Intelligente Materialanalyse

Automatisiertes Erkennen von Materialeigenschaften mit künstlicher Intelligenz

Es gibt eine Vielzahl an Materialien, die bei einer Analyse genau identifiziert werden müssen. Dabei hat jeder Werkstoff seine eigenen Eigenschaften und stellt besondere Anforderungen an die Materialanalyse. Das kann sehr viel Zeit in Anspruch nehmen, insbesondere dann, wenn es sich um komplexe Materialien handelt, die in mehreren Schritten analysiert werden müssen. Die Lösung: Intelligente Materialanalyse – eine Materialanalyse mithilfe künstlicher Intelligenz (KI).

Intelligente Materialanalyse
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Was ist eine intelligente Materialanalyse?

Eine intelligente Materialanalyse ist eine Methode, um Materialeigenschaften automatisch zu erkennen, zu klassifizieren und dabei die Qualität und den Zustand des Materials zu bestimmen. Dafür werden Technologien wie maschinelles Lernen, Bildverarbeitung und optische Sensorik kombiniert. Eine intelligente Materialanalyse kann in vielen Branchen eingesetzt werden, wie z. B. in der Elektronik, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik oder im Maschinenbau und bei New Energy Vehicles. Die Analyse wird eingesetzt, um die Eigenschaften von Werkstoffen und Produkten zu überwachen, um Materialqualität und Sicherheit zu gewährleisten und die Effizienz von Prozessen zu verbessern.

Übersicht möglicher Materialanalysen:

Ein Bild einer Korngrößenanalyse

Korngrößenanalyse

Mit der Korngrößenanalyse wird die Korngröße und -verteilung analysiert, um den direkten Zusammenhang der Materialeigenschaften zu untersuchen und zu bewerten.

Ein Bild einer Porositätsanalyse.

Porositätsanalyse

Unter einer Porositätsanalyse werden im mikroskopischen Sinne die Materialeigenschaften wie Härte, Festigkeit und Bruchdehnung durch die Verteilung der Poren präzise und vollautomatisch im Bild ausgewertet.

Ein Bild einer Partikelanalyse.

Partikelanalyse

Die Partikelanalyse ist eine Methode, die verwendet wird, um die Größe, Form, Anzahl und Verteilung von Partikeln in einer Probe zu bestimmen. Unter Anwendung dieser Analyse wird die Qualität von Produkten und Prozessen überwacht und kontrolliert.

Ein Bild einer Gusseisenanalyse.

Gusseisenanalyse

Mit der Gusseisenanalyse wird die kristallographische Zusammensetzung und die mikroskopische Struktur von Gusseisen bestimmt. Sie kann verwendet werden, um die Eigenschaften von Gussteilen wie Festigkeit, Härte, Schwindung und Abrieb zu charakterisieren und die Qualität von Gussprodukten zu überwachen und zu optimieren.

Ein Bild einer Mehrphasenanalyse.

Mehrphasenanalyse

Die Mehrphasenanalyse ist eine Phasenberechnung zur Verteilung im Probenbild. Die Verteilung und die Interaktion von verschiedenen Phasen in Materialien, wie Legierungen, Keramiken, Polymer- und Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen, können so ermittelt werden.

Ein Bild einer Schichtdickenanalyse.

Schichtdickenanalyse

Eine Schichtdickenanalyse ist ein Verfahren zur Bestimmung der Dicke einer Schicht auf einer Oberfläche. Sie ermöglicht es, die Dicke und Homogenität von Schichten zu messen und sicherzustellen, dass sie den spezifizierten Anforderungen entsprechen.

Prämierte Benutzeroberfläche für Ihre Analysen

Mit KI kann die Materialanalyse schneller, effizienter und bis ins kleinste Detail ablaufen. Wir zeigen Ihnen, wie künstliche Intelligenz eine automatisierte Lösung für Ihre Anforderungen an die Materialanalyse bietet. Mit ZEISS ZEN core können Sie Ihre Materialanalysen auf die nächste, intelligente Stufe heben. Um die Software für jeden Anwender leicht zugänglich zu machen, hat ZEISS eine besondere Benutzeroberfläche entwickelt, die den German Design Award 2022 gewonnen hat. Überzeugen Sie sich selbst von ZEISS ZEN core und nutzen Sie künstliche Intelligenz zur Verbesserung Ihrer Prozesse.

