz dieser funktion folgende sahlenmäßigen Brgebnisses

Fraktion G-	15 /im	24,4 %
H ₁₅ ^	3o/ta	51,4 $
« 3α-	45 itfm	15,1 Si
" 45 -	6o /im	7,7 *
^B 6o -	75 fm	2 *
« 75 r	9o/im	1,o g
μ go -	1 o5 iss	o,3 %
» 1o5 -	12o lim	o,1 £

Bas hier besohriebene Ausführungsbeispiel wurde besondere wegen seiner Einfachheit gewählt um ein® einfache Ausle-

509824/0073

A to. 294

28. Juni 1966

gung ssu ermöglichen. In der Praxis gibt es immer mehr als zwei Bestandteile, so daß es mit der Vorrichtung möglioh ist, gleichzeitig mehrere Korngrößenverteilungen, spezifische Kontaktflächen, Mengenverhältnisse und Streuungen zu messen. Außerdem wirken sich zahlreiche andere Gefügetexturenfaktoren infolge der gegenseitigen Anordnungen der Körner und des Bindemittels auf die Funktionen f (h) in Form von Schwankungen bzw. Extremwerten aus, deren Untersuchung sehr aufschlußreich ist.

Sie Erfindung ist keineswegs an das oben angeführte Ausführungsbeispiel begrenzt und kann viele Varianten aufweisen* die nach dem heutigen Stand der Technik dem Fachmann zugänglich sind, ohne aus dem Rahmen der oben angeführten Erfindung zu fallen.

3o -

BAD ORIGINAL

209824/0073

Claims

A 1o 294

28. Juni 1966

Patentansprüche

1. Vorrichtung für die Texturanalyse eines heterogenen Mediums, dadurch gekennzeichnet , das sie folgende Mittel miteinander kombiniert: Mittel (1, 5) zur Bestimmung einer gewissen Eigenschaft in einem Bereich des heterogenen Mediums und zur Umwandlung dieser Eigenschaft in eine leicht meßbare physikalische Größe, vorzugsweise in ein elektrisches Signal, Mittel {2, 3, 3a) zur Verschiebung des obengenannten Bereiches auf dem zu analysierenden Medium, Mittel (11, 22) zur Ausführung von Einzelmessungen in regelmäßigen Abständen (MeSschritt) über dem gesamten Medium, Mittel (12) zur Einspeicherung der Meßwerte der obengenannten physikalischen Größe nach jeder Messung, Mittel (17) zur logischen Auswahl zum Vergleich von je k eingespeicherten Meßwerten und Zählmittel (19) zum getrennten Zählen der Übereinstimmungen bzw. Nichtübereinstimmungen der eingespeicherten Meßwerte, die sich auf Meßpunkte beziehen, die von verschiedenen Entfernungen in dem Medium voneinander getrennt sind.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch ge«

209824/0073

»598627

A 1o 294

28. Juni 1966 _{n t}

me 34

kennzeichnet, daß die Speichervorrichtring (1.2) die Meßwerte des obengenannten elektrischen Signals für die η letzten Messungen einspeichern kann, wobei ja eine vorbestimmte ganze Zahl ist und die Speichervorrichtung (12) als Schieberegister mit einer Steuerung (23) ausgeführt ist, derart, daS der jeweils letzte Meßwert die älteste Messung ersetzt, und daß die Mittel zur logischen Auswahl (17) in Abhängigkeit der Steuerung (23) den Vergleich nach jeder Messung von je k Meßwerten der eingespeicherten Messungen ermöglichen und die Zähler (19) die Gesamtanzahl der Übereinstimmungen bzw. Nicht» Übereinstimmungen der in den Speichern (12) eingespeicherten Meßwerten entsprechend k Bereichen, die die einen in Bezug auf die anderen durch Entfernungen getrennt sind, die konstanten Vielfachen zwischen 1 und η χ dem Analyseschritt entsprechen, während der ganzen Analyse zählen»

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. 2, besonders für die Analyse von Gefügetexturen der Bilder in einem heterogenem Medium, dadurch gekennzeichnet, daß öle mindestens einen photoelektrischen Empfänger (5 - 9) enthält, dessen spektrale Empfindlichkeit, der auf dem Bild zu ermittelnden Farbe angepaßt ist, in Ver~

~ ⁵² SAD ORiGINAL 209824/0073

A 1o 294

28. Juni 1966

bindung ait einer geeigneten optischen Vorrichtung (1), und der ein elektrischeβ Signal liefert, welches für einen Bereich des Bildes kennzeichnend ist, sowie einen Analog- !Digitalwandler (1o) sur Umformung dee Meßwertes in einen Digitalwert.

4. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekenneelohnet, daß die Abtastung zeilenweise erfolgt.

5. Eine Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 3-4, dadurch gekenneeicb.net» daß sie je photoelektrisohen Empfänger als Speicher mindestens ein Schieberegister (12) enthält, wobei jedes Register (12) von η binären Speicherzellen (13) gebildet wird, und daß sie «tffterden einen Steuerfreie (23) besitst, der mit der Steuerung (11, 22) der Abtastbewegung synchronisiert let, um in regelmäßigen Abständen die Verschiebung der in jeder Speichereelle des Registers enthaltenen Informationen BU bewirken, sowie die Binspeioherung des jeweils neuen Heßwertes, der von den Photoempfänger (5-9-1 ο) geliefert wird, und die Auslösung des Zählers (19).

' BAD ORiGlNAL

209824/0073

A 1o 294

28. Juni 1966 _Λ«*

me 33

6. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung von einem Mikroskop (1) mit einem Photometer (4) gebildet wird, wobei lezteres einen photoelektrischen Empfänger (5-9) enthält,

7· Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 3-6, dadurch gekennzeichnet , daß sie mehrere photoelektrische Empfänger (5, 9) mit Selektivfiltern enthält, deren Anzahl gleich ist der Anzahl der Farben, die man im Bild unterscheiden will.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung aus einem automatischen Objekttisch (2) auf einem Kreuzschlitten mit Antrieb (3, 3a) besteht, welchexfriach einem Programm derart verschoben werden kann, daß der beobachtete Bereich zeilenweise abgetastet wird.

9* Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubbewegung des Tisches (2) längs einer Zeile mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt, wobei die Meß-, Speicher- und Zählvorgänge

_ . BAD ORiGiNAL

■jftQo¹)/ /ΛΑ»«

A 1o 294

28. Juni 1966

me -J4-

am Anfang jeder Analysezeile ausgelöst und am Ende der Anaiysezeile abgestellt werden·

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daS ein Steuerkreis (11 - 22) periodische Impulse liefert» deren Prequsns in Verbindung mit der konstanten Vorsohubgeschwindigkeit des Tisches den Wert des Analyse-Schrittes bestimmt» wobei jeder Impule die Öffnung der Torkreise (21) steuert, die einerseits zwischen den piezoelektrischen Smpfängern (3-9) und den Regletarapeichern und andrerseits zwischen den logischen Steuerkreisen (17) und den Zählern eingeschaltet sind und die Zählung steuern.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daB ein zusätzlicher Digitalzähler die Gesaratanzahl der auf dem Bilde analysierten Funkte zählt.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Umsohaltkreise (24) die Zuordnung der logischen Steuerkreise (17) mit den entsprechenden Zählern (19) verändern können, damit die Zuordnung der Abtastpunkte mit den Zählern trotz der Umkehrung der Abtastrichtung erhalten bleibt. - _ -

209824/0073 »««.nal