Kwantificerende evaluatie met automatische meting en analyse van deeltjesvormen
Deeltjesmateriaal wordt gebruikt in producten uit uiteenlopende bedrijfstakken. Om de werking van deeltjes te evalueren en de materiële eigenschappen ervan te begrijpen, is het belangrijk niet alleen de diameters maar ook de vormen van deeltjes te kennen. Daartoe is het noodzakelijk de deeltjesvormen kwantitatief te meten op productieplaatsen waar deeltjesmaterialen worden gebruikt, teneinde de kwaliteit en de werking van de producten en de fabricageprocedés zelf naar behoren te beheren.
In dit gedeelte wordt uitgelegd wat het doel is van het meten van deeltjesvormen en van de kenmerkende parameters ervan. Ook wordt een voorbeeld gegeven van het gebruik van onze 4K digitale microscoop voor het automatisch meten van deeltjesvormen.
![Kwantificerende evaluatie met automatische meting en analyse van deeltjesvormen](/nlnl/Images/ss_vhx-casestudy_c_particle-shape_001_2001197.jpg)
- Doel van het meten van deeltjesvormen
- Parameters voor het meten van deeltjesvorm (rondheid, hoogte-breedteverhouding en omhullingsgraad)
- Methode voor het meten van deeltjesvormen
- Voorbeeld voor het automatisch meten en analyseren van deeltjesvormen
- Een 4K digitale microscoop die het meten en evalueren van deeltjesvormen kwantificeert en versnelt
Doel van het meten van deeltjesvormen
De volgende productgebieden zijn specifiek voor het meten van deeltjesvormen en de materiële kenmerken die door deze metingen worden geëvalueerd.
Productgebied | Materiële kenmerk geëvalueerd |
---|---|
Voedsel |
• Structuur |
Farmaceutica |
• Vloeibaar maken van poeder in een systeem voor medicijntoediening (DDS) |
Verwerken en behandelen van producten |
• Slijprendement van slijpmiddelen (SiC, enzovoort), gereedschappen, enzovoort. |
Parameters voor het meten van deeltjesvorm (rondheid, hoogte-breedteverhouding en omhullingsgraad)
Rondheid is de kenmerkende parameter voor het meten van deeltjesvormen, maar hoogte-breedteverhouding en omhullingsgraad (convexiteit en soliditeit) worden ook vaak gebruikt. Deze parameters, die belangrijk zijn voor het meten en evalueren van deeltjesvormen, worden hieronder beschreven.
Rondheid
Dit is de meest gebruikte parameter voor het meten van deeltjesvormen. In het algemeen wordt hiermee aangegeven hoe dicht een deeltje in de buurt van een perfecte bol komt. Een voorbeeld van het gebruik ervan is bij de beoordeling van de schurende eigenschappen van schurende deeltjes.
Deze parameter wordt berekend met de onderstaande formule, ervan uitgaande dat S het geprojecteerde oppervlak is en L de omtrek. Een rondheid 1 betekent een perfecte bol. Hoe complexer de vorm, des te kleiner de rondheid (kleiner dan 1).
![Rondheid](/nlnl/Images/ss_vhx-casestudy_c_particle-shape_002_2001198.png)
Hoogte-breedteverhouding en verlenging
De hoogte-breedteverhouding is de verhouding tussen de lengte van twee van de volgende assen: X, Y, en Z. Dit wordt gebruikt om onderscheid te maken tussen deeltjes met verschillende afmetingen langs één as, zoals naald- en eivormige deeltjes, en tussen bolvormige en vierkante deeltjes.
Aangenomen dat a de diameter van de korte as van het deeltje en b de diameter van de lange as is, kan deze verhouding (a/b) worden bepaald. De verlenging die de lengte en de versmalling van het deeltje aangeeft, is 0 wanneer de hoogte-breedteverhouding 1 is, zoals bij cirkels en vierkanten. De verlenging wordt met de volgende formule berekend.
![Hoogte-breedteverhouding en verlenging](/nlnl/Images/ss_vhx-casestudy_c_particle-shape_004_2001199.png)
Omhullingsgraad
Deze parameter wordt gebruikt voor het detecteren van samengevoegde deeltjes en voor het evalueren van de oppervlakteruwheid. Soms is voor de evaluatie niet de gedetailleerde vorm van elk deeltje nodig, ook al hebben de werkelijke deeltjes complexe vormen. De omhullingsgraad maakt evaluaties gemakkelijker door de omringende vorm enigszins te vereenvoudigen.
