Spraycharakterisierung

von der Tröpfchengröße bis zur Sprayverteilung

Kleine Details. Große Wirkung.

Vom Hochdruckreinger bis zum Asthmaspray, die Verteilung und das Auftragen von Flüssigkeiten ist ein wesentlicher Einsatzzweck von Düsen. Um zielgerichtet die richtige Düse einsetzen zu können ist es daher essentiell deren Sprüheigenschaften zu kennen. Die Eigenschaften entscheiden dabei nicht nur über die Effizienz eines Prozesses, sondern auch über die Wirksamkeit. Zu kleine Tröpfchen werden so zum Beispiel bei einer Spraykühlung durch Konvektion einfach davongetragen oder benetzen bei einer Reingungsanwendung lediglich die Oberfläche ohne mechanische Kräfte aufzuprägen. Im Gegensatz dazu erreichen zu große Tröpfchen bei einem Asthmaspray nicht ihren Einsatzort.

Erschwerend kommt hinzu dass die technisch relevanten Düsen keine konstante Tröpfchengröße über alle Tröpfchen liefern, sondern eine Größenverteilung die auch noch räumlich und sogar zeitlich variieren kann. Die Erfassung und vor allem die Beurteilung dieser Eigenschaften ist oftmals von großer Bedeutung.

Unsere Dienstleistung. Ihr Service.

Zur Charakterisierung unserer Düsen haben wir uns einen Prüfstand aufgebaut mit dem wir die wesentlichen Parameter eines Sprays bestimmen können. Dies beinhaltet die Tröpfchengrößenverteilung, die integrale räumliche Sprayverteilung, die Sprühweite/Wurfweite und natürlich auch das Druck-Durchflussverhalten. Unsere Aufbau ist mobil und ermöglicht so auch Messungen vor Ort, sofern ein optischer Zugang besteht. In Zusammenarbeit mit unseren Partnern können wir darüber hinaus auch viele weitere Konfigurationen messen, auch mit laserbasierten Systemen (PDA, PIV) und auch Messungen zur Sprayverwehung, auch in heißen Umgebungen (wie zum Beispiel in einem Abgasstrahl), realisieren. Wir führen gerne Auftragsmessungen für oder mit Ihnen gemeinsam durch. Dabei können wir natürlich die gängigen Normen zur Durchführung und Messung berücksichtigen und bei der Beurteilung der Ergebnisse beraten.

Sprechen Sie uns gerne an, wir freuen uns Sie unterstützen zu können:

Kontakt

  • Unser Messprinzip

  • Eine Referenzskala zum Vergleich.

  • Ein Rohdatenbild.

  • Die vom Algorithmus erkannten Tröpfchen.

  • Tröpfchengrößenverteilung.

Wie wir messen.

Für unsere Messungen nutzen wir ein einfaches aber sehr präzises Messverfahren, nämlich das der sogenannten „shadowgraph image technique“. Dazu wird das Spray zwischen einer Lichtquelle und einer Kamera positioniert. Die sehr helle Lichtquelle erzeugt ein Gegenlicht, dass von der Kamera aufgenommen wird. Fällt nun ein Tröpfchen zwischen der Lichtquelle und der Kamera hindurch, erzeugt einen Schatten in der Aufnahme, wie in der Animation links zu sehen ist.
Unter Zuhilfenahme einer Referenzskala mit bekannter Länge, kann dann die Größe jedes einzelnen Tröpfchens bestimmt werden. In dem Referenzbild auf der linken Seite entspricht der innere Kreis einem Durchmesser von 250 µm.  Da die Tröpfchen zumeist sehr klein sind, nutzen wir ein Fernfeldmikroskop und können so Tröpfchengrößen bis runter zu 5µm auflösen.
Aufgrund der Messmethode tauchen in dem Rohdatenbild viele unscharfe Tröpfchen auf. Diese liegen außerhalb der Fokusebene und können damit größer oder kleiner sein als sie in Wirklichkeit und werden daher für die Verteilungsbestimmunng verworfen.
Mit unserer automatischen Verfahrvorrichtung (Traverse) können wir automatisch an verschiedenen Positionen des Sprays messen, um auch eine positionsabhängige Tröpchengrößenverteilung zu ermitteln. Die aufgenommenen Bilder werden im Anschluss von unser hauseigenen Software ausgewertet (s. unten).
Der Vorteil bei dieser Messmethode ist, das wir uns so einen guten Überblick über Sprayeigenschaften verschaffen können. Die meisten laserbasierten Verfahren arbeiten meistens nach einem Blackbox-Prinzip und gewähren so wenig Einblick, sind dafür aber rasend schnell.

