Search

Dynamiczna analiza obrazu najnowocześniejsza charakterystyka wielkości i kształtu cząstek

Dynamiczna Analiza Obrazu (DIA) to nowoczesna metoda charakteryzowania cząstek służąca do określania rozkładów wielkości i parametrów kształtu. Umożliwia ona wykonywanie szybkiej analizy z doskonałą dokładnością i powtarzalnością w niezwykle szerokim zakresie pomiarowym. Ponad 20 lat temu firma Microtrac wprowadziła na rynek swój pierwszy analizator cząstek wykorzystujący metodę jaką jest dynamiczna analiza obrazu - CAMSIZER. Od tamtej pory Microtrac regularnie wprowadza kolejne innowacje techniczne w tej dziedzinie.

.
.

Wprowadzenie do dynamicznej analizy obrazu (DIA)

W wielu aplikacjach informacja o wielkości i kształcie cząstek stanowi istotny wskaźnik do oceny jakości. Zastosowanie Dynamicznej Analizy Obrazu zgodnej z ISO 13322-2 pozwala na analizę tych istotnych właściwości próbki danego materiału w sposób szczegółowy i reprezentatywny. W metodzie jaką jest Dynamiczna Analiza Obrazu, strumień cząstek jest fotografowany i analizowany za pomocą systemu kamer. Cząstki są w ruchu podczas ich rejestracji. W większości przypadków strumień cząstek jest oświetlany z jednej strony za pomocą źródła światła, a projekcja (cień) cząstek jest rejestrowany przez kamery umieszczone z drugiej strony. Cząstki mogą zarówno swobodnie opadać (proszki i granulaty), jak i przepływać w cieczy lub rozpędzonym strumieniu powietrza, co dodatkowo gwarantuje ich prawidłową dyspersję i umożliwia rozbicie aglomeratów. Zwłaszcza ostatni wymieniony sposób dyspersji i transportu cząstek wymaga częstego próbkowania i krótkich czasów ekspozycji, tak by uzyskać obrazy zawierające ostre i wyraźne cząstki. Czas pomiaru wynosi zwykle między 1 a 5 minut, co pozwala na detekcję dziesiątek / setek tysięcy a nawet milionów cząstek w zależności od rodzaju próbki.

Dynamiczna analiza obrazu - Zasada działania

Różnica między Statyczną a Dynamiczną Analizą Obrazu

Podstawowa różnica między Statyczną a Dynamiczną Analizą Obrazu polega na tym, że w przypadku metody Statycznej cząstki są ułożone na podstawce i nie poruszają się przed kamerą podczas pomiaru. Pomiar przypomina nieco działanie mikroskopu. Statyczna Analiza Obrazu jest głównie stosowana w przypadku bardzo wąskich rozkładów oraz w sytuacjach, gdy istotny jest pomiar bardzo drobnych cząstek. Metoda ta dostarcza obrazy w bardzo wysokiej rozdzielczości, przez co jest chętnie stosowana przez laboratoria badawcze R&D. Z drugiej strony Dynamiczna Analiza Obrazu jest chętnie stosowana do rutynowych pomiarów materiałów sypkich, granulatów czy zawiesin. Cechuje ją duża przepustowość, dokładność i wyśmienita powtarzalność.

Statyczna Analiza Obrazu (ISO 13322-1)

Statyczna Analiza Obrazu (ISO 13322-1)

Dynamiczna analiza obrazu (ISO 13322-2)

Statyczna Analiza Obrazu (ISO 13322-2)

