Quantifizierung der Auswertung durch automatische Messung und Analyse der Partikelform
Partikelmaterialien werden in den Produkten verschiedener Industriezweige verwendet. Um die Leistung von Partikeln zu bewerten und ihre physikalischen Eigenschaften zu verstehen, ist es wichtig, nicht nur ihren Durchmesser, sondern auch ihre Form zu kennen. Zu diesem Zweck ist es notwendig, die Partikelformen in den Produktionsstätten, in denen Partikelmaterialien verwendet werden, quantitativ zu messen, um die Qualität und Leistung der Produkte und der Herstellungsprozesse selbst angemessen zu steuern.
Dieser Abschnitt erklärt den Zweck der Messung von Partikelformen und ihre typischen Parameter. Außerdem wird ein Beispiel für die Verwendung unseres Digitalmikroskops zur automatischen Messung von Partikelformen vorgestellt.
- Zweck der Messung von Partikelformen
- Parameter für die Messung der Partikelform (Rundheit, Seitenverhältnis und Umhüllungsgrad)
- Methode zur Messung der Partikelform
- Beispiel für die automatische Messung und Analyse von Partikelformen
- Ein Digitalmikroskop, das die Messung und Auswertung der Partikelform quantifiziert und beschleunigt
Zweck der Messung von Partikelformen
Typische Messobjekte für die Messung der Partikelform und der physikalischen Eigenschaften, die durch diese Messungen bewertet werden, sind die folgenden Produkte.
| Produktbereich | Bewertetes physikalisches Merkmal |
|---|---|
| Lebensmittel |
• Textur |
| Pharmazeutika |
• Fließfähigkeit des Pulvers im Drug-Delivery-System (DDS) |
| Produktverarbeitung und -behandlung |
• Schleifeffizienz von Schleifmitteln (SiC usw.), Werkzeugen usw. |
Parameter für die Messung der Partikelform (Rundheit, Seitenverhältnis und Umhüllungsgrad)
Die Rundheit ist der typische Parameter für die Messung der Partikelform, aber auch das Seitenverhältnis und der Umhüllungsgrad (Konvexität und Festigkeit) werden häufig verwendet. Diese Parameter, die für die Messung und Auswertung von Partikelformen wichtig sind, werden im Folgenden erläutert.
Rundheit
Dies ist der am häufigsten verwendete Parameter bei der Messung der Partikelform. Im Allgemeinen drückt er aus, wie nah ein Partikel an einer perfekten Kugel ist. Ein Beispiel für seine Verwendung ist die Auswertung der Abriebeigenschaften von Schleifpartikeln.
Unter der Annahme, dass S die projizierte Fläche und L der Umfang ist, wird dieser Parameter mit der folgenden Formel berechnet. Eine Rundheit von 1 bedeutet eine perfekte Kugel. Je komplexer die Form ist, desto geringer wird die Rundheit (kleiner als 1).
Seitenverhältnis und Dehnung
Das Seitenverhältnis ist das Verhältnis der Längen von zwei der folgenden Achsen: X, Y und Z. Es wird verwendet, um zwischen Partikeln mit unterschiedlichen Abmessungen entlang einer Achse wie nadel- und eiförmigen Partikeln und zwischen kugelförmigen und quadratischen Partikeln zu unterscheiden.
Unter der Annahme, dass a der Durchmesser der kurzen Achse des Partikels und b der Durchmesser der langen Achse ist, kann dieses Verhältnis (a/b) bestimmt werden. Die Dehnung, die die Länge und Schmalheit des Partikels anzeigt, ist 0, wenn das Seitenverhältnis 1 ist, wie zum Beispiel bei Kreisen und Quadraten. Die Dehnung wird mit der folgenden Formel berechnet.
