Zur Charakterisierung, Qualitätsüberprüfung, Produktionssteuerung und Optimierung einer vielzahl industrieller Güter und Prozesse ist die Kenntnis von Partikelgröße und Partikelform von entscheidender Bedeutung. Diese Eigenschaften beeinflussen in hohem Maße das Verhalten eines Feststoffes. Schon beim Gewinnungsprozess muss eine bestimmte Partikelgröße erreicht werden, um eine reibungslose Weiterverarbeitung und die angestrebten Qualitätsmerkmale des Endproduktes zu erzielen. Aufgrund wachsender Qualitätsanforderungen müssen diese Merkmale von Schüttgütern immer häufiger, reproduzierbarer und quantitativ exakter ermittelt werden. Dabei stößt die traditionelle Siebanalyse wegen ihres hohen Zeitaufwandes und ihres geringen Auflösungsvermögens zunehmend an ihre Grenzen. Zudem beinhaltet sie Nachteile, wie z.B. die Ungenauigkeiten der Siebmaschenweiten, die aufwendige Reinigung und den Ersatz beschädigter Siebe.
Daher werden Siebanalysen immer häufiger durch optische Messverfahren ersetzt. Thema dieser Arbeit ist die Untersuchung und Weiterentwicklung eines optischen Partikelmessgerätes, des Camsizer, dessen Messprinzip auf der Technik der digitalen Bildverarbeitung beruht.
Die Siebanalyse ist traditionell immer noch die häufigste Methode der Partikelgrößencharakterisierung der Anwender. Um diesen das Umsteigen auf neuere Verfahren zu erleichtern, wird angestrebt, die Messergebnisse von Siebanalyse und optischen Verfahren vergleichbar zu gestalten. Deswegen wird das neue optische Verfahren der Möglichkeit der Partikelcharakterisierung mittels Siebanalyse kritisch gegenübergestellt, wobei auch die Möglichkeit einer Siebungssimulation mit digitaler Bildverarbeitung erörtert wird.
Ein weiteres Thema dieser Untersuchung ist das Entwickeln einer neuen Software-Edition, die die Möglichkeiten der Korngrößen- und Kornformanalyse nach Kundenanforderungen stark erweitert.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Unternehmensportrait
3. Grundlagen disperser Systeme
3.1 Statistische Längen und Partikelgröße
3.2 Größenverteilungen von Partikelkollektiven
3.2.1 Die Verteilungssumme Qr
3.2.2 Die Verteilungsdichte qr
3.2.3 Die Fraktionen pr
3.2.4 Anzahl- vs. Volumenverteilung
3.2.5 Spezielle Verteilungen
3.3 Formkenngrößen
3.3.1 Sphärizität (SPHT)
3.3.2 Prozentualer Anteil nichtsphärischer Partikeln NSP
4. Probenahme und Probenteilung
4.1 Probenahme
4.2 Probenteilung
5. Partikelcharakterisierung nach dem Stand der Technik
5.1 Siebanalyse
6. Probleme der Praxis, Wünsche der Hersteller
6.1 Die Kornform
6.2 Bestimmung der Kornform
7. Digitale Bildverarbeitung
7.1 Einführung
7.2 Partikelmessgerät Camsizer
7.2.1 Software
8. Messreihen Standard Camsizer-Software
8.1 Reproduzierbarkeit
8.2 Vergleich der Camsizer-Messergebnisse mit denen der Siebanalyse
8.3 Überlagerungen der Partikelprojektionen
8.4 Grafische Darstellung der Messergebnisse
9. Messreihen neue Camsizer-Software
9.1 Möglichkeiten und Grenzen
9.2 Messungen
9.2.1 Breitenmessung
9.2.2 Messen von Längen
9.2.3 Bestimmen der geringsten Partikelausdehnung durch Messen der kleinsten maximalen Sehne
9.2.4 Darstellung der Kornform, Kenngrößen
9.2.4.1 Sphärizität
9.2.4.2 Verhältnisse von Breiten und Längen
9.2.5 Anwendungen aus der Praxis
10. Ergebnisse der Versuchsreihen
10.1 Standard Camsizer-Software
10.2 Neue Camsizer-Software
11. Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht das Partikelmessgerät Camsizer mit dem Ziel, dessen Leistungsfähigkeit im Vergleich zur traditionellen Siebanalyse zu evaluieren und durch eine neue Software-Edition eine präzisere Partikelcharakterisierung sowie eine bessere Vergleichbarkeit der Verfahren zu ermöglichen.
