Die Dynamische Bildanalyse (DIA) ist eine moderne Methode zur Partikelanalyse von Größenverteilungen und Formparametern. Sie ermöglicht schnelle Analysen mit höchster Präzision und Reproduzierbarkeit über einen sehr weiten Messbereich. Mit dem bekannten CAMSIZER-System entwickelte Microtrac bereits vor über 20 Jahren sein erstes Bildanalysegerät und hat sich seitdem als Technologieführer etabliert.
In vielen Anwendungsbereichen sind Korngrößen- und Kornforminformationen wichtige Prozess- und Qualitätsindikatoren. Durch die dynamische Bildanalyse gemäß ISO 13322-2 ist es unmittelbar möglich, diese wichtigen Eigenschaften des Probengutes detailliert und repräsentativ zu analysieren.
Bei der dynamischen Bildanalyse wird ein Probenstrom erzeugt, welcher von einem Kamerasystem erfasst und analysiert wird. Die Partikel befinden sich während der Aufnahme also in Bewegung. In den meisten Fällen wird bei der dynamischen Bildanalyse der Partikelstrom von einer Seite von einer Lichtquelle beleuchtet und die Partikelbilder als Schattenprojektionen aufgezeichnet. Dabei bewegen sich die Partikel entweder im freien Fall (bei rieselfähigen Granulaten), in einer Flüssigkeit oder in einem Luftstrom, der bei agglomerierten Pulvern für eine Vereinzelung der Partikel sorgt.
Besonders bei der letzten Variante sind kurze Belichtungszeiten und hohe Aufnahmeraten erforderlich, um während der Messung genügend Partikeldetektionen zu erreichen und Bewegungsunschärfe zu verhindern. Eine Partikelmessung mit dynamischer Bildanalyse dauert üblicherweise 1-5 Minuten und erfasst je nach Probe in der Regel einige zehntausend bis viele Millionen Partikel.
Dynamische Bildanalyse - Funktionsprinzip
Der entscheidende Unterschied zwischen statischer und dynamischer Bildanalyse liegt darin, dass sich bei der statischen Bildanalyse, ähnlich wie z. B. bei einem Mikroskop, die Partikel auf einem Träger befinden und während der Aufnahme nicht relativ zur Kamera bewegen.
Die statische Bildanalyse (ISO 13322-1) wird eher für enge Größenverteilungen verwendet, wobei der Schwerpunkt auf der genauen Charakterisierung von sehr feinen Partikeln liegt. Diese Methode bietet eine hohe Auflösung und liefert exzellente Partikelaufnahmen, die eine Größen- und Formbeschreibung von höchster Genauigkeit ermöglichen. Die statische Bildanalyse wird tendenziell eher im Bereich Forschung und Entwicklung eingesetzt.
Die Dynamische Bildanalyse ist andererseits ideal für die routinemäßige Charakterisierung von Schüttgütern, Pulvern, Granulaten und Suspensionen geeignet. Diese Methode zeichnet sich durch hohen Probendurchsatz, geringe Fehleranfälligkeit und hervorragende Reproduzierbarkeit aus.
Typisches Kalibrierobjekt für ein CAMSIZER-System
Bei der Messung sind zwei Kameras aktiv: die Basic-Kamera (rot) analysiert die großen Partikel, die Zoom-Kamera (blau) analysiert die kleinen Partikel. Somit werden für alle Partikelgrößen optimale Messbedingungen erreicht.
Perfekte Übereinstimmung von Siebanalyse und CAMSIZER P4-Resultaten, am Beispiel von granulierten Düngemitteln.
Dynamische Bildanalyse lässt sich auch für viele Anwendungen als Online Mess-System direkt in den Prozess integrieren.
Die Robustheit der Geräte erlaubt den Einsatz in produktionsnahen Umgebungen: Staub, Vibration und Temperaturschwankungen beeinträchtigen die Messung nicht. Über einen automatischen Probenehmer wird dem Messgerät kontinuierlich Material zugeführt.
Änderungen im Prozess oder in der Produktqualität können so praktisch in Echtzeit erkannt werden.
Nebenstehendes Bild zeigt ein System von Microtrac im Online-Betrieb einer Düngemittelfabrik.
Komplett automatisierte dynamische Bildanalyse als Online-System.
Für viele Fragestellungen in der Partikelmesstechnik ist der sichere Nachweis von Überkorn entscheidend, z.B. bei der Analyse von Schleifmitteln oder der Charakterisierung von Metallpulvern für die additive Fertigung. Auch für solche Anwendungen ist die dynamische Bildanalyse hervorragend geeignet. Da es sich um ein Einzelpartikel-Messverfahren handelt, wird das Überkorn, wenn es von der Kamera erfasst wird, auch im Ergebnis repräsentiert sein.