Wie wir auswerten.

Aus Zeit- und Budgetnot wurde auf einer ICE Fahrt unser erster Algorithmus geboren. Dieser basierte auf einem simplen Verfahren. Dabei wurde mittels einer rekursiven Algorithmus bei jede, dunklen Fleck im Bild untersucht, ob dieser in sich geschlossen ist und dann daraus der Durchmesser bestimmt. Dieser Algorithmus wurde dann im Lauf der Zeit überarbeitet und durch einen zeilenbasierten Algorithmus ersetzt, der deutlich schneller und zuverlässiger war. Notwendig war in jedem Fall eine aufwendige Vorbereitung der Bilder. Dazu wurde das Bild in einem ersten Schritt invertiert und die verschwommensten Bereiche mittels eines Schwellwertes herausgefiltert. Danach wurde das Bild binarisiert und erneut gefiltert und im Anschluss dann die Tröpfchen ermittelt. Dieses Verfahren ist zeitaufwendig und benötigt die händische Anpassung der Parameter. Allerdings ist das Verfahren sehr zuverlässig und präzise.

Original

Invertiert

Binär

Gefiltert

Final

Mittlerweile verfügen wir über einen Algorithmus der auf Maschinellem Lernen basiert und die Tröpfchengrößen direkt aus dem Rohbild zuverlässig erkennen kann. Dafür benutzen wir ein Neuronales Netzwerk das auf dem Mask R-CNN von matterport basiert (Region Based Convolutional Neural Network). Das Neuronale Netzwerk wurde zum Erkennen von Ballons vortrainiert und für die Tröpfchenerkennung nachtrainiert. Der Vorteil ist das dieser Algorithmus zuverlässig Tröpfchen erkennt, aber Ligamente und Lamellen und unscharfe Tröpfchen verwirft.

Original

Ausgewertet

Unser Code. Ihr Code.

Wir hätten uns 2016 sehr gefreut einen bereits bestehenden Code zu nutzen um die Tröpfchenerkennung durchzuführen, konnten aber keinen passenden finden (was natürlich nicht heißt das es keinen gab). So hatten wir uns selber an  die Entwicklung eines Codes gemacht und viel Zeit und Muße damit verbracht. Da die Softwareentwicklung nicht unser Kerngeschäft ist, hat sich FDX entschlossen den Code freizugeben und für jeden zugänglich zu machen. Mit dem nachfolgenden Link gelangen Sie zu unserem GitHub Repository mit weiteren technischen Details zum Code.
Link zu GitHub

Ihre Ansprechpartner. Unsere Spezialisten.

Haben Sie Fragen zu unseren Produkten? Kontaktieren Sie uns, wir beraten Sie gerne!

  • Dr. Bernhard Bobusch

    Dr. Bernhard Bobusch

    Spezialanwendungen / CEO

    Als Geschäftsführer ist Herr Bobusch unser Allrounder. Seit der Firmengründung hat er mit den unterschiedlichsten Anwendungen zu tun und kann Sie daher auch in allen Bereichen beraten. Insbesondere beim Thema Spraycharaterisierung steht Ihnen Herr Bobusch stets kompetent zur Seite. Wenn Sie Fragen haben, wenden Sie sich gern an ihn.

  • Thomas Rossegger

    Thomas Rossegger

    Leiter Vertrieb / CSO

    Mit langjähriger und internationaler Erfahrung leitet Herr Rossegger den Vertrieb bei FDX und hat sich im Vertrieb auf die Mitteldruckreinigung im Lebensmittelbereich spezialisiert. Aber auch für alle anderen Bereiche steht er Ihnen stets zur Verfügung.

  • Dr. Jens Wintering

    Dr. Jens Wintering

    Car Wash / Vertrieb /CPO

    Herr Wintering ist unser Experte für die Reinigung im Hochdruck- und Car Wash-Bereich. Aber auch in anderen Fällen steht er Ihnen Tatkräftig zur Verfügung.

  • Martin Leßmann

    Martin Leßmann

    Industrielle Teilereinigung / Vertrieb

    Herr Leßmann ist mit seiner vielfältigen Erfahrung im Bereich der Strömungstechnik nicht nur unser Spezialist für die industrielle Teilereinigung sondern Experte für die Niederdruckreinigung im Allgemeinen. Bei ihm sind Sie stets gut beraten.

Cookie Consent mit Real Cookie Banner