- Untersuchung von Partikelgröße und -form zur Qualitätsoptimierung.
- Kritische Gegenüberstellung von digitaler Bildverarbeitung und Siebanalyse.
- Optimierung der Software zur Bestimmung statistischer Längen und Kornformparameter.
- Simulationsmöglichkeiten der Siebanalyse mittels digitaler Bildverarbeitung.
- Analyse der Einflüsse von Materialeigenschaften auf die Messgenauigkeit.
Auszug aus dem Buch
9.2.3 Bestimmen der geringsten Partikelausdehnung durch Messen der kleinsten maximalen Sehne
Die Ergebnisse optischer Messverfahren, hier die der digitalen Bildverarbeitung, weichen oft von den Resultaten einer traditionellen Siebanalyse ab. Die Siebanalyse ist jedoch häufig die gemeinsame Basis für die Kommunikation zwischen Lieferanten und Kunden. Um dem Anwender einen Wechsel zum Camsizer-Messsystem zu erleichtern, enthält die Camsizer Software einen Algorithmus zur Angleichung an andere Messverfahren (z.B. Siebung). Dazu muss allerdings das Ergebnis der Siebanalyse mindestens einmal eingegeben werden. Die Software passt dann die Messergebnisse automatisch dem Ergebnis der Siebanalyse an.
Da außerdem durch diese Anpassung das vertrauenswürdige Messergebnis des Camsizer, dass eine gute Statistik aufgrund einer hohen Anzahl von Partikeldetektionen beinhaltet, verfälscht wird, wurde der Versuch unternommen, schon durch Messung die Ergebnisse der Siebanalyse zu erhalten, so dass eine nachträgliche Anpassung überflüssig und das Camsizer-System auch für „Sieber“ interessant wird.
Dazu werden die Partikeln in 2-256 Richtungen „vermessen“ und, wenn z.B. möglichst die Ergebnisse einer Siebanalyse erhalten werden sollen, die kleinste der maximalen Sehnen (von 2-256) jeder Partikel auf der Abszisse aufgetragen. Da die Partikeln bei der Siebanalyse bevorzugt mit ihrer kleinsten Ausdehnung durch die Siebmaschen fallen (längliche Partikeln stellen sich durch die Rüttelbewegungen der Siebmaschine auf) liefert die zuvor beschriebene Methode gute Ergebnisse (siehe Abb. 9.2.3.1).
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Beschreibt die Relevanz der Partikelcharakterisierung für industrielle Prozesse und die Limitationen der traditionellen Siebanalyse.
2. Unternehmensportrait: Stellt die Firma Retsch vor und erläutert die Entwicklung des Camsizer-Systems.
3. Grundlagen disperser Systeme: Definiert wichtige Parameter wie Partikelgröße, statistische Längen, Verteilungsfunktionen und Formkenngrößen wie die Sphärizität.
4. Probenahme und Probenteilung: Erläutert die Bedeutung einer repräsentativen Probenahme und den Einsatz von Rotationsprobenteilern.
5. Partikelcharakterisierung nach dem Stand der Technik: Analysiert die Siebanalyse als Standardmethode und die verschiedenen physikalischen Einflussfaktoren auf das Messergebnis.
6. Probleme der Praxis, Wünsche der Hersteller: Verdeutlicht die Bedeutung der Kornform für unterschiedliche Industriebereiche und die Notwendigkeit ihrer Bestimmung.
