Dynamická analýza obrazu (DIA) je moderní metoda charakterizace částic pro stanovení distribuce velikosti a parametrů tvaru. Umožňuje rychlé analýzy s vynikající přesností a reprodukovatelností v extrémně širokém rozsahu měření. S proslulým systémem CAMSIZER představil Microtrac svůj první dynamický analyzátor obrazu před více než 20 lety a od té doby prosazuje technologické inovace.
- Rozsah měření: 0.9 µm - 8 mm
- Suchá a mokrá analýza prášků a suspenzí
Základní informace o funkčním principu, výhodách a použití dynamické analýzy obrazu
- Rozsah měření: 20 µm - 30 mm
- Suchá analýza granulátů a sypkých materiálů
- Rozsah měření: 30 µm - 5 mm
- Suchá analýza granulátů a sypkých materiálů
- Rozsah měření: 160 µm - 135 mm
- Vhodné pro velmi velké částice
- Rozsah měření: 30 µm - 30 mm (ONLINE) / 160 µm - 135 mm (ONLINE XL)
- Online systém pro integraci procesů se zařízeními třetích stran pro dodávku vzorků
Úvod do dynamické analýzy obrazu (DIA)
V mnoha aplikacích jsou informace o velikosti a tvaru částic důležitými ukazateli procesu a kvality. S dynamickou analýzou obrazu podle ISO 13322-2 je přímo možné podrobně a reprezentativně analyzovat tyto důležité vlastnosti materiálu vzorku.
Při dynamické analýze obrazu se generuje proud částic, který se zaznamenává a analyzuje kamerovým systémem. Částice jsou proto během získávání obrazu v pohybu. Ve většině případů dynamická analýza obrazu zahrnuje osvětlení proudu částic z jedné strany zdrojem světla a zaznamenávání obrazů částic jako stínové projekce. Částice se pohybují buď volným pádem (v případě volně tekoucích granulí), v kapalině nebo v proudu vzduchu, což zajišťuje separaci částic i pro aglomerované prášky.
Zejména poslední nastavení vyžaduje krátké expoziční časy a vysoké rychlosti snímání, aby se během měření dosáhlo dostatečné detekce částic a zabránilo se rozmazání pohybu. Měření částic obvykle trvá 1-5 minut a obvykle detekuje desítky tisíc až mnoho milionů částic, v závislosti na vzorku.
What is Dynamic Image Analysis (DIA)?
Dynamic Image Analysis (DIA) is a particle characterization method standardized in ISO 13322-2 that determines particle size distribution and particle shape by imaging a moving stream of particles. Microtrac CAMSIZER analyzers cover 0.8 µm to 135 mm, detect tens of thousands to several million particles per run, and deliver results in 1–5 minutes.
- Standard: ISO 13322-2 (Particle size analysis - Image analysis methods - Part 2: Dynamic image analysis methods)
- Measured properties: particle size (width, length, equal-area-circle diameter; Feret, Martin and chord dimensions) and shape (roundness, circularity, aspect ratio, convexity, symmetry)
- Sample types: free-flowing granules, bulk solids, powders, suspensions
- Typical users: QC and production-monitoring labs in pharma, food, fertilizer, metal powder/AM, abrasives, sand and building materials, plastics
- Microtrac product line: CAMSIZER X2+ (0.9 µm – 8 mm, dry and wet), CAMSIZER 3D (20 µm – 30 mm), CAMSIZER S1 (30 µm – 5 mm), CAMSIZER XL (160 µm – 135 mm), CAMSIZER ONLINE (30 µm – 30 mm / XL 160 µm – 135 mm)
- Microtrac launched the first CAMSIZER Dynamic Image Analyzer more than 20 years ago
Rozdíl mezi statickou a dynamickou analýzou obrazu
Zásadní rozdíl mezi statickou a dynamickou analýzou obrazu spočívá v tom, že ve statické analýze obrazu jsou částice umístěny na nosiči a během akvizice se vzhledem ke kameře nepohybují, stejně jako je to například u mikroskopu.
Statická analýza obrazu se používá převážně pro měření úzkých distribucí velikosti se zaměřením na charakterizaci velmi jemných částic. Tato metoda poskytuje částicové obrazy s vysokým rozlišením, které umožňují maximální přesnost popisu velikosti a tvaru a používá se hlavně v aplikacích výzkumu a vývoje.
Dynamická analýza obrazu je naopak ideální pro rutinní měření sypkého zboží, prášků, granulí a suspenzí. Tato metoda se vyznačuje vysokou propustností vzorku, spolehlivostí a vynikající reprodukovatelností.
