Aplikacja - Obserwacje kosmetyków oraz opakowań za pomocą systemu rentgenowskiej tomografii komputerowej
Korzyści dla użytkownika
- Możliwość wykorzystania tomografii w kontroli jakości opakowań w zakresie dopasowania ich elementów w tym uszczelnienia i wycieków substancji w nich przechowywanych.
- Technika pozwala na szeroki wachlarz testów jak np. kontrola stopnia dyspersji cząstek dodanych do kosmetyków.
Wstęp
Wygląd i materiały stosowane na opakowania produktów kosmetycznych są zależne od wielu czynników jak np. wizerunku marki oraz kosztów. W ostatnich latach struktura i wygląd opakowań stała się bardziej zróżnicowana, dotrzymując kroku ewolucji samych produktów kosmetycznych.
Aby zapewnić bezpieczeństwo kosmetyków, konieczne jest zapobieganie wprowadzaniu zanieczyszczeń spowodowanych uszkodzeniem opakowania w trakcie jego wytwarzania lub transportu, a także uniemożliwienie spadku jakości produktu lub wystąpienia wycieków związanych z niepoprawnym uszczelnieniem oraz innych możliwych problemów. Wymienione powody dowodzą, że kontrola jakości opakowań jest również ważna. Badania nieniszczące są przydatne do oceny jakości opakowań kosmetyków, w których są one eksponowane w sklepach lub transportowane.
Rys. 1 XSeeker™ 8000
Skanowanie kosmetyków
W ramach badań wykonano skany trzech typów kosmetyków, jak pokazano na rys. 2. Poniższe kryteria obserwacji zostały określone dla każdego z produktów:
Rys. 2 Wygląd zewnętrzny kosmetyków
(od lewej: podkład w poduszce, szminka w płynie, cień do powiek w pudrze)
W przypadku podkładu w poduszce zidentyfikowano elementy pojemnika, wykonano pomiar szerokości szczelin oraz oceniono rozproszenie cząstek podkładu. Podczas obserwacji szminki w płynie, oceniono uszczelnienie pojemnika. Wykryto wyciek płynu oraz oceniono rozproszenie cząstek w płynie. Cienie do powiek obserwowano pod kątem rozproszenia cząstek w produkcie oraz różnicy gęstości pomiędzy odcieniami, wykryto również wewnętrzne pęknięcia w jego strukturze.
Parametry skanowania
Konfiguracja parametrów skanowania w przypadku XSeeker 8000 jest bardzo przyjazna dla użytkownika i wymaga jedynie wybrania materiału (metal lub tworzywo sztuczne) oraz jakości wynikowego obrazu (fast lub fine). Dla obu materiałów wykonanie skanu w trybie wyższej jakości (fine) trwa ok. 5 min (rozdzielczość przestrzenna 0,1 mm), zaś w przypadku szybkiego skanu z niższą jakością (fast) skanowanie trwa ok. 12 sekund (rozdzielczość przestrzenna 0,2 mm).
Tabela 1 przedstawia parametry skanowania zastosowane w ramach niniejszych obserwacji. Produkty zawierające materiały o wysokiej gęstości (np. lustra) zostały zeskanowane w trybie „Metal / Fine”, a produkty wykonane w całości z tworzywa sztucznego w trybie „Resin / Fine”.
|
| Podkład w poduszce | Szminka w płynie | Cień do powiek w pudrze |
| Tryb skanowania | Metal / Fine | Metal / Fine | Metal / Fine |
| Czas skanowania | 5 min | 5 min | 5 min |
| Rozdzielczość | 0,1 mm | 0,1 mm | 0,1 mm |
Tabela 1 Parametry skanowania
Wyniki
Podkład w poduszce
Obrazy przekrojowe pokazano na rys. 3 oraz 4. Rysunek 3 przedstawia obraz, na którym widać, że podkład składa się z wielu elementów jak np. zewnętrzna pokrywka, wewnętrzna przegroda oraz podstawa gąbki, które są ze sobą połączone przez klejenie lub na wcisk. Lustro przyklejone do zewnętrznej pokrywki jest odwzorowane jako biały obszar ze względu na swoją dużą gęstość podczas, gdy gąbka i inne elementy o niższej gęstości są przedstawione za pomocą ciemnoszarych barw. Na zdjęciu widoczna jest także dolna część gąbki wypełniona płynem podkładu.
Rys. 4 pokazuje, że szczelina pomiędzy wewnętrznymi elementami wynosi ok. 0,58 mm.