7. Digitale Bildverarbeitung: Erklärt die technischen Grundlagen der Bildanalyse und den Aufbau des Camsizer-Geräts.
8. Messreihen Standard Camsizer-Software: Präsentiert Ergebnisse zur Reproduzierbarkeit und zum Vergleich der Camsizer-Messungen mit Siebergebnissen.
9. Messreihen neue Camsizer-Software: Untersucht die neuen Möglichkeiten der Software, insbesondere die direkte Messung von Breiten, Längen und komplexen Kenngrößen.
10. Ergebnisse der Versuchsreihen: Fasst die Leistungsfähigkeit beider Softwaresysteme zusammen und stellt Vor- und Nachteile der Messverfahren gegenüber.
11. Ausblick: Identifiziert zukünftiges Potenzial, wie den Einsatz höher auflösender Kameras und mathematischer Ausgleichsalgorithmen zur Korrektur der Partikellagen.
Schlüsselwörter
Partikelmesstechnik, Camsizer, digitale Bildverarbeitung, Siebanalyse, Kornform, Sphärizität, Partikelgröße, Korngrößenverteilung, Probenahme, statistische Längen, Qualitätsprüfung, Verfahrenstechnik, Messgenauigkeit, Schüttgüter, Siebungssimulation.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundlegend?
Die Diplomarbeit untersucht und optimiert das optische Partikelmessgerät Camsizer, um eine präzise Partikelcharakterisierung zu gewährleisten, die mit den Ergebnissen der traditionellen Siebanalyse vergleichbar ist.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die Schwerpunkte liegen auf den Grundlagen disperser Systeme, den technischen Aspekten der Bildverarbeitung, der Partikelformbestimmung und der statistischen Auswertung von Messreihen.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, die Messungen des Camsizer an die Ergebnisse der Siebanalyse anzugleichen und durch eine neue Software-Edition die Analyse von Kornform und statistischen Längen zu erweitern.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es kommen experimentelle Messreihen zum Einsatz, bei denen verschiedene Probenmaterialien mit dem Camsizer und der Siebanalyse untersucht und statistisch gegenübergestellt werden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst theoretische Grundlagen, die methodische Analyse bestehender Siebverfahren, die Funktionsweise der Bildverarbeitung im Camsizer sowie umfangreiche Messreihen zur Validierung der neuen Software-Funktionen.
Welche Begriffe charakterisieren die Arbeit am besten?
Wichtige Begriffe sind Partikelmesstechnik, Kornformbestimmung, Siebungssimulation, Sphärizität und statistische Partikelgrößen.
Warum ist die Kornform für die Industrie wichtig?
Die Kornform beeinflusst maßgeblich Eigenschaften wie Schüttdichte, Fließverhalten, Bruchlast und Lösungsgeschwindigkeit, was besonders für die Baustoff- und Schleifmittelindustrie entscheidend ist.
Welchen Vorteil bietet die neue Software-Edition?
Sie ermöglicht eine verbesserte direkte Messung statistischer Größen wie Feret-Durchmesser und kleinste maximale Sehnen, was eine genauere Annäherung an Siebergebnisse erlaubt.
Warum entstehen bei der Messung von Längen Unsicherheiten?
Da sich die Partikel beim Camsizer in freier Bewegung befinden, nehmen sie zufällige Lagen ein, was die Messung der exakten geometrischen Länge (Feret-Durchmesser) erschwert.
Können Agglomerate das Messergebnis beeinflussen?
Ja, Agglomerate können dazu führen, dass Partikel größer gemessen werden als sie tatsächlich sind, da mehrere Partikel in der Bildprojektion als ein einzelnes Teilchen erkannt werden können.
- Quote paper
- Christian Scholl (Author), 2001, Untersuchungen zur Weiterentwicklung von optischen Partikelmessgeräten, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/185774