Zakres pomiarowy i kalibracja systemów Dynamicznej Analizy Obrazu

Skala odwzorowania systemu dynamicznej analizy obrazu jest określana przez kalibrację. W tym celu do urządzenia wprowadzane są bardzo precyzyjne obiekty referencyjne, które następnie są mierzone przez system kamer. W wyniku tego otrzymujemy skalę obrazowania w pikselach/milimetrach i określana jest rozdzielczość oraz granicę detekcji systemu pomiarowego. Obiektami odniesienia są zwykle płytki szklane, na które za pomocą litografii elektronowej naniesiono określone elementy kołowe. Kalibracja jest wykonywana w fabryce, ale może być powtórzona i sprawdzona przez użytkownika w dowolnym momencie. Takie sprawdzenie trwa zaledwie 1-2 minuty. Górna granica zakresu pomiarowego jest ograniczona wielkością obrazu. Cząsteczki do ok. 1/3 przekątnej obrazu nadal mogą być z dużą skutecznością wykrywane za pomocą dynamicznej analizy obrazu.
Wzorzec do kalibracji urządzeń typu Microtrac CAMSIZER

Wzorzec do kalibracji urządzeń typu Microtrac CAMSIZER

Technologia "Dual Camera" (dwóch kamer) w dynamicznych analizatorach obrazu

Jednoczesne użycie dwóch kamer znacznie poszerza zakres pomiarowy w Dynamicznej Analizie Obrazu. Dwie kamery w analizatorach z serii CAMSIZER są zoptymalizowane pod kątem różnych zakresów pomiarowych: kamera ZOOM jest kamerą o wysokiej rozdzielczości i mierzy drobne cząstki z bardzo dużą dokładnością; kamera BASIC posiada szerokie pole widzenia i skupia się na większych cząstkach. Obie kamery pracują jednocześnie. Takie rozwiązanie techniczne gwarantuje idealne warunki pomiarowe dla całego zakresu. Wynik końcowy jest kombinacją rezultatów uzyskanych przez kamery ZOOM oraz BASIC. Największą zaletą zastosowania dwóch kamer w Dynamicznej Analizie Obrazu jest szeroki zakres pomiarowy o stopniu nawet 10 000 między dolną a górną jego granicą, a wszystko to bez konieczności dokonywania jakichkolwiek regulacji czy modyfikacji układu optycznego (bez zmiany obiektywów czy soczewek).
Zasada pomiaru

Podczas pomiaru działają dwie kamery: kamera BASIC (czerwona) analizuje większe cząstki, kamera ZOOM (niebieska) wychwytuje małe cząstki. Ta procedura zapewnia optymalne warunki pomiaru dla wszystkich rozmiarów cząstek w rozkładzie.

Wielkość i kształt cząstek w dynamicznej analizie obrazu

W Dynamicznej Analizie Obrazu zapisywanych i mierzonych jest bardzo wiele parametrów morfologicznych dla każdej zmierzonej cząstki. Rozkład wielkości cząstek może być oparty na różnych definicjach wielkości np. szerokości, długości lub średnicy zastępczej. Rozmiary są określane na przykład jako wymiary cięciwy, długości Fereta lub średnice Martina. Dynamiczna analiza obrazu może być również wykorzystywana do analizy kształtu cząstek, m.in. do scharakteryzowania parametrów, takich jak okrągłość, kołowość, proporcje, wypukłość, symetria i wiele innych.
Wielkość i kształt cząstek w dynamicznej analizie obrazu

Inne zalety dynamicznej analizy obrazu

1. Zastępstwo dla analizy sitowej

W wielu firmach metoda jaką jest Dynamiczna Analiza Obrazu zastąpiła tradycyjnie wykonywaną analizę sitową. Wyniki są praktycznie w 100% porównywalne, a dzięki zautomatyzowaniu pomiaru możliwy jest pomiar znacznie większych ilości i większych objętościowo próbek bez konieczności czyszczenia czy konserwacji sprzętu. Mnóstwo klientów firmy Microtrac zrezygnowało z czasochłonnej analizy sitowej na rzecz automatycznych pomiarów z wykorzystaniem urządzeń z serii CAMSIZER, a wszystko to bez odchodzenia od wymagań i specyfikacji kontroli jakości.
Doskonała zgodność analizy sitowej i pomiaru urządzeniem CAMSIZER P4 dla próbki granulowanego nawozu

