In der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung der Partikeldiagnostik Particle Shape Imaging (PSI) dargestellt. Dieses bildgebende Verfahren wurde speziell für die Untersuchung eines Industrieprozesses zur Oberflächenbeschichtung ausgelegt, der allgemein unter dem Namen Thermisches Spritzen bekannt ist. Die Prinzipien könne aber auch auf Partikeluntersuchungen in anderen technischen Bereichen übertragen werden. Mit PSI werden am individuellen Partikel im Spritzstrahl die relevanten Eigenschaften Form, Größe und Geschwindigkeit berührungslos, simultan und mit hoher Ortsauflösung bestimmt. Hierbei sind folgende extreme Bedingungen, die speziell beim Plasmaspritzen auftreten zu berücksichtigen: Eigenleuchten des Plasmas (optische Störquelle), Mindestabstand (10cm) des Diagnostiksystems zum Meßvolumen im Plasmaspritzstrahl (thermische Belastung), Kleinheit der Partikel (Durchmesserbereich von 5µm bis 100µm) und geringe Partikeldichten (n\"0,03mm-3). Um diesen Anforderungen zu begegnen, wird bei der PSI Diagnostik eine extrem sensitive Bildverstärkerkamera (ICCD-Kamera) mit Belichtungszeiten im Nanosekundenbereich, ein hochauflösendes Fernmikroskopie-System und ein Dauerstrichlaser hoher Intensität eingesetzt. Verfahrenstechnisch ist die PSI-Diagnostik durch folgende Eigenschaften charakterisiert: - Auf der Grundlage einer stereoskopischen Durchlichtbeleuchtung können die Partikel mit hoher Ortsauflösung in einem eng begrenzten Meßvolumen lokalisiert werden. Diese Technik löst auch das "Problem der Tiefenschärfe". - Durch die Kombination mit einem System zur Triggerung der Bildaufnahmen kann die PSI-Meßtechnik auch bei niedrigen Partikeldichten erfolgreich eingesetzt werden. Die Triggerung ermöglicht zusätzlich eine elektronische Vorauswahl von Partikeln, die wegen ihrer Nähe zur Gegenstandsebene der abbildenden Optik in den aufgenommenen Bildern mit hoher Schärfe und gutem Kontrast erscheinen. Als Folge ergeben sich gesteigerte Genauigkeit und Effizienz der Bildauswertung. - Eine speziell auf das PSI-Verfahren abgestimmte Bildverarbeitungstechnik identifiziert die Partikel in den aufgenommenen Bildern. Durch die Anwendung eines Klassifizierungsverfahrens, das auf einem Ellipsenvergleich basiert, werden trotz der Formenvielfalt der Partikel statistisch auswertbare Ergebnisse erzielt. - In PSI wurde ein vollständiges Laser Doppler Anemometrie Meßverfahren integriert, das die Sendeseite der PSI-Diagnostik zur Objektbeleuchtung verwendet. Dadurch wird der Vergleich mit einem bereits etablierten Meßverfahren möglich. Darüber hinaus kann experimentell eine Zuordnung zwischen den Streulichtsignalen und den Form- und Größenmerkmalen der Partikel hergestellt werden. - Die an unterschiedlichen Meßorten (scannender Meßmodus) aufgenommenen statistischen Partikeldaten werden für PSI und LDA nach einem einheitlichen Prinzip ausgewertet und graphisch dargestellt. - Die komplexe optische Abbildungstechnik des Particle Shape Imaging Verfahrens wird über ein Modell auf Basis der skalaren Wellentheorie in ihren wesentlichen Eigenschaften beschrieben. Über die Umsetzung dieses Modells in eine Computersimulation gelingt eine Verbindung zwischen den Systemkenngrößen und den zu erwartenden Bildergebnissen.     «

In der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung der Partikeldiagnostik Particle Shape Imaging (PSI) dargestellt. Dieses bildgebende Verfahren wurde speziell für die Untersuchung eines Industrieprozesses zur Oberflächenbeschichtung ausgelegt, der allgemein unter dem Namen Thermisches Spritzen bekannt ist. Die Prinzipien könne aber auch auf Partikeluntersuchungen in anderen technischen Bereichen übertragen werden. Mit PSI werden am individuellen Partikel im Spritzstrahl die relevanten Eigenschaften...     »

In this work the development of an image based particle diagnostics called Particle Shape Imaging (PSI) is described. Its application is focused on the examination of an industrial coating technology well-known as thermal spraying. The underlying principles can be used for particle diagnostics in other technical fields, too. With PSI it is possible to determine important particle properties like shape, size and velocity in-flight and within a plasma spray jet. The results are obtained with high spatial resolution on a statistically representative number of individual particles. In the development of PSI typical conditions of plasma spraying technology had to be taken into account: strong radiation of the plasma in the visible range (optical distortions), necessary safety distance (10cm) to the plasma spray jet (thermal load), particle diameter range (5µm to 100µm) and low particle density (n\"0,03mm-3). To meet these requirements for PSI a sensitive, intensified Camera (ICCD) with exposure times in the nanosecond range, a high resolution long-distance-microscope and a high intensity cw-laser are used. The PSI principle can be characterized by the following properties: - Based on a stereoscopic laser-beam-illumination, particles can be localized with high resolution in a well defined measuring volume. This helps to avoid problems arising from the small depth of focus of high resolution optics. - The combination with a trigger-system extends the application range of PSI towards low particle densities. Additionally an electronic preselection is provided which allows to acquire only those particles which are near the focal plane. Thus particles are imaged sharply with high contrast. The subsequent image processing can be performed efficiently and with high accuracy . - The image processing is aligned to the particularities (stereoscopic illumination) of PSI. The identified particles of arbitrary shape are classified by corresponding ellipses. This leads to a quantitative description of particle properties which can be used for a statistical representation of the obtained measuring data. - A Laser-Doppler-Anemometry (LDA) system is integrated into the PSI diagnostics. It is using the PSI sender module for particle illumination. Thus PSI results can be directly compared to a well established technique and additionally it is possible to associate experimentally obtained stray light signals to size and shape information. - Particle properties are measured at different spatial locations (scanning mode). For PSI and LDA a common principle was found to visualize the statistically reprocessed data. - A mathematical model of the PSI imaging technique was found on the basis of scalar waves. With the help of this description a computer simulation was realized to predict the obtainable imaging results for various experimental set-ups.     «

In this work the development of an image based particle diagnostics called Particle Shape Imaging (PSI) is described. Its application is focused on the examination of an industrial coating technology well-known as thermal spraying. The underlying principles can be used for particle diagnostics in other technical fields, too. With PSI it is possible to determine important particle properties like shape, size and velocity in-flight and within a plasma spray jet. The results are obtained with high...     »