Umhüllungsgrad
Dieser Parameter wird bei der Erkennung aggregierter Partikel und bei der Auswertung der Oberflächenrauheit verwendet. Auch wenn die tatsächlichen Partikel manchmal komplizierte Formen haben, ist es für die Auswertung nicht erforderlich, die detaillierte Form jedes einzelnen Partikels zu kennen. Der Umhüllungsgrad erleichtert die Auswertung, indem er die umgebende Form etwas vereinfacht.
Um diesen Parameter zu berechnen, verwenden Sie den Hüllumfang, den man sich als die Länge eines länglichen Gummibandes vorstellen kann, das vorübergehend um den Umriss des Partikels gespannt wird und der auch als Partikelumfang (Kantenkontaktfläche) bezeichnet wird.
Ausgehend von diesem Hüllumfang können Sie mit den folgenden Formeln die Konvexität und Festigkeit berechnen.
Je glatter die Umrisse der Partikel sind, desto mehr nähern sich der Umhüllungsgrad und die Festigkeit dem Wert 1 an. Andererseits sind der Umhüllungsgrad und die Festigkeit bei aggregierten Primärpartikeln und Partikeln mit groben Konturen kleiner als 1.
Im nächsten Abschnitt erfahren Sie, wie Sie die für die Berechnung dieser Parameter erforderlichen Messungen vornehmen.
Methode zur Messung der Partikelform
Die allgemeine Methode zur Messung von Partikelformen, die dreidimensional und kompliziert sind, ist die Bildanalyse, die ein vergrößertes Bild der Partikel in eine zweidimensionale Projektionszeichnung umwandelt.
Binarisierung (2D-Binarisierung) ist die Bildverarbeitung, die auf das Bild der Partikel angewendet wird. Die gemessenen Werte der Partikelformen werden erfasst und die Merkmale der für die Auswertung erforderlichen Parameter werden berechnet, indem die optimalen Informationen für die beabsichtigte Analyse extrahiert werden.
Was ist Binarisierung?
Es handelt sich um eine Verarbeitung, die ein Bild mit mehreren Farbtönen in ein Bild mit zwei Farben umwandelt. Innerhalb des angegebenen Bereichs wird der Wert jedes Pixels mit Schwellenwerten verglichen, um das Pixel in eine von zwei Kategorien einzuordnen.
Die Anwendung der Binarisierung auf ein Bild ermöglicht es, nur die notwendigen Informationen aus dem gewünschten Teil zu extrahieren, was eine einfachere und schnellere Messung und Berechnung der Partikelform ermöglicht.
Bildanalyse während der Messung der Partikelform
In diesem Abschnitt wird die Messung und Berechnung der Festigkeit, einer der Parameter zur Messung der Partikelform, zur Erläuterung der Bildanalyse verwendet.
Dieses einfache Diagramm zeigt ein Beispiel für die Ermittlung der Festigkeit durch eine Binarisierung nach Pixeln. Der folgende Wert kann berechnet werden, indem 13 Pixel im Bild als Fläche des eigentlichen Partikels und 25 Pixel im Bild als Fläche des Hüllumfangs definiert werden.
Lesen Sie weiter für ein Anwendungsbeispiel unseres Digitalmikroskops, das durch die Aufnahme klarer 4K-Bilder und die Nutzung intelligenter automatischer Mess- und Analysefunktionen eine einfache quantitative Auswertung ermöglicht.
Beispiel für die automatische Messung und Analyse von Partikelformen
Um genaue Messwerte aus Bildern von Partikeln zu gewinnen, müssen Sie zunächst klare, vergrößerte Bilder von Partikeln mit einem Mikroskop unter optimalen Bedingungen aufnehmen. Es ist außerdem notwendig, sehr zuverlässige Parameter zu berechnen, indem die Formen der Partikel, von denen es viele im Sichtfeld gibt, durchgehend gemessen werden.
Es ist jedoch sehr schwierig, die Bedingungen zu bestimmen und die Messobjekte zu fokussieren, wenn Sie Bilder von Partikeln aufnehmen. Daher muss der Bediener sehr geübt sein und über ein hohes Maß an technischem Geschick verfügen. Selbst für sehr erfahrene Bediener ist es schwierig, überlappende Partikel zu messen.