Gebruik voor het berekenen van deze parameter de omhullingsomtrek, die kan worden beschouwd als de lengte van een lang elastiekje dat tijdelijk rond de omtrek van het deeltje wordt gespannen, en ook de omtrek van het deeltje (randcontactoppervlak) wordt genoemd.
![Omhullingsgraad](/nlnl/Images/ss_vhx-casestudy_c_particle-shape_003_2001200.png)
Op basis van deze omhullingsomtrek kunnen met de volgende formules de convexiteit en de soliditeit worden berekend.
![Omhullingsgraad](/nlnl/Images/ss_vhx-casestudy_c_particle-shape_005_2001201.png)
![Omhullingsgraad](/nlnl/Images/ss_vhx-casestudy_c_particle-shape_006_2001202.png)
Hoe gladder de omtrek van het deeltje, hoe dichter de omhullingsgraad en de soliditeit het getal 1 benaderen. Anderzijds zijn de omhullingsgraad en de soliditeit kleiner dan 1 in het geval van samengevoegde primaire deeltjes en deeltjes met ruwe omtrek.
In het volgende deel wordt uitgelegd hoe de meetwaarden kunnen worden verkregen die nodig zijn om deze parameters te berekenen.
Methode voor het meten van deeltjesvormen
De algemene methode voor het meten van deeltjesvormen, die driedimensionaal en complex zijn, is gebruik te maken van beeldanalyse waarbij een vergroot beeld van de deeltjes wordt omgezet in een tweedimensionale projectietekening.
Binarisatie (2D-binarisatie) is de beeldverwerking die op het beeld van de deeltjes wordt toegepast. De gemeten waarden van de deeltjesvormen worden verkregen en de kenmerken van de parameters die vereist zijn voor de evaluatie, worden berekend door de optimale informatie voor de beoogde analyse te extraheren.
Wat is binarisatie?
Dit is een bewerking die een beeld met meerdere tinten omzet in een beeld met twee kleuren. Binnen het gespecificeerde bereik wordt de waarde van elke pixel vergeleken met drempelwaarden om de pixel onder een van de twee categorieën te rangschikken.
Door binarisatie toe te passen op een beeld kan alleen de noodzakelijke informatie uit het vereiste deel worden gehaald, zodat de vorm van de deeltjes gemakkelijker en sneller kan worden gemeten en berekend.
Beeldanalyse tijdens het meten van deeltjesvormen
In dit gedeelte worden de meting en berekening van de soliditeit, een van de parameters voor het meten van deeltjesvormen, gebruikt om beeldanalyse uit te leggen.
Dit eenvoudige schema is een voorbeeld van het vinden van de soliditeit door binarisatie uit te voeren op basis van pixels. De volgende waarde kan worden berekend door 13 pixels in het beeld te definiëren als de oppervlakte van het eigenlijke deeltje en 25 pixels in het beeld als het gebied van de omhullingsomtrek.
![Beeldanalyse tijdens het meten van deeltjesvormen](/nlnl/Images/ss_vhx-casestudy_c_particle-shape_008_2001204.png)
![Beeldanalyse tijdens het meten van deeltjesvormen](/nlnl/Images/ss_vhx-casestudy_c_particle-shape_007_2001206.png)
Lees verder voor een toepassingsvoorbeeld van onze 4K digitale microscoop, waarmee op een gemakkelijke manier kwantitatieve evaluatie mogelijk is door het vastleggen van duidelijke 4K beelden en door gebruik te maken van intelligente automatische meet- en analysefuncties.
Voorbeeld voor het automatisch meten en analyseren van deeltjesvormen
Om nauwkeurige meetwaarden te verkrijgen uit beelden van deeltjes, moeten eerst onder optimale omstandigheden met een microscoop duidelijke, vergrote beelden van de deeltjes worden gemaakt. Ook moeten zeer betrouwbare parameters worden berekend door consequent de vormen van de deeltjes te meten, waarvan er een groot aantal in het zichtveld aanwezig is.
