Számszerűsítő értékelés a részecskék alakjának automatikus mérésével és elemzésével
A termékgyártás során több területen is használunk részecske nagyságrendű alapanyagokat. Ahhoz, hogy felmérjük a különböző részecskék teljesítményét és megértsük a fizikai jellemzőiket, nem elég csak a részecskeátmérőre koncentrálni – a részecskealak ugyanolyan fontos. Éppen ezért elengedhetetlen a részecske-nagyságrendű anyagokkal dolgozó gyártóhelyszíneken mennyiségi méréssel meghatározni a részecskealakot, hiszen így megbecsülhetjük a termékek és a gyártási folyamatok teljesítményét és minőségét.
Ebben a részben bemutatjuk a részecskék alakmérésének célját és a tipikus paramétereket. Egy példán keresztül azt is bemutatjuk, hogyan lehet a részecskealakot automatikusan mérni a 4K-s digitális mikroszkópunk segítségével.
- A részecskealak mérésének célja
- A részecske alakjának mérési paraméterei (köralakúság, méretarány, burkolás mértéke)
- A részecskealak mérésének módszere
- Példa a részecskealak automatikus mérésére és elemzésére
- Egy 4K-s digitális mikroszkóp, ami felgyorsítja a részecskék alakmérését és értékelését, az eredményeket pedig számokban prezentálja
A részecskealak mérésének célja
A következőkben felsoroljuk a részecskealak mérését tipikusan igénylő termékterületeket, illetve a mérések során megvizsgált fizikai jellemzőket is.
| Termékterület | Vizsgált fizikai tulajdonságok |
|---|---|
| Élelmiszeripar |
• Állag |
| Gyógyszeripar |
• Porfolyékonyság a gyógyszeradagoló rendszerben (DDS) |
| Termék feldolgozása és felületkezelése |
• Csiszolóanyagok (SiC, stb.), szerszámok stb. csiszolási hatékonysága |
A részecske alakjának mérési paraméterei (köralakúság, méretarány, burkolás mértéke)
A részecskék alakmérése során a köralakúság a leginkább figyelt jellemző, azonban sok esetben a méretarány és a burkolás mértéke (konvexitás és szilárdság) is mérvadó lehet. A részecskék alakmérésének és -értékelésének fontos paramétereit az alábbiakban mutatjuk be.
Köralakúság
Az alakmérés során ez a leggyakrabban használt paraméter. Általánosságba azt fejezi ki, hogy a részecske alakja milyen mértékben tér el az ideálistól. Például a csiszolórészecskék csiszolási jellemzőinek kiértékelése során használjuk.
Amennyiben S a vetített terület, L pedig a kerület, akkor ezt a paramétert az alábbi képlettel számíthatjuk ki. Ha a köralakúság értéke 1, akkor tökéletes gömbről beszélhetünk. Minél összetettebb formával van dolgunk, annál kisebb lesz a köralakúság (tehát 1-nél kisebb lesz).
Méretarány és nyúlás
A méretarány az X, Y és Z tengelyek közül kettő hosszának aránya. A valamely tengely mentén különböző méretű részecskék, például a tű- és tojás alakú részecskék, és a gömb és négyzet alakú részecskék megkülönböztetésére szolgál.
Amennyiben a részecske rövid tengelyhez tartozó átmérője a, a hosszú tengelyhez tartozó átmérője pedig b, ez az arány (a/b)-ként határozható meg. A nyúlás – amely a részecske hosszát és keskenységét jelzi – akkor 0, ha a méretarány 1. Erre jó példa a körök és négyzetek esete. A nyúlást az alábbi képlettel számolhatjuk ki.
Burkolás mértéke
Ezt a paramétert az aggregált részecskék kimutatására és a felületi érdesség értékelésére használjuk. Olyan is előfordulhat, hogy az értékeléshez nincs szükség a részecske pontos alakjára, még akkor sem, ha egyébként egy komplikált formájú részecskéről van szó. A burkolás mértékét vizsgálva egyszerűbb az értékelés, hiszen ez valamelyest leegyszerűsíti az alakot.
Ennek a paraméternek a kiszámításához vegyük a burkolási kerületet, amelyet úgy kell felfogni, mint egy kinyújtott és ideiglenesen a részecske körvonala köré tekert gumiszalagot. Ezt a részecske kerületének (élérintkezési felületének) is nevezik.
A burkolási kerületből kiindulva a következő képletekkel számíthatjuk ki a konvexitást és a szilárdságot:
Minél simább a részecske körvonala, a burkolás mértéke és a szilárdság annál közelebb van 1-hez. Az aggregált primer részecskék és a durva körvonalú részecskék esetében viszont a burkolás mértéke és a szilárdság 1-nél kisebb.
A következő részben bemutatjuk, hogyan lehet lemérni a paraméterek kiszámításához szükséges értékeket.
A részecskealak mérésének módszere
A 3D-s és komplikált részecskék alakmérésének általános módja az olyan képi elemzés, ami a részecskékről készített nagyított képeket konvertálja 2D-s vetületi rajzzá.
A binarizálás (2D-s binarizálás) a részecskékről készült képeken végzett képfeldolgozás. A kívánt elemzéshez szükséges optimális információk kinyerésével megkapjuk a részecskeformák mért értékeit és a kiértékeléshez szükséges paraméterek jellemzői is kiszámításra kerülnek.
Mi a binarizálás?
A bináris képfeldolgozás lényege, hogy a színes képet kétszínűvé konvertáljuk. A megadott tartományon belül az egyes pixelek értékét a rendszer összehasonlítja a küszöbértékekkel, és ez alapján a képpontokat két kategória valamelyikébe sorolja.
