Pour l’assurance qualité comme pour la prédiction du comportement des matériaux, la caractérisation précise des particules est essentielle. Or, celles-ci peuvent varier considérablement en termes de forme et d’origine, qu’il s’agisse de poudre, de liquide, de comprimés, de sable, de microplastiques ou de pigments.
Pour analyser cette diversité, les laboratoires doivent trouver un équilibre entre précision, efficacité et exigences pratiques. La précision et la reproductibilité sont particulièrement importantes, car même les plus petits écarts dans la répartition des tailles de particules – souvent de l’ordre du micron ou du nanomètre – peuvent avoir des conséquences considérables sur les propriétés des matériaux. En même temps, le débit élevé dans les environnements de production exige une analyse rapide de nombreux échantillons, sans détériorer la qualité de mesure.
L’analyse dynamique des images (DIA) permet d’enregistrer en temps réel un grand nombre de paramètres pour déterminer la taille et la forme des particules. « Les particules sont saisies pendant leur passage dans une cellule de mesure au moyen de caméras à haute vitesse ou d’autres capteurs d’imagerie, puis analysées à l’aide d’un logiciel », indique Christian Moitzi, Research & Development chez Anton Paar, entreprise autrichienne spécialisée dans la caractérisation des particules qui a recours à cette technologie innovante avec un dispositif équipé de la caméra ultrarapide uEye Warp10 de IDS Imaging Development Systems.
« Avec la série Litesizer DIA, la taille et la forme des particules peuvent être caractérisées de manière simple et fiable grâce à l’analyse directe des images. L’appareil le plus performant de la série, le Litesizer DIA 700, permet de mesurer des particules de 0,5 micromètre à 16 millimètres », souligne Christian Moitzi. Des milliers, voire des millions de particules peuvent être visualisées en quelques secondes pendant une mesure. Grâce à la haute fréquence d’acquisition des images et à la transmission rapide des données, il est possible de visualiser un nombre inégalé de particules avec une analyse en temps réel.
1 million de particules pour les erreurs inférieures à 1 %
« Tout commence par la préparation d’un échantillon représentatif. Cet échantillon peut être composé de différents matériaux, par exemple des poudres, des granulés, des suspensions ou même des préparations biologiques comme des cellules. En règle générale, plus d’un million de particules sont nécessaires pour atteindre une erreur maximale inférieure à un pour cent. L’alimentation en échantillons se fait par l’une des trois unités de dispersion interchangeables, ce qui permet de mesurer aussi bien des poudres sèches que des dispersions », explique Christian Moitzi.
L’échantillon est placé dans une chambre dans laquelle il est continuellement agité ou dispersé. Différents mécanismes tels que la vibration, le flux d’air ou la circulation de liquide peuvent être utilisés pour maintenir les particules en mouvement. Les particules, qui se déplacent dans le champ de vision à une vitesse pouvant atteindre 30 m/s, sont éclairées de manière stroboscopique. Pour éviter le flou de mouvement, l’impulsion d’éclairage est plus courte que 100 nanosecondes. Le grossissement peut être réglé par le changement automatique de trois objectifs.
Un traitement à grande vitesse
De grandes quantités de données doivent être traitées en temps réel. L’acquisition d’une séquence d’images à fréquence élevée est prise en charge par la caméra de vision à haute vitesse 10GigE intégrée à l’aide de l’IDS peak SDK et permet ainsi d’observer les mouvements rapides des particules.
Outre la vitesse, l’interface et le capteur sont déterminants pour le choix du modèle de caméra. La caméra uEye Warp10 avec capteur CMOS Sony IMX255 Global-Shutter intégré fournit tout ce que cette tâche complexe requiert : une haute résolution, des taux d’acquisition élevés et une reproduction d’image sans bruit. Ses valeurs de bruit de lecture et de bruit noir figurent parmi les plus basses de tout le marché des capteurs. Avec sa résolution de 5,10 MP (2472 x 2064 px) à 220 ips, la caméra est particulièrement adaptée aux applications nécessitant des vitesses élevées. La haute résolution permet de saisir les moindres détails.
Comparé aux caméras 1GigE, ce modèle uEye Warp10 atteint une bande passante de transmission jusqu’à 10 fois plus élevée. Avec la combinaison d’une haute résolution et d’une plage dynamique élevée, la GV-7090WP se présente donc comme une caméra polyvalente ultra-rapide et puissante », explique Marcus Rembold, Product Owner 2D Cameras chez IDS, pour décrire le modèle de utilisé. La caméra uEye Warp10, robuste et conforme à la norme GenICam, peut transmettre des images sur un réseau Gigabit Ethernet, quasiment sans latence. Elle montre ainsi ses points forts précisément dans des tâches d’inspection comme celle-ci, où les objets doivent être enregistrés et analysés dans tous leurs détails et sans flou de mouvement.
L’utilisateur obtient, pratiquement en temps réel, des fonctions de distribution de taille moyennées comme résultat. Mais il a aussi la possibilité d’analyser des particules individuelles et de filtrer des images de particules ayant des propriétés spéciales parmi l’ensemble ».
La disponibilité de cette technologie fait de l’analyse d’image dynamique une alternative particulièrement attrayante et viable par rapport aux méthodes traditionnelles comme la diffraction laser.