Doskonała zgodność analizy sitowej i pomiaru urządzeniem CAMSIZER P4 dla próbki granulowanego nawozu

2. Obsługa online

Dynamiczna Analiza Obrazu może być również zintegrowana bezpośrednio z procesem jako pomiar online do wielu zastosowań. Solidność urządzeń pomiarowych pozwala na ich zastosowanie w warunkach produkcyjnych: zapylenie, wibracje czy zmiany temperatury nie mają wpływu na przebieg i wynik pomiaru. Materiał podawany jest w sposób ciągły do urządzenia pomiarowego za pomocą automatycznego podajnika. Zmiany w procesie lub w jakości badanego produktu są wykrywane praktycznie w czasie rzeczywistym.

Rysunek pokazuje Dynamiczny Analizator Cząstek Microtrac pracujący w systemie pomiarowym online w fabryce nawozów sztucznych.

W pełni automatyczny system online w warunkach producyjnych

W pełni automatyczny system online w warunkach producyjnych

3. Nadziarno

W bardzo wielu przypadkach podczas pomiaru cząstek istotna jest niezawodna i bezbłędna detekcja nadziarna - jest tak na przykład przy produkcji materiałów ściernych lub proszków metali stosowanych do druku 3D. W takich właśnie sytuacjach Dynamiczna Analiza Obrazu sprawdza się idealnie. Jeśli tylko dana cząstka pojawi się przed kamerą, na pewno znajdzie swoje odzwierciedlenie w wyniku pomiaru. Prawdopodobieństwo uchwycenia danej cząstki jest bardzo wysokie ponieważ urządzenie pomiarowe pobiera do 320 klatek na sekundę, a przez to mierzy ogromną ilość cząstek. W niektórych aplikacjach zagwarantowana jest nawet 100% detekcja. Przykład pokazuje analizę proszku metalu, do którego ręcznie dodano różne ilości nadziarna. Dynamiczny Analizator Cząstek CAMSIZER X2 jest w stanie wykryć nawet 0,005% nadziarna!

Precyzyjna detekcja nadziarna w próbce proszku metalu. Proszek metalu ma ziarno mniejsze niż 100 µm, wielkość nadziarna to wynosi 200 µm. Tabela pokazuje ilość nadziarna dodanego do próbki oraz procent tych cząstek wykrytych przez CAMSIZER X2.

Precyzyjna detekcja nadziarna w próbce proszku metalu. Proszek metalu ma ziarno mniejsze niż 100 µm, wielkość nadziarna to wynosi 200 µm. Tabela pokazuje ilość nadziarna dodanego do próbki oraz procent tych cząstek wykrytych przez CAMSIZER X2.

4. Powtarzalność

Duża ilość cząstek wykrytych i zmierzonych metodą Dynamicznej Analizy obrazu daje jeszcze inną korzyść, jaką jest osiągnięcie wyjątkowo dobrej powtarzalności wyników pomiaru. Wykres pokazuje pięć wykonanych kolejno pomiarów próbki składającej się z trzech dominujących frakcji w zakresie od 50 μm do 1,5 mm. Każdy pomiar trwał około 2,5 minuty, a urządzenie zarejestrowało ponad 5 milionów cząstek w każdym z pomiarów.

Dynamiczna analiza obrazu gwarantuje wyśmienitą powtarzalność

Dynamiczna analiza obrazu gwarantuje wyśmienitą powtarzalność

5. Dynamiczna Analiza Obrazu uzupełnia pomiary metodą dyfrakcji laserowej

Dynamiczna Analiza Obrazu sprawdza się w przypadku pomiaru cząstek większych niż ok. 1 µm. Jeśli zachodzi konieczność pomiaru mniejszych cząstek, dobrym wyborem może być Dyfrakcja Laserowa. Należy jednak pamiętać, że ta metoda nie dostarcza informacji o kształcie cząstek i ma znacznie mniejszą wrażliwość na nadziarno. Z tego powodu firma Microtrac opracowała urządzenie SYNC, które łączy w sobie Dyfrakcję Laserową i Dynamiczną Analizę Obrazu!

