3 min

Partikelmessung im Produktionsprozess

Industrielle Partikelmesstechnik mit Stroboskop-Beleuchtung

Wie werden eigentlich Partikel wie Tröpfchen, Blasen oder Körner in industriellen Herstellungsprozessen überwacht und gemessen? Eine Frage, der sich Unternehmen mit unterschiedlichen Techniken annehmen und für die sie beeindruckende Lösungen finden.

Das Industrie-Stroboskop BVS-II Wotan von Polytec ist ein wahrer Dauerläufer für unterschiedlichste Bildverarbeitungsanwendungen – bei zahlreichen Kunden bewährt und immer wieder weiterentwickelt.

Mit klassischer Bildverarbeitung bringt man die Anwendung der Sopat GmbH aber nicht unbedingt in Verbindung. Das in Berlin ansässige Unternehmen hat eine hochpräzise Partikelmesstechnik für die Echtzeitanalyse von Mehrphasensystemen entwickelt, sprich für Partikel wie Tropfen, Körner, Zellen oder Gasblasen unterschiedlicher stofflicher Zusammensetzungen oder Zustände in einer zu analysierenden Menge. Die Technik besteht unter anderem aus einer Stabsonde, die dank integrierter Kamera Bilddaten gewinnt. Diese werden von der hauseigenen, intelligenten Software analysiert.

Die Anwendungsbereiche von Sopat-Systemen sind vielfältig. Sie werden eingesetzt, um chemische, pharmazeutische und biotechnologische Prozesse auf Basis der vermessenen Partikel, beispielsweise der Tropfengrößenverteilung, zu optimieren und zu überwachen.

Partikelmesstechnik findet vorwiegend in den Branchen Pharma, Lebensmittelproduktion, Chemie sowie Öl und Gas Anwendung. Sopat wächst stark und konnte 2018 eine Umsatzsteigerung von 40 % erzielen. Um diesen Erfolg zu erklären, lohnt ein zweiter Blick auf die Technik und deren Potenzial.

Es gibt zwei grundsätzliche Methoden der industriellen Inline-Partikelmessung: zum einen die indirekten Methoden, bei denen Licht bzw. Schall ausgesendet wird. Die empfangenen Signale werden mithilfe eines mathematischen Modells berechnet, um Rückschlüsse auf die Partikelgröße zu ziehen. Diese Methoden beruhen auf diversen Annahmen, z. B. der Kugelform der Partikel, da eine Berücksichtigung der Form die mathematischen Modelle überfordern würde. Damit ist klar, dass auch kleine Änderungen der chemischen Zusammensetzung oder der physikalischen Randbedingungen zu Änderungen im Messsignal führen können, selbst wenn die Partikelgröße konstant bleibt.

Die Mikroskopie mit Bildanalyse ist die zweite und einzige direkte Methode. Mit ihr lässt sich nicht nur die Partikelgröße, sondern auch die Form messen.

Sopat setzt ausschließlich auf diese Methode, unterscheidet sich von anderen Anbietern aber in zwei Punkten: Eine Vielzahl verfügbarer Optiken (und damit Vergrößerungen) erschließen einen Partikelgrößen-Messbereich von 0,5 µm, z. B. in der Lebensmittelindustrie bei Speiseeis, bis zu 30 cm bei Erzgeröll in der Bergbauindustrie. Außerdem erreicht kein anderer Anbieter mit seiner Mikroskop-Optik eine Auflösung von 53 nm pro Pixel.

Wie fügt sich nun ein Industrie-Stroboskop in diese Technik ein? Der Einsatz eines Stroboskops erklärt sich fast von selbst, wenn man bedenkt, dass für hochauflösende, scharfe Aufnahmen in bewegten Mengen und im laufenden Prozess sehr kurze Belichtungszeiten und gleichbleibende Lichtbedingungen erforderlich sind.

Vor der Integration des Polytec BVS-II wurde ein Stroboskop eines anderen Herstellers eingesetzt, das nur eine manuelle Regelung der Lichtintensität zuließ. Dr. Sebastian Maaß, Geschäftsführer und Gründer von Sopat erläutert: „Stellen Sie sich als reales Beispiel eine Explosionsschutz-Anwendung vor, in der keine Mobiltelefone erlaubt sind und der Rechner aus Sicherheitsgründen 75 m entfernt und 6 Stockwerke tiefer platziert werden muss. Und nur dort sind die Bilder der Tropfen aus der Extraktionskolonne zu sehen. Dann laufen Sie ständig zwischen Messort und Datenausgabeort hin und her, um die Lichtintensität zu optimieren. Keine sehr praxisgerechte Lösung, oder? Über das Polytec Stroboskop ist die Lichtregelung nun voll automatisiert. Deshalb, und weil wir mit dem Preis-Leistungsverhältnis sehr zufrieden sind, wird das BVS-II für die Lichtversorgung aller Inline-Sonden von Sopat eingesetzt.“

Multiphasenanwendung
Multiphasenanwendung: Unterschiedliche Stoffe und Stoffzustände
Körner
Granulare Stoffe wie Körner oder Pellets sind Standardanwendungen

Darüber hinaus sind extrem kurze und intensive Lichtpulse von unter 8 µs pro Puls sowie eine hohe Puls-zu-Puls-Stabilität charakteristisch für das Stroboskop – eine wichtige Voraussetzung für gleichbleibende Ergebnisse in industriellen Prozessen.

Bildnachweise: Soweit nachfolgend nicht anders aufgeführt bei der SOPAT GmbH. Titelbild: ©fotolia.com/tech_studio; Bild 1: Polytec GmbH