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX von KEYENCE ist mit einem fortschrittlichen optischen System und motorisierter Hardware ausgestattet, die die Aufnahme klarer Bilder ermöglicht, die für eine genaue Partikelanalyse erforderlich sind. Das Betrachtungssystem, das verschiedene, mit einfachen Bedienschritten zugängliche Funktionen bietet, unterstützt die Analysearbeit in hohem Maße. Die Funktion, die die aufgenommenen 4K-Bilder automatisch analysiert, ermöglicht die einfache und schnelle Durchführung fortgeschrittener Messungen, die sonst schwierig durchzuführen sind.
Im Folgenden finden Sie ein Beispiel für die Verwendung der Modellreihe VHX zur Erfassung klarer, vergrößerter Bilder von Partikeln und zur automatischen Messung und Analyse der Partikelformen.
Automatisierung und Optimierung der Messung und Analyse der Partikelform mit einem Digitalmikroskop
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX verwendet ein optisches System, einen 4K-CMOS-Bilderfassungssensor und ein innovatives Betrachtungssystem, die eine hohe Auflösung mit einer großen Tiefenschärfe kombinieren. Hochauflösende 4K-Bilder können einfach aufgenommen werden, was eine fehlerhafte Erkennung und Identifizierung verhindert und eine genaue Messung und Analyse ermöglicht.
Obwohl die Ermittlung der Lichtverhältnisse viel Zeit in Anspruch nimmt, kann diese Anforderung mit der Multi-Lighting-Funktion reduziert werden, die auf Tastendruck automatisch die Daten mehrerer Bilder erfasst, die unter omnidirektionaler Beleuchtung aufgenommen wurden. Wählen Sie einfach das passende Bild aus, um schnell mit der Betrachtung und Analyse zu beginnen. Darüber hinaus werden bei der Auswahl eines früheren Bildes die Bedingungen, unter denen dieses Bild aufgenommen wurde, reproduziert, so dass Messungen und Analysen unter denselben Bedingungen auch bei einer anderen Probe und einem anderen Bediener möglich sind.
Die automatische Flächenmessung/Zählung kann für eine nahtlose automatische Messung und Analyse der Partikel in dem im aufgenommenen Bild ausgewählten Bereich verwendet werden. Diese Funktion zählt nicht nur genau die Anzahl der Partikel, sondern misst und berechnet auch automatisch detaillierte Werte, wie z. B. Rundheit, maximaler Durchmesser, minimaler Durchmesser, Konvexität und Festigkeit sowie deren Durchschnitt, Standardabweichung, Maximalwert, Minimalwert und Summe und zeigt diese Werte in einer Liste an.
Zu den Anwendungen gehören die Berechnung des Seitenverhältnisses aus dem Verhältnis von maximalem und minimalem Durchmesser und die Erfassung der Festigkeit jedes Partikels mit hoher Genauigkeit durch die Verwendung kontrastreicher Bilder.
Ein Digitalmikroskop, das die Messung und Auswertung der Partikelform quantifiziert und beschleunigt
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX quantifiziert Auswertungen, indem es eine reibungslose und schnelle Erfassung von klaren 4K-Bildern und eine automatische Messung und Analyse mit einfacher Bedienung ermöglicht.
Zusätzlich kann Excel direkt auf der Modellreihe VHX installiert werden, um automatisch Berichte zu erstellen, indem Werte und Bilder in Vorlagen ausgegeben werden. Durch die nahtlose Durchführung der Vorgänge von der vergrößerten Abbildung über die Messung/Analyse der Partikel bis hin zur Berichterstellung optimiert dieses Produkt die Arbeit bei der Partikelmessung erheblich.
Für weitere Informationen oder Anfragen zur Modellreihe VHX, die Messungen der Partikelform unterstützt, klicken Sie bitte auf die folgenden Schaltflächen.