Die Detektionswahrscheinlichkeit ist dank der hohen Aufnahmerate von bis zu 320 Bildern pro Sekunde und der großen Anzahl an aufgenommenen Partikeln extrem hoch. Bei einigen Anwendungen lässt sich sogar eine 100 % Nachweisgenauigkeit garantieren. Das Beispiel (Abb. 5) zeigt die Analysen einer Metallpulver-Probe der Unterschiedliche Anteile an Überkorn hinzugemischt wurden. Das dynamische Bildanalysesystem CAMSIZER X2 erkennt sogar noch 0.005 % Anteil an großen Partikeln!
Sichere Detektion geringster Mengen Überkorn in einer Metallpulver-Probe: Das Metallpulver ist kleiner 100 µm, das Überkorn 200 µm. Die Tabelle zeigt, wie viel Überkorn beigemischt wurde und wieviel der CAMSIZER erkannt hat.
Die große Anzahl an Partikeldetektionen bei der dynamischen Bildanalyse bringt einen weiteren Vorteil: es wird eine überaus gute Wiederholbarkeit der Ergebnisse erreicht.
Die Grafik zeigt fünf aufeinanderfolgende Messungen eines 3-modalen Gemisches von Glasperlen in einem Größenbereich von 50 μm bis 1,5 mm. Jede Messung dauerte ca. 2,5 Minuten, bei 5 Millionen erfassten Partikeln pro Messung.
Mit dynamischer Bildanalyse lässt sich exzellente Wiederholbarkeit erzielen
Dynamische Bildanalyse ist einsetzbar für Proben ab ca. 1 µm. Wenn auch kleinere Partikel enthalten sind, ist die Laserbeugung die Methode der Wahl. Allerdings lassen sich mit dieser Technik keine Informationen über die Kornform gewinnen und auch der Nachweis von Überkorn ist wesentlich weniger empfindlich.
Aus diesem Grund wurde mit dem SYNC ein neuartiges Messgerät entwickelt, dass Laserbeugung mit dynamischer Bildanalyse auf einzigartige Weise ergänzt.
Aktuell ist der Microtrac SYNC der modernste Laserbeugungs-Analysator im Produktprogramm.
Microtrac bietet eine große Auswahl an Geräten für die dynamische Bildanalyse.
Unser Expertenteam berät Sie gerne zu Ihrer Applikation und über unser Produktprogramm.
Bei der statischen Bildanalyse (ISO 13322-1) befinden sich die Partikel bei der Bildaufnahme in Ruhe, ähnlich wie bei einem Mikroskop. Bei der dynamischen Bildanalyse (ISO 13322-2) wird ein Partikelstrom von einem Kamerasystem erfasst. Die statische Methode produziert detaillierte Aufnahmen weniger Partikel, wo hingegen die dynamische Bildanalyse sehr viele Messereignisse (Partikel) in sehr kurzer Zeit auswerten kann. Dies hat zur Folge, dass Wiederholbarkeit und Nachweis von Überkorn bei der dynamischen Bildanalyse deutlich besser sind.
Ein großer Vorteil der dynamischen Bildanalyse ist die Kompatibilität der Ergebnisse mit denen traditionellen Siebanalyse. Anwender profitieren von der kürzeren Messzeit und damit höherem Probendurchsatz, der weitgehenden Automatisierbarkeit (z. B. Online-Anbindung) und somit geringeren Fehleranfälligkeit. Die Aufwändige Reinigung und Auswertung entfällt bei der dynamischen Bildanalyse.
Die untere Messbereichsgrenze für dynamischer Bildanalyse liegt bei ~0,8 µm, die größten Partikel bei ~135 mm. Die untere Grenze jedes dynamischen Bildanalysesystems ist durch die Auflösung der Kameras (Abbildungsmaßstab) begrenzt, die Obergrenze durch die Größe des Bildfensters (ca. 1/3 der Bilddiagonalen). Durch die Verwendung von zwei Kameras mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben in einem Gerät lassen sich mit dynamischer Bildanalyse Messbereiche mit einem Faktor von bis zu 10 000 zwischen unterer und oberer Grenze erzielen.
Dynamische Bildanalyse bietet eine große Bandbreite an verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten. Sowohl für routinemäßige Qualitätskontrolle und Produktionsüberwachung als auch für F&E Aufgaben wird die Methode eingesetzt. Viele Branchen nutzen bereits die Vorteile der dynamischen Bildanalyse. z. B. für pharmazeutische Produkte, Lebensmittel, Düngemittel, Sand, Baustoffe, Kunststoffe und überall dort, wo mit pulverförmigen Produkten oder Granulaten gearbeitet wird.
Dank der hohen Bildaufnahmerate von 60 – 320 Bildern pro Sekunde (geräteabhängig), wird in sehr kurzer Zeit eine große Zahl an Partikeln erfasst. So wird schnell ein aussagekräftiges Ergebnis erzielt. Üblicherweise liegen die Messzeiten bei der dynamischen Bildanalyse bei 1 -5 Minuten. Da die Messung berührungslos erfolgt, ist der Reinigungs- und Wartungsaufwand sehr gering.
