動的画像解析式装置（DIA）は、粒子径分布や粒子形状を測定するための最新の粒子特性評価装置です。幅広い測定範囲において、短い測定時間で優れた精度と再現性を実現しています。マイクロトラックは、20年以上前に最初の動的画像解析装置CAMSIZERの販売を開始して以来、技術革新を続けています。
- 測定範囲: 0.9 µm - 8 mm
- 粉粒体の乾式（自然落下・空気分散）および湿式測定
- 測定範囲: 160 µm - 135 mm
- Suitable for extra-large particles
- 測定範囲: 30 µm - 30 mm (ONLINE) / 160 µm - 135 mm (ONLINE XL)
- Online system for process integration with 3rd party sample delivery devices
動的画像解析式装置(DIA)について
多くのアプリケーションにおいて、粒子径分布（粒度分布）や粒子形状は、プロセスや品質の重要な指標となります。ISO 13322-2に準拠した動的画像解析では、粒子の流れをカメラシステムで記録し分析します。粒子の流れに対して片側から光源で照らし、粒子の画像を影の投影として記録します。粒子は自由落下（流動性のある顆粒の場合）、溶液循環、または空気の流れの中で測定しますが、粒子が凝集している場合には、分散処理を行ってから測定します。
通常1～5分間の測定時間で、数万～数百万個の粒子を検出することが可能です。
静的画像解析式と動的画像解析式の違い
静的画像解析式装置では、顕微鏡のように粒子はキャリア上に配置され撮影中にカメラに対して相対的に動くことはありません。
静的画像解析は、主に微粒子の特性評価に焦点を当てた狭い粒子径分布（粒度分布）の測定に使用されます。一方、動的画像解析式装置は、バルク品、粉体、顆粒、懸濁液などの測定に最適です。この方法は、高いサンプルスループット、優れた再現性を特徴としています。
静的画像解析 (ISO 13322-1)
動的画像解析法 (DIA) (ISO 13322-2)
動的画像解析システムの測定範囲とキャリブレーション
動的画像解析システムのキャリブレーションは、レチクルを用いて行います。レチクルは、ガラス板に電子リソグラフィーにより高精度にサイズが制御された円形が印刷されており、ピクセル/ミリメートル単位のイメージングスケールが得られ、測定システムの解像度と検出限界が決定されます。
測定範囲の上限は、撮像する画像サイズによって制限されます。画像の対角線の約1/3までの粒子は、動的画像解析によって合理的に検出することができます。
CAMSIZERシステムの校正用レチクル
デュアルカメラ技術による動的画像解析
1台の分析装置で2種類のカメラを同時に使用することで、動的画像解析式の測定範囲が大幅に広がりました。CAMSIZER X2は、2台のカメラを用いて同時に撮像します。ベーシックカメラが大粒子を撮像し、ズームカメラが小粒子を撮像します。これにより、レンズや対物レンズなどの光学部品の調整無しに幅広い粒子径範囲の高精度測定を実現しています。
デュアルカメラ光学系では、BASICカメラ（赤）が大粒子を測定し、ZOOMカメラ（青）は小粒子を測定します。この2台カメラからの撮像情報を最適化することで、小粒子から大粒子まで高精度測定を実現しています。
動的画像解析式による粒子径分布（粒度分布）と粒子形状の解析
動的画像解析式装置は、検出した全ての粒子について、さまざまな形態学的パラメータを定量的に評価することができます。粒子径分布（粒度分布）は、粒子幅、粒子長、円相当径など、異なるサイズ定義に基づいています。
サイズは、例えば、コード寸法、フェレット長、マーティン径などとして決定されます。また、動的画像解析式は、粒子形状、例えば、真円度、円形度、アスペクト比、凸型度、対称性などの評価が可能です。
AI駆動型粒子分類
画像からインテリジェントな分類へ
CAMSIZERシリーズは、DIMENSIONSソフトウェアで動的画像解析法とAIフィルターを組み合わせ、混合サンプル中の粒子を自動的に分類します。多数の個々の粒子画像に基づき、AI支援分析により異なる粒子集団の信頼性の高い分離が可能となり、統計的に堅牢な結果を提供します。AIフィルターにより、サイズ分布が重なっている場合でも粒子を区別できます。例えば、球状粒子と角状粒子、目的生成物と汚染物質、完全な粒子と欠陥などを分離できます。分類は、xc_min、幅、厚さ、アスペクト比（b/l）、丸み、コンパクトさ、または透明度などの測定されたサイズおよび形状記述子に基づいて行うことも、事前に定義された記述子に依存せず、粒子画像AIミクスチャ情報に基づいて直接行うこともできます。AIフィルターは測定中に適用したり、保存されたデータに対して数秒で再計算したりできます。分類された粒子は粒子ビューアに直接表示され、各クラスの即時の視覚的検証が可能となり、オペレーターの影響を低減した透明で客観的な結果を保証します。
AIフィルターから定量的結果へ
