Erstellung eines Systems zur Generierung von Messreports
und Kalibrierzertifikaten

Diplomarbeit

für die Prüfung zum Diplom-Ingenieur (Berufsakademie)
des Studiengangs Nachrichtentechnik
an der Berufsakademie Stuttgart

vorgelegt von: Sven Schaumann

Übersicht

Bei der Abteilung „Photonic Measurement Division“ von Agilent Technologies gibt es eine spezielle Unterabteilung namens „Metrology Laboratory“, die sich unter anderem mit der Kalibrierung und Vermessung von optischen Leistungsmessgeräten beschäftigt. Diese Diplomarbeit behandelt die Entwicklung eines Programmes, sowie die Definition des benötigten Umfeldes, zur Erzeugung von Meßreports und Kalibrierzertifikaten. Dabei werden die speziellen Meßdaten eines sogenannten optischen „Heads“ von der Software eingelesen, interpretiert, ausgewertet und aufbereitet. Die erhaltenen tabellarischen und graphischen Ergebnisse übermittelt das Programm in einen Meßreport, um sie für den Auftraggeber zu dokumentieren. Es wurde ein optimales, benutzerfreundliches System, zur automatischen und Parameter gesteuerten Verwirklichung des erwähnten Vorhabens erschaffen.

Abstract

At the department “Photonic Measurement Division” of Agilent Technologies there is a special subsection called “Metrology Laboratory”, which deals, among other things, with the calibration and measurement of optical power measuring instruments. This diploma thesis treats with the development of a program, as well as the definition of the necessary surrounding field, for the generation of measurement reports and calibration certificates. Therefore the special measuring data of a so-called optical "Head" are read in, interpreted, evaluated and prepared by the software. The program conveys the obtained tabular and graphic results into a measuring report, in order to document it for the client. An optimal, parameter-controlled and user friendly system for the mentioned project was created.

Inhaltsverzeichnis

1. Abbildungsverzeichnis ... 6

2. Tabellenverzeichnis ... 8

3. Abkürzungsverzeichnis und Begriffserklärungen ... 9

4. Einführung ... 11

4.1 Die Abteilung und das Metrologielabor ... 11
4.2 Hintergrund und Zusammenhänge der Diplomarbeit ... 11
4.3 Aufgabe und Zielstellung ... 13

5. Grundlagen ... 14

5.1 Die optischen Sensorköpfe ... 14
5.1.1 Head-Typen für diese Diplomarbeit ... 15

5.2 Messungen ... 16
5.2.1 Spektrale Responsivität ... 16
5.2.2 Homogenität ... 19
5.2.3 Linearität ... 20
5.2.3.1 „open beam“-Messung ... 20
5.2.3.2 „self-calibrating“-Messung ... 23
5.2.3.3 „high power“-Messung ... 25

5.3 Standardisierung von Messgeräten ... 27

5.4 Richtlinien zur Zertifikaterstellung ... 28

6. Software ... 29

6.1 Analyse und Definition des Umfeldes ... 29
6.1.1 Festlegung der Programme ... 29
6.1.1.1 Agilent VEE - Grundlagen ... 30
6.1.1.2 ActiveX ... 33
6.1.2 Definition der Eingabeschnittstellen ... 34
6.1.2.1 Festlegung von einheitlichen Dateinamen ... 35
6.1.2.2 Dateiformate der Homogenitätsmessungen ... 37
6.1.2.3 Dateiformate der Responsivitätsmessungen ... 38
6.1.2.4 Dateiformate der Linearitätsmessungen ... 43
6.1.3 Definition der Ausgabeschnittstellen ... 47
6.1.3.1 Excel-Template ... 47
6.1.3.2 Word-Templates ... 49

6.2 Entwicklung des Programmes ... 51
6.2.1 Das erste Konzept ... 51
6.2.2 Anpassungen für das Hauptprogramm ... 53
6.2.2.1 Das Standard-Format ... 53
6.2.2.2 Programm zur Umkonvertierung von „open beam“-Files ... 54
6.2.2.3 Programm zur Umkonvertierung von „self-calibrating“-Files ... 56
6.2.2.4 Programm zur Umkonvertierung von „high power“-Files ... 57
6.2.3 Das Hauptprogramm ... 59
6.2.3.1 Initialisierung der benötigten Größen ... 60
6.2.3.2 Benutzereingaben ... 62
6.2.3.3 Verarbeiten der „open beam“-Daten ... 64
6.2.3.4 Verarbeiten der „self-calibrating“-Daten ... 69
6.2.3.5 Verarbeiten der „high power“-Daten ... 69
6.2.3.6 Verarbeiten der Responsivitäts-Daten ... 70
6.2.3.7 Verarbeiten der Homogenitäts-Daten ... 75
6.2.3.8 Übertragung der Daten von Excel nach Word ... 76

6.3 Test und Nachbetrachtung ... 80
6.3.1 Test der Software ... 80
6.3.2 Umsetzung der Anforderungen ... 82

7. Zusammenfassung ... 84

8. Anhang ... 85

8.1 Beispiel eines Kalibrierzertifikates ... 85
8.2 Ansicht der Benutzeroberfläche ... 100

9. Literaturverzeichnis ... 101

[...]