 

Das Siegel des German Design Awards 2022, mit dem ZEISS ZEN core ausgezeichnet wurde.

Ihre Vorteile mit der intelligenten Materialanalyse mit der KI-Software ZEISS ZEN core

Workflow- und normbasiertes Arbeiten zur Korngrößenbestimmung, dem Richtreihenvergleich, Mehrphasenanalyse und Schichtdicke inklusive der Klassifizierung von Graphitpartikeln

Intuitive Benutzeroberfläche – Ergebnisse mit nur wenigen Klicks

Einbindung von KI-Modellen im Standardumfang der Software enthalten

Analyse aller gängiger Bildformate, wie JPEG, TIFF, PNG sowie vieler Bio-Formate bzw. Hersteller: IMAGIC IMS, dhs, Leica, Olympus, Nikon, FEI, Hitachi, JEOL, Keyence und einige mehr

ZEN core Materialanalysen im Detail:

Kupferschweißverbindung mit sichtbaren Körnern
Kupferschweißverbindung mit sichtbaren Körnern
Automatische Korngrößenanalyse einer REM-Aufnahme mit Histogramm und mittlerer Korngrößenzahl.
Automatische Korngrößenanalyse einer REM-Aufnahme (Rasterelektronenmikroskop) mit Histogramm und mittlerer Korngrößenzahl

Was wird unter einer Korngrößenanalyse verstanden?

Bei der Korngrößenanalyse geht es um eine möglichst einfache Bestimmung der Korngröße und Gesamtverteilung der Körner. Für Anwender kann es bei kleinen Korngrößen oder bei Proben mit einer breiten Größenverteilung schwer werden, die Korngrößenverteilung genau und zuverlässig zu bestimmen. Daher gilt: Je besser die Grenzen und Körner erkennbar sind, desto einfacher ist die Analyse. Um auch bei schwierigen Bedingungen und komplexen Proben beste Ergebnisse zu erzielen, kann eine intelligente Materialanalyse die Lösung sein. Eine Korngrößenanalyse mit KI braucht weniger interaktive Nacharbeit als eine manuelle Analyse. Manuelle Analysen dauern deutlich länger und erfordern häufig eine Nacharbeit. Die KI der ZEISS Software ZEN core kann dank Deep Learning speziell auf Ihre Anforderungen an die Korngrößenanalyse trainiert werden. So erreichen Sie in kürzester Zeit zuverlässige Ergebnisse optimal abgestimmt auf Ihre Prozesse.

Was macht die Mehrphasen-/Porositätsanalyse so besonders?

Das besondere an einer Mehrphasenanalyse ist, dass sie ermöglicht, die Phasenverteilung von Materialien mit mehreren Phasen zu bestimmen. Eine Phase beschreibt eine ausgeprägte und sichtbare Struktur eines Materials. So können die Verteilung und Interaktion der verschiedenen Phasen im Material bestimmt und die Auswirkungen auf die Eigenschaften des Materials erkannt werden. Vor allem bei der Überprüfung der Materialqualität sowie der Weiterentwicklung und Verbesserung von Materialien ist die Mehrphasenanalyse eine bewährte Methode. Zudem ermöglicht sie eine tiefere Einsicht in die Eigenschaften und Leistungen von Materialien, die für die Entwicklung von neuen Produkten und Prozessen in vielen Branchen wichtig ist.