Statická analýza obrazu (ISO 13322-1)
Dynamická analýza obrazu (ISO 13322-2)
Rozsah měření a kalibrace systému dynamické analýzy obrazu
Stupnice reprodukce systému dynamické analýzy obrazu se stanoví kalibrací. Za tímto účelem jsou do zařízení vloženy vysoce přesné referenční objekty a měřené kamerami.
Výsledkem je obrazová škála v pixelech / milimetrech a určuje se rozlišení a detekční limit měřicího systému.
Referenčními objekty jsou obvykle skleněné desky, na které byly pomocí elektronové litografie aplikovány definované kruhové prvky. Kalibrace se provádí ve výrobním závodě, ale lze ji zopakovat a zkontrolovat uživatelem kdykoli za pouhé 1-2 minuty.
Horní hranice rozsahu měření je omezena velikostí obrazu. Částice do cca 1/3 úhlopříčky obrazu lze stále rozumně detekovat pomocí dynamické analýzy obrazu.
Kalibrační mřížka pro systém CAMSIZER od Microtracu
Technologie dvojité kamery v dynamických analyzátorech obrazu
Současné použití dvou kamer v jednom analyzátoru významně rozšiřuje rozsah měření dynamické analýzy obrazu. Dvě kamery analyzátorů částic řady CAMSIZER jsou optimalizovány pro různé rozsahy velikostí: kamera ZOOM zachycuje malé částice s vysokou přesností díky vysokému rozlišení, zatímco kamera BASIC současně analyzuje velké částice s větším zorným polem.
To poskytuje ideální podmínky měření pro každý rozsah velikostí. Celkový výsledek je získán kombinací kamer ZOOM a BASIC.
Velkou výhodou této metody dynamické analýzy obrazu je široký dynamický měřící rozsah s faktorem až 10 000 mezi dolní a horní hranicí, a to bez úprav optických komponent (bez výměny čoček nebo objektivů).
Během měření pracují dvě kamery: kamera BASIC (červená) analyzuje větší částice, kamera ZOOM (modrá) zachycuje malé částice. Tento postup zajišťuje optimální podmínky měření pro všechny velikosti částic v distribuci.
Velikost a tvar částic s dynamickou analýzou obrazu
Pomocí Dynamické analýzy obrazu lze u všech detekovaných částic zaznamenat a kvantitativně vyhodnotit mnoho různých morfologických parametrů. Distribuce velikosti částic může být založena na různých definicích velikosti, jako je šířka částice, délka částice nebo průměr kruhu stejné oblasti.
Velikosti se určují například jako rozměry akordů, Feretova délka nebo Martinův průměr. Dynamickou analýzu obrazu lze také použít pro analýzu tvaru částic, např. charakterizovat parametry jako zaoblení, kruhovitost, poměr stran, konvexnost, symetrie a mnoho dalších.
Další výhody dynamické analýzy obrazu
1. Náhrada za sítovou analýzu
V mnoha průmyslových odvětvích již metoda dynamické analýzy obrazu nahradila tradiční sítovou analýzu.
Výsledky jsou téměř stoprocentně srovnatelné a díky převážně automatickému měření lze dosáhnout mnohem vyššího výkonu vzorku se sníženými požadavky na čištění a údržbu.
Mnoho zákazníků Microtrac dokázalo nahradit časově náročnou sítovou analýzu pomocí systému CAMSIZER, aniž by museli obětovat známé specifikace kvality.
Perfektní shoda naměřených výsledků sítové analýzy a CAMSIZER P4 u granulovaného hnojiva
2. Provoz online
Dynamickou analýzu obrazu lze také pro mnoho aplikací integrovat přímo do procesu jako online měřicí systém.
Robustnost zařízení umožňuje jejich použití ve výrobním prostředí: Prach, vibrace a kolísání teploty neovlivňují měření.
Materiál je kontinuálně přiváděn do měřícího zařízení pomocí automatického vzorkovače, změny v procesu nebo v kvalitě produktu tak mohou být detekovány prakticky v reálném čase.
Na obrázku je systém Microtrac dynamické analýzy obrazu v online provozu v továrně na hnojiva.
3. Nadměrné částice
Pro mnoho úkolů v technologii měření částic je klíčová spolehlivá detekce nadměrných částic, např. při analýze abraziv nebo charakterizaci kovových prášků pro aditivní výrobu. Dynamická analýza obrazu je pro takové aplikace ideální. Pokud kamera detekuje nadměrně velkou částici, bude také zobrazena ve výsledku.