SYNC to najbardziej zaawansowany laserowy miernik cząstek firmy Microtrac

SYNC to najbardziej zaawansowany laserowy miernik cząstek firmy Microtrac

Microtrac Produkty & Kontakt

Microtrac oferuje szeroki wybór urządzeń do Dynamicznej Analizy Obrazu.


Microtrac oferuje szeroki wybór urządzeń do Dynamicznej Analizy Obrazu.

Skontaktuj się z nami w celu uzyskania bezpłatnej konsultacji


Nasz zespół ekspertów z przyjemnością doradzi Państwu w zakresie Państwa zastosowań oraz naszego asortymentu produktów.

Dynamiczna analiza obrazu - FAQ (często zadawane pytania)

Jaka jest różnica między Statyczną a Dynamiczną Analizą Obrazu?

W Statycznej Analizie Obrazu (SIA, ISO 13322-1), cząstki pozostają nieruchome podczas rejestracji obrazu, podobnie jak w mikroskopie. Podczas Dynamicznej Analizy Obrazu (DIA, ISO 13322-2), strumień poruszających się cząstek jest rejestrowany przez system kamer. Analiza Statyczna dostarcza szczegółowych informacji o niewielkiej ilości cząstek, analiza Dynamiczna pozwala na pomiar bardzo wielu cząstek w krótkim czasie. W wyniku tego prawdopodobieństwo detekcji nadziarna (nawet w bardzo niewielkiej ilości) jest znacznie wyższe przy zastosowaniu Dynamicznej Analizy Obrazu.

Czy dynamiczna analiza obrazu może zastąpić analizę sitową?

Najważniejszą zaletą Dynamicznej Analizy Obrazu jest jej kompatybilność z tradycyjną analizą sitową. Korzyści dla użytkowników to krótszy czas pomiaru, większa przepustowość i wydajność, możliwość zautomatyzowania procesu (np. poprzez pomiar online) oraz mniejsze ryzyko błędów ludzkich. Przy Dynamicznej Analizie Obrazu zupełnie odchodzi czasochłonne ważenie i czyszczenie sit.

Jaki jest zakres pomiarowy dla dynamicznej analizy obrazu?

Dolną granicą zakresu pomiarowego w Dynamicznej Analizie Obrazu jest ~0,8 µm, największe mierzone ziarno może mieć ~135 mm. Zakres pomiarowy jest ograniczony poprzez rozdzielczość kamer (dolna granica) oraz pole widzenia (górna granica) - przyjmuje się górną granicę jako 1/3 wielkości przekątnej obszaru pomiarowego. Zastosowanie dwóch pracujących jednocześnie kamer pozwala na osiągnięcie zakresu o mnożniku 10 000 (między dolnym a górnym limitem).

Jakie próbki mogą być mierzone metodą dynamicznej analizy obrazu?

Dynamiczna Analiza Obrazu sprawdza się w szerokim zakresie różnych aplikacji. Jest stosowana do rutynowej kontroli jakości czy monitoringu produkcji a także w laboratoriach R&D. Wiele firm docenia zalety Dynamicznej Analizy Obrazu w pomiarach np. produktów farmaceutycznych, żywności, nawozów, piasku, materiałów budowlanych, tworzyw sztucznych oraz wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z proszkami lub granulatami.

Jak długo trwa pomiar metodą dynamicznej analizy obrazu?

Dzięki wysokiej częstotliwości próbkowania w Dynamicznej Analizie Obrazu (60 - 320 zdjęć na sekundę w zależności od urządzenia), mierzonych jest bardzo wiele cząstek w bardzo krótkim czasie. Dzięki temu szybko można otrzymać wiarygodne rezultaty. Typowy czas pomiaru metodą Dynamicznej Analizy Obrazu wynosi 1 - 5 minut. Ponieważ jest to pomiar bezkontaktowy, potrzeba czyszczenia czy konserwacji sprzętu jest znikoma.