3D-Form-Analyse Qualitätsvorsprung dank 3D-Form-Analyse

Autor / Redakteur: Robert Waggeling / Wolfgang Geisler

Eine gleichmäßig hohe Produktqualität bedingt im Allgemeinen eine genaue Überwachung des Produktionsprozesses. Mit dem hier vorgestellten Gerät werden Partikel in allen drei Dimensionen erfasst.

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Die wichtigsten Elemente des PartAn 3001 L (Bild: Microtrac Europe)
Die wichtigsten Elemente des PartAn 3001 L (Bild: Microtrac Europe)

Im Rahmen der physikalischen Produktbeurteilung wird neben der Ermittlung der Partikelgrößenverteilung zunehmend die Partikelform als wichtiges Qualitätskriterium zu Grunde gelegt. Viele photo-optische Messmethoden können die entsprechenden Qualitätsanforderungen nur zum Teil erfüllen. Sie bieten in der Regel nur Teilinformationen zur Größenverteilung und unterliegen in Abhängigkeit der verwendeten Methode durchaus auch systematischen Fehlern.

In der hier beschriebenen Aufgabenstellung geht es um die Analyse der Partikelform und Größe mit maximaler Sicherheit im Vergleich der 2D- zur 3D-Partikelanalyse. Mittels der PartAn-3D-Partikelanalyse werden die frei fallenden Partikel mehrfach in unterschiedlichen Orientierungen aufgenommen und gemessen.

Bildergalerie

Der Messvorgang

Das rechnergesteuerte Messsystem startet die Dosierung (2) aus dem Trichter (1) und sorgt für einen kontinuierlichen, konzentrationsgeregelten Partikelstrom. Die Partikel fallen vereinzelt durch den Messschacht (3) und erzeugen kontrastreiche Schattenbilder zwischen Lichtquelle (4) und hochauflösender Kamera (5). Aufgrund der sehr kurzen Belichtungszeiten erhält man Bildinformationen für die Mehrfach-Auswertung jedes einzelnen Partikels in Echtzeit. Die Messergebnisentwicklung und aktuelle Produktbilder können während der Messung am Bildschirm beobachtet, die Rohdaten vom Anwender nach unterschiedlichsten Gesichtspunkten ausgewertet und als Endergebnisse gespeichert werden. Während der Messung können auch Bilder oder Bildserien gespeichert und quasi als Rückstellproben zur Dokumentation oder auch für spätere Auswertungen verwendet werden.

Die Einzelbilder in der obigen Abbildung zeigen Mehrfachaufnahmen von Münzen. Jede Münze wurde im freien Fall in unterschiedlichen Lagen aufgenommen und in Echtzeit gemessen. Anhand dieser Bilder kann man deutlich erkennen, dass jede Münze sich individuell dreht, sodass man nicht von einem fixen Punkt ausgehen kann, an dem man die Münze mit einem Bild zum kleinsten oder größten Durchmesser ablichten kann. Es bedarf der 3D-Erfassung, um ein komplettes Bild für jedes einzelne Partikel zu bekommen.

Verfahrensvergleich

Das rechte Bild auf der nächsten Seite zeigt die Unterschiede der Längenmessung mit dem 2D- gegen das 3D-Verfahren anhand von Reiskörnen. Der PartAn 3001L analysiert die Reiskörner mit 100 Bildern je Sekunde im 3D-Verfahren. Herkömmliche dynamische Bildanalyseverfahren arbeiten im Bereich von etwa 15 Bildern bis hin zu 250 Bildern je Sekunde, jedoch ohne das patentierte 3D-PartAn-Messverfahren.

Die grüne und rote Kurve in der Messkurve zeigen die Ergebnisse der 2D-Längenmessung. Hier zeigt sich dass aufgrund der Mittelung der gesamt gemessenen Partikelanzahl die Länge viel zu klein angezeigt wird.

Bei einer Betrachtung der Partikelbreite kehrte sich dieser Effekt um. Die sehr genaue 3D-Messung zeigt die exakte Breitenverteilung der Reiskörner, während die 2D-Analyse die gemittelten Werte gröber als die tatsächliche Partikelbreite wiederspiegelt .

Das hier vorgestellte Multi Image Verfahren bietet dem Anwender folgende Vorteile:

  • präzise Informationen zur Partikelgröße;
  • präzise Informationen zur Partikelform;
  • präzise Informationen zur Partikelstruktur;
  • Filter-, Sortier- und Klassierfunktion für Partikel unterschiedlicher Form;
  • Filter- und Sortierfunktion Länge/Breite;
  • physikalisch sinnvoller Ergebnisvergleich mit z.B. Siebergebnissen ohne Anpassungsfunktionen;
  • Ergebnisse konform ISO 9276-6 und ISO 13322-2.

Fazit

Das PartAn-3D-Messverfahren zeigt eine signifikante Verbesserung zu den bisher am Markt eingesetzten 2D-Messverfahren bei gleicher Messzeit. Der Anwender erhält mehr und exaktere Informationen, ohne mehr Aufwand betreiben zu müssen.

* Der Autor ist Vertriebsleiter Partikelgrößen und -formanalyse bei Microtrac Europe, Meerbusch.

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