Materialeigenschaften wie Härte, Festigkeit und Bruchdehnung werden durch die Verteilung und Orientierung der Phasen beeinflusst. Eine präzise und vollautomatische Analyse der Probenstrukturen nach Größe, Form oder Orientierung ist durch die Mehrphasenanalyse visualisierbar. Informationen über die Porosität von additiv gefertigten Materialien oder die prozentuale Flächenverteilung von Einschlüssen/Lunkern können somit gewonnen und dargestellt werden. Eine exakte Segmentierung der Phasen mit sehr geringen Unterschieden ist mithilfe der künstlichen Intelligenz von ZEISS ZEN core umsetzbar.

Routineinspektion additiv gefertiger Aluminium-Silizium-Probe
Routineinspektion additiv gefertiger Aluminium-Silizium-Probe
Multiphasenanalyse eines Zink-Magnesium-Gefüge Multiphasenanalyse eines Zink-Magnesium-Gefüge
Multiphasenanalyse eines Zink-Magnesium-Gefüge
Duplexstahl im Querschliff Duplexstahl im Querschliff
Duplexstahl im Querschliff
KI-gestützte Porenanalyse eines Schmuckstücks mit Mokume-Gane Schmiedetechnik KI-gestützte Porenanalyse eines Schmuckstücks mit Mokume-Gane Schmiedetechnik
KI-gestützte Porenanalyse eines Schmuckstücks mit Mokume-Gane Schmiedetechnik
KI-gestützte Pulvercharakterisierung von Aluminiumpulver AlSi10Mg
KI-gestützte Pulvercharakterisierung von Aluminiumpulver AlSi10Mg

Was ist die Partikelanalyse und wofür wird sie verwendet?

Eine Partikelanalyse bezieht sich auf die Messung und Charakterisierung von Partikeln in einem bestimmten Material oder Medium. Partikel können in verschiedenen Größen und Formen vorliegen und können aus einer Vielzahl von Materialien wie Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen bestehen.

Die Partikelanalyse wird in vielen Bereichen wie der Chemie, Materialwissenschaften, Biologie und Umweltwissenschaften eingesetzt, um das Verständnis von Partikelverhalten und -eigenschaften zu verbessern.

ZEN core unterstützt Sie mit den Machine Learning Tools und der KI-gestützten Objektklassifizierung von Partikeln in Ihrer Analyse und erspart Ihnen somit mühevolle händische Nacharbeit.

Wie funktioniert die Gusseisenanalyse?

Gusseisen wird häufig in der Fertigung von Präzisionsprodukten eingesetzt, z. B. bei der Produktion von sicherheitsrelevanten Bauteilen im Maschinenbau. Es wird die Größe, Form und Verteilung von Graphit sowie das Ferrit-Perlit-Verhältnis analysiert. Die Kugel- und Lamellen-Graphitpartikel im Gusseisen sind abhängig von Prozessparametern und der Zusammensetzung des Materials. Sie sind in verschiedenen Formen und Verteilungen anzutreffen und können somit großen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Materials haben. Die Form und Größe dieser Partikel können Sie mit ZEISS ZEN core workflow-basiert und einfach mit einer Materialanalyse analysieren.

Automatische Gusseisenanalyse
Automatische Gusseisenanalyse
Li-Ionen Batterie: Schichtdickenmessung der Kupferableiterfolie einer Anode Li-Ionen Batterie: Schichtdickenmessung der Kupferableiterfolie einer Anode
Li-Ionen Batterie: Schichtdickenmessung der Kupferableiterfolie einer Anode

Sind auch kleinste Schichten erkennbar und vermessbar?

Analysiert wird in der Regel ein Querschliff einer Probe über eine Segmentierung oder ein neuronales Netzwerk (Deep Learning). Die ZEISS Software ZEN core kann Informationen, die sichtbar und für das menschliche Auge differenzierbar sind, auswerten. Geringste Unterschiede in Farben, Formen und Größe lassen sich mit einer intelligenten Materialanalyse durch Algorithmen aus dem ZEN Baukasten für künstliche Intelligenz unterscheiden. Somit ist eine reproduzierbare und semi-automatische Ermittlung der Schichtdicken in wenigen, bei Bedarf auch interaktiven Schritten möglich.

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