A kép binarizálása segítségével a kívánt részből csak a szükséges információra koncentrálhatunk, így a részecske alakmérése és a számítások egyszerűbbek és gyorsabban elvégezhetők lesznek.
Képelemzés a részecske alakmérése közben
Ez a rész a szilárdság (ami a részecske alakmérésének egyik paramétere) mérésén és kiszámításán keresztül mutatja be a képelemzést.
Ezen az egyszerű diagrammon egy példát láthatunk a szilárdság meghatározására pixelek szerinti binarizálással. A következő érték úgy számítható ki, ha a képen 13 pixelt definiálunk a tényleges részecske területeként, és 25 pixelt a burkolási kerület által közrefogott területként.
Olvassa tovább, ha meg szeretne ismerkedni a 4K-s digitális mikroszkópunk felhasználási példáival. A mikroszkóp segítségével könnyen, 4K-s képek és intelligens automatikus mérési- és elemzési funkciók segítségével végezhet mennyiségi értékelést.
Példa a részecskealak automatikus mérésére és elemzésére
Ahhoz, hogy a részecskéket ábrázoló képekből mért értékeket nyerhessünk, először is kristálytiszta, optimális körülmények között készített, mikroszkopikus nagyítás alatt készült képekre van szükség. Az is elengedhetetlen, hogy megbízható paraméterértékeket számítsunk, aminek kulcsa a részecskék (ezekből mellesleg sok van a látómezőben) alakjának következetes mérése.
A részecskékről készült képek rögzítésekor azonban rendkívül nehéz mind a körülmények pontos meghatározása, mind pedig a céltárgyakhoz való megfelelő fókusz, ezért ilyenkor tapasztalt, szakképzett kezelőre van szükség. Az egymást fedő részecskék vizsgálata még a tapasztalt kezelők számára is komoly kihívást jelent.
A KEYENCE VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkópja fejlett optikai rendszerrel és motorizált hardverrel van felszerelve, amely lehetővé teszi a pontos részecskeelemzéshez szükséges kristálytiszta képek készítését. A különféle, egyszerűen kezelhető funkciókat biztosító megfigyelőrendszer kiváló támogatást nyújt az elemzések végzéséhez. A 4K-s képeket automatikusan elemző funkció lehetővé teszi még a bonyolult, nehezen kivitelezhető mérések egyszerű és gyors elvégzését is.
Az alábbiakban megismerkedhet egy példával, ami bemutatja, hogyan lehet a VHX sorozat mikroszkópjával éles, nagyított képeket készítenek a részecskékről, illetve a részecsék automatikus alakelemzéséről is szó esik.
Automatizált és optimalizált részecske-alakmérés és -elemzése a 4K-s digitális mikroszkóppal
A VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkóp 4K-s CMOS-képérzékelővel és újonnan kifejlesztett optikai rendszerrel rendelkezik, sőt, egy olyan újfajta megfigyelőrendszert is tartalmaz, ami a nagy mélységélesség és a nagy felbontás kombinációján alapul. Ezek a funkciók és az egyéb beépített technológiák biztosítják a pontos és gyors megfigyelést és elemzést, az egyszerű használatot és a nagy felbontású 4K-s képeket.
Bár a fényviszonyok meghatározása sok időt igényel, ez csökkenthető a többszörös megvilágítás funkcióval, amely egy gombnyomásra automatikusan begyűjti a többirányú világítás mellett készült képeken szereplő adatokat. A megfigyelés és az elemzés gyors megkezdéséhez elég egy pillantást vetni a képekre, és máris megtalálhatja a célnak megfelelőt. Emellett amikor a kezelő egy régi képet választ ki, a rendszere reprodukálja a kép készítése idején fennálló állapotokat. Ezáltal ugyanolyan körülmények között végezhetünk méréseket és elemzéseket, még akkor is, ha másik mintáról és másik kezelőről van szó.
Az automatikus területmérés/-részecskeszámlálás funkcióval a készített kép bármely pontján zökkenőmentes automatikus részecskeméréseket és -elemzéseket végezhet. Ez a funkció nemcsak pontosan megszámolja a részecskéket, hanem automatikusan megméri és kiszámítja az olyan mikrométernél kisebb részletes értékeket, mint a köralakúság, a maximális- és minimális átmérő, a konvexitás vagy a szilárdság. Továbbá az értékek átlagát, szórását, maximumját, minimumját, és összesítését is megadja. Sőt, ezt követően az értékeket egy listában is megjeleníti.
A funkció felhasználható többek között a maximális átmérő és a minimális átmérő aránya alapján a méretarány kiszámítására, valamint a nagy kontrasztú képek használatával az egyes részecskék szilárdságának nagy pontosságú megállapítására.
Egy 4K-s digitális mikroszkóp, ami felgyorsítja a részecskék alakmérését és értékelését, az eredményeket pedig számokban prezentálja
A VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkóp lehetővé teszi az értékelések számszerűsítését, hála a gyorsan és egyszerűen készített kristálytiszta 4K-s képeknek és az egyszerű műveletekkel végzett automatikus mérésnek és elemzésnek.
Emellett az Excel közvetlenül telepíthető a VHX sorozat mikroszkópjaira, ezáltal lehetővé téve azt, hogy a rögzített képek és értékek alapján – egy tetszőleges sablont felhasználva – jelentéseket készítsünk. A mikroszkóppal könnyeden optimalizálhatja a részecskemérési munkafolyamatokat, a nagyított képalkotástól kezdve a részecskék mérésén/elemzésén át egészen a jelentéskészítésig.
Ha többet szeretne megtudni a VHX sorozatról – ami hatékonyan használható a részecskék alakméréséhez – kattintson az alábbi gombra.
