Quantificazione della valutazione con la misurazione e l'analisi automatica delle forme delle particelle
I materiali particellari vengono utilizzati in molti settori industriali. Per valutare le prestazioni delle particelle e comprenderne le proprietà fisiche, è importante conoscere non solo il loro diametro, ma anche la loro forma. Per farlo, è necessario misurare quantitativamente le forme delle particelle nei siti di produzione in cui vengono utilizzati materiali particellari, in modo da gestire in modo appropriato la qualità e le prestazioni dei prodotti e degli stessi processi di produzione.
Questa sezione spiega lo scopo della misurazione delle forme delle particelle e i loro parametri tipici. Viene inoltre presentato un esempio di utilizzo del nostro microscopio digitale 4K per misurare automaticamente le forme delle particelle.
- Scopo della misurazione delle forme delle particelle
- Parametri di misurazione della forma delle particelle
- Metodo di misurazione della forma delle particelle
- Esempio di misurazione e analisi automatica delle forme delle particelle
- Un microscopio digitale 4K che quantifica e velocizza la misurazione e la valutazione della forma delle particelle
Scopo della misurazione delle forme delle particelle
I campi di prodotto tipici per la misurazione della forma delle particelle e le caratteristiche fisiche valutate da queste misure sono i seguenti.
| Campo del prodotto | Caratteristica fisica valutata |
|---|---|
| Alimentari |
• Texture |
| Prodotti farmaceutici |
• Fluidità della polvere nel sistema di rilascio del farmaco (DDS) |
| Lavorazione e trattamento dei prodotti |
• Efficienza di rettifica degli abrasivi (SiC, ecc.), utensili, ecc. |
Parametri di misurazione della forma delle particelle
La circolarità è il parametro tipico per la misurazione della forma delle particelle, ma vengono comunemente utilizzati anche il rapporto d'aspetto e il grado di avvolgimento (convessità e solidità). Questi parametri, importanti per la misurazione e la valutazione delle forme delle particelle, sono spiegati di seguito.
Circolarità
È il parametro più comunemente utilizzato nella misurazione della forma delle particelle. In generale, esprime quanto una particella sia vicina a una sfera perfetta. Un esempio del suo utilizzo è la valutazione delle caratteristiche di abrasività delle particelle abrasive.
Assumendo che S sia l'area proiettata e L la circonferenza, questo parametro viene calcolato con la formula seguente. Una circolarità pari a 1 indica una sfera perfetta. Più la forma è complessa, più la circolarità diventa minore (inferiore a 1).
Rapporto d'aspetto ed elongazione
Il rapporto d'aspetto è il rapporto tra le lunghezze di due dei seguenti assi: X, Y e Z. Viene utilizzato per distinguere tra particelle di dimensioni diverse lungo un asse, come le particelle a forma di ago e di uovo, e tra particelle sferiche e quadrate.
Assumendo che a sia il diametro dell'asse corto della particella e b quello dell'asse lungo, è possibile determinare questo rapporto (a/b). L'elongazione, che indica la lunghezza e la ristrettezza della particella, è pari a 0 quando il rapporto d'aspetto è 1, come nel caso di cerchi e quadrati. L'elongazione viene calcolata con la formula seguente.
Grado di inviluppo
Questo parametro viene utilizzato per rilevare le particelle aggregate e per valutare la rugosità della superficie. A volte, anche se le particelle reali presentano forme complesse, la valutazione non richiede la forma dettagliata di ciascuna particella. Il grado di inviluppo facilita le valutazioni semplificando in qualche modo la forma circostante.
Per calcolare questo parametro, si utilizza il perimetro di inviluppo, che può essere considerato come la lunghezza di un elastico allungato temporaneamente teso intorno al contorno della particella (perimetro della particella).
A partire da questo perimetro di inviluppo, è possibile utilizzare le seguenti formule per calcolare la convessità e la solidità.
Quanto più liscio è il contorno della particella, tanto più vicini sono il grado di inviluppo e la solidità. D'altra parte, il grado di inviluppo e la solidità sono inferiori a 1 nel caso di particelle primarie aggregate e di particelle con contorni irregolari.
La prossima sezione spiega come acquisire i valori di misura necessari per calcolare questi parametri.
Metodo di misurazione della forma delle particelle
Il metodo generale per misurare le forme delle particelle, che sono tridimensionali e complesse, consiste nell'utilizzare l'analisi delle immagini che converte un'immagine ingrandita delle particelle in un disegno in proiezione bidimensionale.
La binarizzazione (binarizzazione 2D) è l'elaborazione dell'immagine applicata all'immagine delle particelle. Vengono acquisiti i valori misurati delle forme delle particelle e vengono calcolate le caratteristiche dei parametri necessari per la valutazione estraendo le informazioni ottimali per l'analisi prevista.
Che cos'è la binarizzazione?
È un'elaborazione che converte un'immagine con più sfumature in una con due colori. All'interno dell'intervallo specificato, il valore di ciascun pixel viene confrontato con le soglie per ordinare il pixel in una delle due categorie.
