Evaluación cuantificadora con medición y análisis automáticos de las formas de partículas
Los materiales de partículas se utilizan en productos de muchas industrias. Para evaluar el rendimiento de las partículas y comprender sus propiedades físicas, es importante conocer no sólo sus diámetros, sino también sus formas. Para ello, es necesario medir cuantitativamente las formas de las partículas en los sitios de producción en los que se utilizan materiales particulados, a fin de gestionar adecuadamente la calidad y el rendimiento de los productos y los propios procesos de fabricación.
En esta sección se explican el propósito de medir las formas de las partículas y sus parámetros típicos. También presenta un ejemplo de uso de nuestro Microscopio Digital 4K para medir automáticamente las formas de las partículas.
- Objetivo de la medición de la forma de las partículas
- Parámetros de medición de la forma de las partículas
- Método de medición de la forma de las partículas
- Ejemplo de medición y análisis automáticos de formas de partículas
- Un Microscopio Digital 4K que cuantifica y acelera la medición y evaluación de la forma de las partículas
Objetivo de la medición de la forma de las partículas
Los campos de productos típicos a los que se dirige la medición de la forma de las partículas y las características físicas evaluadas por estas mediciones son los siguientes.
| Campo del producto | Característica física evaluada |
|---|---|
| Alimento |
• Textura |
| Productos farmacéuticos |
• Fluidez del polvo en el sistema de administración de fármacos (DDS) |
| Procesamiento y tratamiento del producto |
• Eficiencia de molienda de abrasivos (SiC, etc.), herramientas, etc. |
Parámetros de medición de la forma de las partículas
La circularidad es el parámetro típico para la medición de la forma de las partículas, pero también se utilizan comúnmente la relación de aspecto y el grado envolvente (convexidad y solidez). A continuación, se explican estos parámetros, importantes para medir y evaluar la forma de las partículas.
Circularidad
Este es el parámetro más utilizado en la medición de la forma de partículas. En general, expresa qué tan cerca está una partícula de una esfera perfecta. Un ejemplo de su uso es en la evaluación de la característica de abrasividad de las partículas abrasivas.
Suponiendo que S es el área proyectada y L es la circunferencia, este parámetro se calcula con la fórmula siguiente. Una circularidad de 1 indica una esfera perfecta. Cuanto más compleja sea la forma, menor será la circularidad (menos de 1).
Relación de aspecto y alargamiento
La relación de aspecto es la relación de las longitudes de dos de los siguientes ejes: X, Y y Z. Se utiliza para diferenciar entre las partículas que tienen diferentes dimensiones a lo largo de un eje, como las partículas con forma de aguja y de huevo, y entre las partículas esféricas y cuadradas.
Suponiendo que a es el diámetro del eje corto de la partícula y b es su diámetro del eje largo, se puede determinar esta relación (a/b). El alargamiento, que indica la longitud y la estrechez de la partícula, es 0 cuando la relación de aspecto es 1, como en el caso de los círculos y los cuadrados. El alargamiento se calcula con la fórmula siguiente.
Grado de envoltura
Este parámetro se utiliza cuando se detectan partículas agregadas y cuando se evalúa la rugosidad de la superficie. A veces, aunque las partículas reales tienen formas complicadas, la evaluación no requiere la forma detallada de cada partícula. El grado de envolvimiento facilita las evaluaciones simplificando un poco la forma circundante.
Para calcular este parámetro, se utiliza el perímetro envolvente, que se puede considerar como la longitud de una banda elástica alargada y estirada temporalmente alrededor del contorno de la partícula (perímetro de la partícula).
A partir de este perímetro envolvente, se pueden utilizar las siguientes fórmulas para calcular la convexidad y la solidez.
Cuanto más suave sea el contorno de la partícula, más se acercarán el grado de envolvimiento y la solidez a 1. Por el contrario, el grado de envolvimiento y la solidez son menores que 1 en el caso de las partículas primarias agregadas y las partículas con contornos rugosos.
En la siguiente sección se explicará cómo adquirir los valores medidos necesarios para calcular estos parámetros.
Método de medición de la forma de las partículas
El método general para medir las formas de las partículas, que son tridimensionales y complicadas, consiste en utilizar un análisis de imágenes que convierte una imagen con aumento de las partículas en un dibujo de proyección bidimensional.
La binarización (binarización 2D) es el procesamiento de imágenes que se aplica a la imagen de las partículas. Se adquieren los valores medidos de las formas de las partículas y se calculan las características de los parámetros necesarios para la evaluación extrayendo la información óptima para el análisis previsto.
¿Qué es la binarización?
Es el procesamiento que convierte una imagen que tiene múltiples tonos en una que tiene dos colores. Dentro del rango especificado, el valor de cada píxel se compara con los umbrales para clasificar el píxel en una de las dos categorías.
La aplicación de la binarización a una imagen permite extraer sólo la información necesaria de la parte requerida, lo que facilita y acelera la medición y el cálculo de la forma de las partículas.