Pravděpodobnost detekce je extrémně vysoká díky vysoké rychlosti snímání až 320 snímků za sekundu a velkému počtu zachycených částic. V některých aplikacích lze zaručit dokonce 100% přesnost detekce. Příklad ukazuje analýzu vzorku kovového prášku, do kterého byly přidány různé podíly nadměrných částic. Systém dynamické analýzy obrazu CAMSIZER X2 detekuje dokonce 0,005% velkých částic!
Spolehlivá detekce nadměrných rozměrů ve vzorku kovového prášku. Kovový prášek je menší než 100 µm, nadměrná velikost je větší než 200 µm. Tabulka ukazuje množství přidané nadměrné velikosti a procento nadměrné velikosti zjištěné CAMSIZEREM X2
4. Opakovatelnost
Velký počet detekcí částic v dynamické analýze obrazu přináší další výhodu: dosahuje se extrémně dobré opakovatelnosti výsledků.
Graf ukazuje pět po sobě jdoucích měření 3-modálních směsí skleněných kuliček v rozmezí velikostí od 50 μm do 1,5 mm.
Každé měření trvalo přibližně 2,5 minuty a na jedno měření bylo detekováno 5 milionů částic.
S dynamickou analýzou obrazu je opakovatelnost vynikající
5. Dynamická analýza obrazu doplňuje laserovou difrakci
Dynamická analýza obrazu je použitelná pro vzorky větší než přibližně 1 µm. Pokud se mají měřit i menší částice, zvolíme metodu Laserové difrakce.
Tato technika však neposkytuje informace o tvaru částic a detekce nadměrných částic je mnohem méně citlivá.
Z tohoto důvodu je SYNC společnosti Microtrac novým měřicím zařízením, které jedinečně doplňuje laserovou difrakci o dynamickou analýzou obrazu!
Dnes je SYNC nejmodernějším laserovým difrakčním analyzátorem společnosti Microtrac.
Kontaktujte nás pro bezplatnou konzultaci
Kontaktujte společnost MICROTRAC pro bezplatnou konzultaci a zjistěte, které řešení přinese výsledky a návratnost investic, které hledáte.
Dynamická analýza obrazu - FAQ
Jaký je rozdíl mezi statickou a dynamickou analýzou obrazu?
Při statické analýze obrazu (SAO, ISO 13322-1) jsou částice při záznamu snímků v klidu, jako u mikroskopu. Při dynamické analýze obrazu (DIA, ISO 13322-2) je proud částic zachycen kamerovým systémem. Metoda Static vytváří podrobné obrazy několika částic, zatímco dynamická analýza obrazu dokáže vyhodnotit mnoho částic ve velmi krátkém čase. Výsledkem je, že opakovatelnost a pravděpodobnost detekce nadměrných částic jsou díky dynamické analýze obrazu výrazně lepší.
Může dynamická analýza obrazu nahradit sítovou analýzu?
Hlavní výhodou dynamické analýzy obrazu je kompatibilita výsledků s výsledky tradiční sítové analýzy. Uživatelé těží z kratší doby měření, a tedy vyšší propustnosti vzorku, vysoké úrovně automatizace (např. online měření) a nižší náchylnosti k lidským chybám. Při dynamické analýze obrazu již není nutné časově náročné vážení a čištění sít.
Jaký je rozsah měření dynamické analýzy obrazu?
Spodní měřící rozsah pro dynamickou analýzu obrazu je ~0,8 µm, největší detekovatelné částice jsou ~135 mm. Spodní limit každého systému dynamické analýzy obrazu je omezen rozlišením kamer, horní limit velikostí zorného pole (přibližně 1/3 úhlopříčky obrazu). Použitím dvou kamer v jednom přístroji mohou analyzátory dosáhnout rozsahů měření s faktorem až 10 000 mezi spodní a horní mezí.
Jaké vzorky jsou vhodné pro dynamickou analýzu obrazu?
Dynamická analýza obrazu je vhodná pro širokou škálu různých aplikací. Používá se pro rutinní kontrolu kvality a monitorování výroby i pro úkoly výzkumu a vývoje. Mnoho průmyslových odvětví již využívá výhod dynamické analýzy obrazu například pro farmaceutické výrobky, potraviny, hnojiva, písek, stavební materiály, plasty a všude tam, kde lidé pracují s práškovými nebo granulovanými výrobky.
Jak dlouho trvá měření pomocí dynamické analýzy obrazu?
Díky vysoké rychlosti získávání obrazu při dynamické analýze obrazu (60 - 320 snímků za sekundu, v závislosti na zařízení) je ve velmi krátkém čase vyhodnoceno velké množství částic. Rychle se tak získá smysluplný výsledek. Obvykle jsou doby měření pro dynamickou analýzu obrazu 1-5 minut. Protože měření je bezdotykové, čištění a údržbu není téměř potřeba.