4. Einführung

4.1 Die Abteilung und das Metrologielabor

Diese Diplomarbeit wurde im Metrologielabor der Photonic Measurement Division (PMD) bei Agilent Technologies geschrieben. Die Abteilung PMD beschäftigt sich mit der Entwicklung und Betreuung von optischen Messgeräten. Die Produktpalette umfaßt unter anderem:

• Optische Abschwächer, optische Schalter
• Laser mit festen bzw. verstellbaren Wellenlängen (TLS)
• Optische Leistungsmessgeräte
• Polarisationskontroller
• Meßsysteme zur Erfassung von Polarisationsabhängigkeiten, Gruppenlaufzeiten, Dämpfungen und Rückflußdämpfungen
• Testsysteme für optische Verstärker

Das Metrologielabor nimmt in dieser Abteilung eine besondere Stellung ein und hat den Fokus unter anderem auf folgenden Kompetenzen:

• Definition und Entwicklung von Tests, Bedingungen und Spezifikationen für Messgeräte
• Unsicherheitsanalysen von Spezifikationen
• Kalibrierung von optischen Leistungsmessgeräten

4.2 Hintergrund und Zusammenhänge der Diplomarbeit

Die Kalibrierung von optischen Sensorköpfen, den sogenannten „Heads“, und die Auswertung der erhaltenen Meßdaten bildete die Grundlage dieses Projektes. Die Neueinstellung ist so genau, dass die Kunden ihre Geräte danach selbst als Referenz nutzen können. Es gibt grundsätzlich zwei verschiedene Arten der Kalibrierung, die im weiteren Verlauf noch näher beleuchtet und an dieser Stelle nur kurz genannt werden sollen, um den Zusammenhang zu verdeutlichen. Einerseits gibt es die „Neu“-Kalibrierung (C01), bei der man neue, firmeneigene Sensorköpfe nach bestimmten nationalen und internationalen Normen selektiert, vermißt und einstellt. Zum anderen gibt es die „Re“-Kalibrierung (C02), die in periodischen Abständen erfolgen sollte. Hierbei werden Heads, die sich bereits in Benutzung befanden, auf die gleiche Weise wie bei der Neukalibrierung, hinsichtlich ihrer momentanen Genauigkeit vermessen. Daraufhin kann bei bestimmten Fehlern und Messungen eine Neueinstellung vorgenommen werden, ansonsten erfolgt eine Bewertung anhand von fest vorgegebenen Testgrenzen. Beide Prozesse bezeichnet man auch mit den Abkürzungen C01 und C02. Die erhaltenen Meßdaten werden im folgenden sowohl graphisch als auch tabellarisch aufbereitet und in einem sogenannten Kalibrierzertifikat zusammengefasst. Dieses Dokument wird dem internen bzw. externen Kunden, zusätzlich zu dem eingestellten Gerät, übermittelt, um den abgelaufenen Prozess und die erhaltenen Daten zu dokumentieren.

Das grob vereinfachte Prinzip dieses Vorgangs ist in Abbildung 4.1 erkennbar.

(Abbildung 4.1: Ablaufskizze zur Erzeugung eines Kalibrierzertifikates  - in der Downloadversion enthalten)

Die Namen der Messungen sind hier nur der Vollständigkeit halber angeführt, sollen aber erst später im Zusammenhang mit den zugehörigen Meßplätzen näher erläutert werden.

4.3 Aufgabe und Zielstellung

Die Hauptaufgabe der Diplomarbeit lag nun darin, eine Software zu entwickeln, welche die vorhandenen Daten, unabhängig vom Leistungsmeßgerätetyp und vom Datenumfang, einließt und sie mit möglichst geringem Aufwand und hoher Flexibilität in einen Kalibrierreport umwandelt. Die bisherige Software war sehr vielschichtig und nicht universell einsetzbar. Hinzu kam eine oft unübersichtliche Programmierweise, die das System schlecht wartbar machte und ihm eine zusätzliche Komplexität verlieh. Aus der oben genannten Kernaufgabe resultierten mehrere Anforderungen, die zur Realisierung notwendig bzw. wünschenswert waren. Diese sollen hier kurz vorgestellt und deren Legitimation und Durchführung zu einem späteren Zeitpunkt näher erläutert werden. Als erster Punkt wäre hierbei die selbstständige Auswahl bestmöglicher Arbeitsmittel zu nennen, der sich auf die Arbeitsumgebung und die genutzten Programme bezieht. Ein weiterer wichtiger Punkt war die Definition geeigneter Schnittstellen für das entstehende Programm, d.h. die vorhandenen Datenformate mussten genau erläutert und gegebenenfalls auch angepasst werden. Dazu gehörte auch eine einheitliche Festlegung von Dateinamen, um die Universalität des Programmes zu verstärken und den Ablauf zu vereinfachen. Weiterhin musste der Ablauf der Zertifikatgenerierung festgelegt werden. Dieser sollte auf so wenig wie möglich, jedoch auf so viele wie nötig, Eingaben von Seiten des Benutzers beschränkt sein. Unabdingbar war eine modulare Entwicklung des Programmes, was zu guten Erweiterungsmöglichkeiten und einer leichten Wartbarkeit führen würde. Eine weitere große Anforderung war die Berücksichtigung einer robusten Arbeitsweise, d.h. die Software sollte möglichst resistent gegenüber einer falschen Bedienung oder anderen auftretenden Fehlern sein. Zu guter Letzt war eine Programmdokumentation, zur schnellen Einarbeitung anderer Beteiligter, gefordert.

Aus dieser Fülle von Aufgaben ergab sich die entsprechende Zielstellung, nämlich die selbstständige Erarbeitung eines funktionierenden Systems, sowie deren Umfeld, zur Erzeugung von Kalibrierzertifikaten.

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