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Automatisierte Bildverarbeitung

Die meisten Methoden der Partikelgrößenmessung basieren auf der Annahme kugelförmiger Teilchen. Diese Annahme führt zu signifikanten Fehlern bei der Analyse, wenn die Teilchen Flocken sind oder Stäbchenform besitzen. Speziell bei solchen form-anisotropen Partikeln bietet die automatisierte Bildgebung eine hervorragende Möglichkeit zur Einhaltung maßgeschneiderter Größenspezifikationen.
Automatisierte Bildgebungsverfahren zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung eines Materials bieten einen fundamentalen Vorteil gegenüber alternativen Methoden wie statischer Lichtstreuung, Sedimentation oder Siebung: Jedes Teilchen wird einzeln fotografiert. Daraus ergeben sich mehrere wichtige Vorteile für die Bestimmung der Partikelgrößenverteilung:

  • Realistische Proportionalwerte auch an den Rändern der Größenverteilung, d. h. Erkennung überdimensionierter Teilchen oder feiner Partikel.
  • Visuelle Beurteilung des dispergierenden Zustands einer Probe (Dispergierqualität, Vorhandensein von Agglomeraten).
  • Berechnung sinnvoller Größenparameter, z. B. geodätischer Länge oder Feret-Durchmesser für Fasern, je nach Anwendung.
  • Auswahl des geeigneten Verteilungstyps (Volumen, Zahl) je nach Aufgabenstellung.

Darüber hinaus bietet die individuelle Photographie der Teilchen die Möglichkeit, statistische Berechnungen über die Partikelform vorzunehmen, die in der Praxis eine weitere Differenzierung der Materialien ermöglicht. So spielt z.B. die Form-Anisotropie, die Abweichung von der idealen Rundheit, oft eine entscheidende Rolle für ihre Anwendung und Weiterverarbeitung, z.B. für die Förderung oder Verdichtung von Pulvern, Beeinflussung der Rheologie von Dispersionen oder die Rauheit der Teilchenoberfläche im Zusammenhang mit der Partikelgrößenverteilung spielen eine wichtige Rolle für Polieren und Schleifen.
Die Notwendigkeit maßgeschneiderter Partikelgrößen und Formparameter in Verbindung mit stetig wachsender Computerleistung sorgt dafür, dass automatisierte Bildgebungsverfahren immer relevanter werden für einen Markt, der aus 95 % nichtsphärischen Partikeln besteht.

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Analysegeräte
Messmethode

Die Bestimmung der Partikelform durch automatisierte Bildgebung umfasst 4 grundlegende Schritte:
1. Bildaufnahme
2. Bildverarbeitung
3. Objekterkennung
4. Klassifizierung



Processing chain

Verarbeitungskette

Die Aufnahme des Bildes wird bei Bedarf durch spezielle Digitalkameras in Kombination mit einem Mikroskop gewährleistet, um die Partikel zu vergrößern. Die Teilchen können neutral (z.B. auf einem Objektiv) oder auch in Bewegung sein. Die Dispergierung (Trennung) von Partikeln ist sowohl im Trockenmodus (z.B. durch einfaches Fördern und Sieben oder durch den Einsatz von Druckluft) als auch im Nassmodus in einem Lösungsmittel möglich. Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Partikelformanalyse sind hohe Auflösung und Bildschärfe sowie gute Probendispergierung, was zur Messung einzelner Partikel und zur entsprechenden Vergrößerung führt. Die Bearbeitung von Bildern durch entsprechende Software führt zu verbesserten Bildern: z.B. werden vereinzelte Pixel und Kantenpartikel eliminiert, Helligkeits- und Signalgeräuschschwankungen retuschiert und agglomerierte Partikel getrennt. Der Hauptteil bei der Erkennung von Objekten ist die Bildbinarisierung, wobei jedem Bildpixel einem Teilchen (schwarz) oder dem Hintergrund (weiß) mit Hilfe eines Schwellwertes zugeordnet wird. Die Erkennung von Objekten (Teilchen) und die Merkmalzuordnung werden ebenfalls durch die Software realisiert. Bei der Klassifikation, werden die Partikel auf der Basis ihrer zugeordneten Eigenschaften bestimmten Klassen (z.B. Größenäquivalentklassen) zugeordnet.
Zahlreiche Größen- und Formparameter können aus Partikelbildern durch die entsprechende Software bestimmt werden. Wichtige Größen sind z.B. äquivalenter Scheibendurchmesser Deq, Faserlänge XLG (geodäsische Länge) oder der Faserdurchmesser XFD.
Der äquivalente Scheibendurchmesser entspricht dem Scheibendurchmesser gleicher Fläche wie 2-D-projizierte Partikel, der in der Verfahrenstechnik häufig als Größenindikator für unregelmäßige geformte Partikel verwendet wird. Demgegenüber entspricht der maximal innere Scheibendurchmesser des 2-D-projizierten Partikels mehr oder weniger dem Siebdurchmesser. Geodätische Länge und Faserdurchmesser sind für die Charakterisierung von Fasern sehr gut geeignet.

Important size parameters automated imaging

Wichtige Größenparameter automatisierter Bildgebung

Es gibt zahlreiche und anwendungsspezifische Formparameter. Das Ziel besteht darin, zusätzlich zur Partikelgröße zusätzliche morphologische Parameter zu erhalten, wodurch die Partikeleigenschaften besser oder grundsätzlich beschrieben werden können. Beispiele hierfür sind das Aspect-Verhältnis, das Verhältnis von Länge zu Breite der Teilchen, die Rundheit als Indikator für die Teilchenabweichung vom idealen Kreis und der Konkavitätsindex, der das Verhältnis der Flächendifferenz der konvexen Hülle zur Fläche des Teilchens widerspiegelt. Ein weiterer wichtiger Formparameter ist der Partikelumfang.

Important shape parameters automated imaging
Wichtige Formparameter automatisierte Bildgebung

Literatur und Normen

/ 1 / ISO 13322-2: Partikelgrößenanalyse - Bildanalysemethoden - Teil 2: Dynamische Bildanalysemethoden
/ 2 / ISO 9276-6 Darstellung der Ergebnisse der Partikelgrößenanalyse - Teil 6: Beschreibende und quantitative Darstellung der Partikelform und -morphologie

Eine ausführliche Beschreibung der Partikelform finden Sie hier.

  • No.9, Ganquan Road, Jinquan Industrial Park, Dandong, Liaoning, China.
    No.9, Ganquan Road, Jinquan Industrial Park, Dandong, Liaoning, China.
  • 86-415-6163800
    86-415-6163800