L'applicazione della binarizzazione a un'immagine permette di estrarre solo le informazioni necessarie dalla parte richiesta, consentendo così di misurare e calcolare la forma delle particelle in modo più semplice e rapido.
Analisi dell'immagine durante la misurazione della forma delle particelle
Questa sezione utilizza la misurazione e il calcolo della solidità, uno dei parametri di misurazione della forma delle particelle, per spiegare l'analisi delle immagini.
Questo semplice diagramma mostra un esempio di individuazione della solidità eseguendo la binarizzazione in base ai pixel. Il valore seguente può essere calcolato definendo 13 pixel dell'immagine come area della particella vera e propria e 25 pixel dell'immagine come area del perimetro di inviluppo.
Continua a leggere per vedere un esempio di applicazione del nostro microscopio digitale 4K, che realizza facilmente una valutazione quantitativa acquisendo immagini chiare e in 4K utilizzando funzioni di misurazione e analisi automatiche intelligenti.
Esempio di misurazione e analisi automatica delle forme delle particelle
Per acquisire valori di misura accurati da immagini di particelle, è necessario innanzitutto acquisire immagini chiare e ingrandite delle particelle con un microscopio in condizioni ottimali. È inoltre necessario calcolare parametri altamente affidabili misurando costantemente le forme delle particelle, che sono numerose nel campo visivo.
Tuttavia, è estremamente difficile determinare le condizioni e mettere a fuoco gli obiettivi quando si acquisiscono immagini di particelle, quindi l'operatore deve essere molto esperto e avere un alto livello di abilità tecnica. Anche per gli operatori più esperti è difficile misurare le particelle che si sovrappongono.
Il microscopio digitale ad altissima precisione 4K Serie VHX di KEYENCE è dotato di un sistema ottico avanzato e di un hardware completamente motorizzato, che consente di acquisire le immagini chiare necessarie per un'analisi accurata delle particelle. Il sistema di osservazione, che offre diverse funzioni accessibili con semplici operazioni, supporta fortemente il lavoro di analisi. La funzione che analizza automaticamente le immagini 4K acquisite consente di effettuare misure avanzate, tradizionalmente difficili da eseguire, in modo semplice e rapido.
Di seguito viene presentato un esempio di utilizzo della Serie VHX per acquisire immagini chiare e ingrandite delle particelle e per misurare e analizzare automaticamente le forme delle particelle.
Automatizzazione e ottimizzazione della misurazione e dell'analisi della forma delle particelle con un microscopio digitale 4K
Il microscopio digitale 4K della Serie VHX sfrutta un sistema ottico, un sensore immagini CMOS 4K e un sistema di osservazione originale che combinano l'alta risoluzione con una profondità di campo almeno 20 volte superiore a quella dei microscopi ottici generici. È possibile acquisire facilmente immagini 4K di alta precisione, evitando falsi rilevamenti e identificazioni errate e consentendo quindi misurazioni e analisi accurate.
Se la determinazione delle condizioni di illuminazione richiedeva molto tempo, questo requisito può essere ridotto con la funzione Illuminazione multiangolare, che acquisisce automaticamente i dati di più immagini catturate con l’illuminazione omnidirezionale semplicemente premendo un pulsante. È sufficiente selezionare visivamente l'immagine interessata per avviare rapidamente l'osservazione e l'analisi. Inoltre, quando si seleziona un'immagine passata, le condizioni utilizzate per catturarla vengono riprodotte integralmente, consentendo la misurazione e l'analisi nelle stesse condizioni anche con un campione diverso e un operatore diverso.
La funzione di conteggio e misurazione automatica dell’area può essere utilizzata per misurare e analizzare automaticamente le particelle nell'area selezionata nell'immagine acquisita. Questa funzione non solo conta accuratamente il numero di particelle, ma misura e calcola automaticamente valori dettagliati di meno di un micron come circolarità, diametro massimo, diametro minimo, convessità e solidità, oltre a media, deviazione standard, valore massimo, valore minimo e totale e li mostra in un elenco.
Le applicazioni includono il calcolo del rapporto d'aspetto dal rapporto tra il diametro massimo e il diametro minimo e l'acquisizione della solidità di ciascuna particella con elevata precisione utilizzando immagini ad alto contrasto.
Un microscopio digitale 4K che quantifica e velocizza la misurazione e la valutazione della forma delle particelle
Il microscopio digitale 4K della Serie VHX quantifica le valutazioni consentendo l'acquisizione fluida e rapida di immagini chiare e in 4K e la misurazione e l'analisi automatiche con semplici operazioni.
Inoltre, Excel può essere installato direttamente sulla Serie VHX per creare automaticamente i report esportando valori e immagini nei modelli. Questo prodotto ottimizza notevolmente il lavoro di misurazione delle particelle, dall'imaging ingrandito alla misurazione/analisi delle particelle, fino alla creazione dei report.
Per ulteriori informazioni o domande sulla Serie VHX, particolarmente utile nella misurazione della forma delle particelle, fare clic sui pulsanti sottostanti.