Análisis de la imagen durante la medición de la forma de las partículas
En esta sección se utilizan la medición y el cálculo de la solidez, uno de los parámetros de medición de la forma de las partículas, para explicar el análisis de imágenes.
Este diagrama simple muestra un ejemplo de cómo encontrar la solidez realizando una binarización según los píxeles. El siguiente valor se puede calcular definiendo 13 píxeles de la imagen como el área de la partícula real y 25 píxeles de la imagen como el área del perímetro envolvente.
Siga leyendo para ver un ejemplo de aplicación de nuestro Microscopio Digital 4K, que realiza fácilmente una evaluación cuantitativa mediante la adquisición de imágenes 4K nítidas y la utilización de funciones inteligentes de medición y análisis automáticos.
Ejemplo de medición y análisis automáticos de formas de partículas
Para adquirir valores de medición precisos a partir de imágenes de partículas, primero es necesario capturar imágenes con aumento nítidas de las partículas con un microscopio en condiciones óptimas. También es necesario calcular parámetros altamente fiables midiendo de forma consistente las formas de las partículas, de las cuales hay muchas en el campo de visión.
Sin embargo, es extremadamente difícil determinar las condiciones y enfocar los objetos cuando se capturan imágenes de partículas, por lo que el operador debe ser muy competente y tener un alto nivel de habilidad técnica. Incluso para operadores muy experimentados, es difícil medir partículas superpuestas.
El Microscopio Digital 4K de ultra alta precisión Serie VHX de KEYENCE, está equipado con un sistema óptico avanzado y un hardware totalmente motorizado, lo que permite la adquisición de las imágenes nítidas necesarias para un análisis preciso de las partículas. El sistema de observación, que proporciona varias funciones accesibles con operaciones sencillas, apoya en gran medida el trabajo de análisis. La función que analiza automáticamente las imágenes 4K adquiridas permite realizar de forma fácil y rápida mediciones avanzadas, que tradicionalmente eran difíciles de realizar.
A continuación, se presenta un ejemplo del uso de la Serie VHX para adquirir imágenes con aumento nítidas de partículas y para medir y analizar automáticamente las formas de las partículas.
Automatización y optimización de la medición y el análisis de la forma de las partículas con un Microscopio Digital 4K
El Microscopio Digital 4K Serie VHX utiliza un sistema óptico, un sensor de imagen CMOS 4K y un sistema de observación original que combinan una alta resolución con una profundidad de campo al menos 20 veces mayor que la de los microscopios ópticos generales. Las imágenes 4K de alta precisión se pueden adquirir fácilmente, lo que evita la detección y la identificación erróneas y permite realizar mediciones y análisis precisos.
Aunque la determinación de las condiciones de iluminación solía requerir mucho tiempo, este requisito se puede reducir con la función de iluminación múltiple, que adquiere automáticamente los datos de múltiples imágenes capturadas bajo iluminación omnidireccional con sólo pulsar un botón. Basta con seleccionar visualmente la imagen que coincida con el propósito para iniciar rápidamente la observación y el análisis. Además, cuando se selecciona una imagen anterior, se reproducen completamente las condiciones utilizadas para capturar esa imagen, lo que permite realizar mediciones y análisis bajo las mismas condiciones incluso para una muestra diferente y un operador distinto.
La función de medición de área/conteo automáticos se puede utilizar para la medición y el análisis automáticos continuos de las partículas en el área seleccionada en la imagen adquirida. Esta función no sólo cuenta con precisión el número de partículas, sino que también mide y calcula automáticamente valores detallados a nivel submicrométrico, como la circularidad, el diámetro máximo, el diámetro mínimo, la convexidad y la solidez, así como su promedio, desviación estándar, valor máximo, valor mínimo y el total, y muestra estos valores en una lista.
Las aplicaciones incluyen el cálculo de la relación de aspecto a partir de la relación entre el diámetro máximo y el diámetro mínimo y la adquisición de la solidez de cada partícula con gran precisión mediante el uso de imágenes de alto contraste.
Un Microscopio Digital 4K que cuantifica y acelera la medición y evaluación de la forma de las partículas
El Microscopio Digital 4K Serie VHX cuantifica las evaluaciones al permitir la adquisición rápida y fluida de imágenes 4K nítidas y la medición y el análisis automáticos con operaciones sencillas.
Además, se puede instalar Excel directamente en el Serie VHX para crear automáticamente informes mediante la salida de valores e imágenes a plantillas. Este producto optimiza enormemente el trabajo de medición de partículas, ya que lleva a cabo sin problemas la serie de trabajos desde la obtención de imágenes con aumento y la medición/análisis de partículas hasta la creación de informes.
Para obtener más información o realizar consultas sobre la Serie VHX, que apoya fuertemente las mediciones de la forma de las partículas, haga clic en los botones a continuación.