CAMSIZERシリーズのAIフィルターは、粒子の画像を分類する以上の機能を提供し、高度でクラス固有の評価を可能にします。分類後、DIMENSIONSは各粒子クラスについてサイズ分布と形状分布を自動的に個別に再計算します。さらに、このソフトウェアは各クラスの体積率を計算し、成分比率、汚染物質、または欠陥分画に関する直接的な定量的情報を提供します。これは、堅牢な品質管理、ロット間比較、および凝集体や過大粒子などの小さな外れ値集団の信頼性の高い検出をサポートします。一般的な用途には、混合材料の評価、形状品質のテール（裾野）の特定、粉末、穀物、ペレット、または研磨材中の異物粒子の選別などが含まれます。ユーザーがトレーニングできるAIフィルターは、特定の材料に適応させ、ルーチンQCや研究開発で再利用でき、単一の動的画像解析法測定から高い生産性、深い洞察、および堅牢な品質管理を実現します。
動的画像解析のさらなる利点
1. ふるい分けの代替装置
動的画像解析式装置は多くの業界で従来のふるい分析から置き換えられています。
データ一致性が高いことに加え、ほぼ自動で測定が行われるため、洗浄やメンテナンスの必要性が減り、サンプルの処理能力が格段に向上していることによります。
粒状肥料サンプルについて、ふるい試験とCAMSIZER®P4の測定結果がほぼ完全に一致
2. オンライン測定
動的画像解析式装置は、多くのアプリケーションのオンライン測定システムとして、プロセスに直接組み込むことも可能です。
装置の堅牢性により、生産環境で使用することができ、埃、振動、温度の変動が測定に影響を与えることはありません。
材料は自動サンプラーを介して連続的に測定装置に供給され、プロセスや製品品質の変化を実質的にリアルタイムで検出することができます。
写真は、肥料工場でオンライン運用されているシステムの例です。
（※）日本では対応しておりません。
3. 粗大粒子
粗大粒子を確実に計測することは、研磨剤の分析や積層造形用の金属粉末の特性評価などにおいて非常に重要であり、動的画像解析は、このようなアプリケーションに理想的です。粗大粒子が１つでもカメラで検出されると、結果にも反映されます。
最大320フレーム/秒の高速で大量の粒子を撮影することで、検出確率は非常に高くなります。この例では、異なる割合の粗大粒子が添加された金属粉末サンプルを分析しています。動的画像解析システム CAMSIZER X2 は、0.005 % の粗大粒子を検出しています。
金属粉サンプルの粗大粒子を確実に検出。金属粉は100μm以下、粗大粒子は200μm以上。表は粗大粒子の添加量とCAMSIZER X2で検出された粗大粒子の割合を示しています。
4. 再現性
動的画像解析式装置では多くの粒子を検出することができるため、再現性が非常に高いという利点があります。
このグラフは、50μmから1.5mmまでのサイズのガラスビーズの3種混合物を5回連続で測定したものです。
1回の測定にかかった時間は約2.5分で、1回の測定で500万個の粒子を検出しています。
動的画像解析の優れた再現性
5. レーザ回折・散乱式を補完する動的画像解析式装置
動的画像解析式装置は、約1μm以上の試料の測定に対応しています。より小さな粒子を測定したい場合は、 レーザー回折・散乱式装置が適しています。
レーザ回折・散乱式では粒子の形状に関する情報は得られず、粗大粒子の検出感度は低くなりますが、
マイクロトラックSYNCは、レーザ回折・散乱式と動的画像解析式を独自に補完する新しい測定装置です。
SYNCは、マイクロトラックの最先端レーザ回折・散乱式装置です。
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動的画像解析法 - FAQ
静的画像解析と動的画像解析の違いは何ですか？
静的画像解析（SIA, ISO 13322-1）では、顕微鏡のように粒子が静止した状態で粒子画像を撮像します。動的画像解析（DIA、ISO 13322-2）では、粒子の流れをカメラで撮影します。動的画像解析式では非常に短時間で多くの粒子を評価できるため、測定再現性と粗大粒子の検出確率は、動的画像解析式の方がはるかに優れています。
動的画像解析式装置は、ふるい分けの代わりになりますか？
動的画像解析式の大きな利点は、従来のふるい分けの結果と高いデータ一致性があることです。測定時間の短縮によりサンプルの処理能力が向上し、測定条件の設定により人為的なミスの影響を受け難いというメリットがあります。また、時間の掛るふるいの計量や洗浄が不要になります。
動的画像解析式の測定範囲はどのくらいですか？
動的画像解析の下限測定範囲は～0.8 µmで、検出可能な最大の粒子は～35 mmです。各動的画像解析システムの下限はカメラの解像度によって、上限は視野の大きさ（画像対角線の約1/3）によって決まります。1台の装置に2台のカメラを使用することで、下限と上限の間に最大10,000倍差の測定範囲を実現しています。
どのようなサンプルが動的画像解析式に適していますか？
動的画像解析は、さまざまなアプリケーションに適しています。日常的な品質管理や生産管理、また研究開発にも使用されます。医薬品、食品、肥料、砂、建材、プラスチックなど、粉体や顆粒状の製品を扱う多くの業界で使用されています。
動的画像解析による測定時間はどのくらいですか？
動的画像解析の高い画像取得率（60～320画像/秒、デバイスに依る）により、非常に短時間で多数の粒子を測定することが可能です。通常の測定時間は1～5分で、洗浄やメンテナンスの手間も非常に少なく済みます。