Het is echter uitermate moeilijk om bij het vastleggen van beelden van deeltjes de omstandigheden te bepalen en scherp te stellen op de doelen, zodat de gebruiker zeer bedreven en technisch zeer vaardig moet zijn. Zelfs voor zeer ervaren gebruikers is het lastig om overlappende deeltjes te meten.
De 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks van KEYENCE is voorzien van een geavanceerd optisch systeem en gemotoriseerde hardware, waardoor het mogelijk is om de duidelijke beelden te maken die nodig zijn voor een nauwkeurige deeltjesanalyse. Het waarnemingssysteem met verschillende functies die met enkele eenvoudige handelingen kunnen worden geopend, ondersteunt het analysewerk aanzienlijk. Met de functie waarmee automatisch de verkregen 4K-beelden worden geanalyseerd, kunnen geavanceerde metingen, die moeilijk zijn uit te voeren zijn, nu gemakkelijk en snel worden uitgevoerd.
Hieronder wordt een voorbeeld gegeven van het gebruik van de VHX-reeks voor het maken van duidelijke, vergrote beelden van deeltjes en van het automatisch meten en analyseren van deeltjesvormen.
Automatiseren en optimaliseren van het meten en analyseren van deeltjesvormen met een 4K digitale microscoop
De 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks is voorzien van een optisch systeem, een 4K CMOS-beeldsensor en een origineel waarnemingssysteem waarmee een hoge resolutie met een grote scherptediepte mogelijk is. 4K-beelden met hoge resolutie kunnen gemakkelijk worden vastgelegd, zodat valse detectie en verkeerde identificatie worden voorkomen en er nauwkeurig kan worden gemeten en geanalyseerd.
Hoewel het bepalen van de verlichtingscondities veel tijd vergt, kan dit sneller met de multiverlichtingsfunctie, waarmee automatisch met één druk op een knop de gegevens van meerdere beelden onder een omnidirectionele verlichting worden geregistreerd. Selecteer gewoon visueel het beeld dat bij het doel past om snel met de waarneming en analyse te beginnen. Wanneer in dat geval een eerder gemaakt beeld wordt geselecteerd, worden tevens de omstandigheden gereproduceerd waaronder dat beeld is gemaakt, zodat er onder dezelfde omstandigheden kan worden gemeten en geanalyseerd, zelfs voor een ander monster en een andere gebruiker.
De functie voor het automatisch meten/tellen van gebieden kan worden gebruikt voor naadloze automatische meting en analyse van de deeltjes in het geselecteerde gebied in het verkregen beeld. Deze functie telt niet alleen nauwkeurig het aantal deeltjes, maar meet en berekent ook automatisch gedetailleerde waarden op submicrometerniveau zoals rondheid, maximumdiameter, minimumdiameter, convexiteit en soliditeit, alsmede de gemiddelde, standaardafwijking, maximumwaarde, minimumwaarde en het totaal ervan, en geeft deze waarden als een lijst weer.
Toepassingen zijn onder meer de berekening van de hoogte-breedteverhouding van de verhouding tussen de maximumdiameter en de minimumdiameter en het met behulp van beelden met hoog contrast uiterst nauwkeurig bepalen van de soliditeit van elk deeltje.
![Automatisch meten en analyseren van deeltjesvormen met een 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks](/nlnl/Images/ss_vhx-casestudy_c_particle-shape_009_2001207.jpg)
![Automatisch meten en analyseren van deeltjesvormen met een 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks](/nlnl/Images/ss_vhx-casestudy_c_particle-shape_010_2001208.jpg)
Een 4K digitale microscoop die het meten en evalueren van deeltjesvormen kwantificeert en versnelt
De 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks kwantificeert evaluaties door een vlekkeloze en snelle verwerving van duidelijke 4K-beelden en automatische meting en analyse en dat alles met een eenvoudige bediening.
Excel kan bovendien op de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks worden geïnstalleerd waardoor er automatisch rapporten kunnen worden gemaakt door waarden en beelden over te brengen naar sjablonen. Naadloos worden door deze microscoop de reeks werkzaamheden vanuit de vergrote beeldvorming en het meten/analyseren van deeltjes tot het opstellen van rapporten uitgevoerd, waardoor de werkzaamheden voor het meten van deeltjes sterk worden geoptimaliseerd.
Klik voor aanvullende informatie of vragen over de VHX-reeks, de uitgelezen apparatuur voor het meten van deeltjesvormen, op de onderstaande knoppen.