Rys. 3 Przekrój podkładu w poduszce
Rys. 4 Pomiar szerokości szczeliny
Standardowe oprogramowanie do tomografii pozwala wyświetlać obrazy 3D. Przez zmianę przezroczystości obrazu 3D można łatwo skontrolować rozmieszczenie przestrzenne elementów wewnętrznych. Ponieważ oprogramowanie pozwala również na przypisanie dowolnego koloru do konkretnej wartości luminancji, płyn podkładu może zostać celowo oznaczony za pomocą koloru beżowego, jak pokazano na rys. 5.
Określone części wewnętrzne mogą zostać wyizolowane z obrazu 3D przez określenie progu luminancji lub za pomocą funkcji przycinania. Obraz 3D zawierający jedynie wyizolowany płyn podkładu jest pokazany po prawej stronie rys. 5. Obraz ten pokazuje, że płyn penetruje pory gąbki i koncentruje się w zewnętrznej części obwodu gąbki. Rentgenowska tomografia komputerowa może być wykorzystana również do testów innych niż badanie opakowań.
Rys. 5 Obraz 3D podkładu w poduszce
Szminka w płynie
Obraz przekrojowy całej szminki przedstawiono na rys. 6, na którym widać, że zatyczka i końcówka szminki są mocowane na wcisk.
Rys. 7 przedstawia biały obszar w pobliżu gwintu (pomiędzy zatyczką, a korpusem szminki), na który celowo naniesiono niewielką ilość płynu. W obrazach przekrojowych uzyskanych drogą rentgenowskiej tomografii komputerowej, jaśniejsze obszary wskazują materiały o większej gęstości. Dlatego jeśli gęstość płynu jest większa niż gęstość zatyczki lub korpusu, jaśniejszy obszar może zostać zidentyfikowany jako ciecz i posłużyć do oceny szczelności.
Rys. 8 pokazuje rozmieszczenie cząstek w płynie. Badana szminka to produkt komercyjny, więc cząstki są rozmieszczone równomiernie w płynie. Jednakże takie obrazy mogą zostać wykorzystane do oceny rozrzutów w dyspersji cząstek, np. podczas rozwijania nowego produktu lub w ramach kontroli jakości.
Rys. 6 Przekrój szminki w płynie
Rys. 7 Przekrój szminki w płynie
(powiększenie obszaru, na który naniesiono płyn)
Rys. 8 Przekrój szminki w płynie
(powiększony obszar z płynem)
Cień do powiek w pudrze
Rys. 9 zawiera obrazy przekrojowe. W lewej górnej części (niebieski kwadrat na rysunku 9), występują cząstki o wysokiej gęstości, rozproszone w materiale bazowym. Jak widać dyspersja cząstek może być obserwowana za pomocą rentgenowskiej tomografii komputerowej zarówno w cieczach, jak i ciałach stałych.
Dodatkowo kolor dolnego prawego obszaru (zielony kwadrat) jest wyświetlany jako jaśniejszy niż w przypadku obszaru u góry po lewej. Wskazuje to, że materiał z dolnego prawego obszaru jest gęstszy lub złożony z bardziej zbitych cząstek.
Lewa strona rys. 10 pokazuje obrazy przekrojowe z innego fragmentu prawego dolnego obszaru, które zawierają wewnętrzne pęknięcia. Dodatkowo pozycja i kształt pęknięć może być określona za pomocą obrazu 3D (prawa strona rys. 10). Rentgenowska tomografia komputerowa może być zastosowana do wykrywania pęknięć wewnątrz kosmetyków, które nie są widoczne podczas obserwacji zewnętrznych.
Rys. 9 Przekrój cieni do powiek w pudrze
Rys. 10 Obszar pęknięcia (po lewej: obraz przekrojowy, po prawej: obraz 3D)
Podsumowanie
Niniejsza nota aplikacyjna opisuje przykłady obserwacji różnych rodzajów kosmetyków oraz ich opakowań przy pomocy stołowego systemu rentgenowskiej tomografii komputerowej Shimadzu XSeeker 8000.
Rentgenowska tomografia komputerowa ma różnorodne zastosowanie, jak np. identyfikacja części, kontrola dopasowania elementów oraz szczelności, określanie rozmieszczenia płynu podkładu obserwacje dyspersji cząstek w płynie lub pudrze oraz wykrywanie wewnętrznych pęknięć. XSeeker 8000 umożliwia każdemu użytkownikowi na łatwe i nieniszczące obserwacje kosmetyków oraz ich opakowań.
XSeeker jest znakiem towarowym Shimadzu Corporation lub powiązanych firm w Japonii i/lub innych krajach.
Autor aplikacji: Kayo Migita
Firma Shimadzu od ponad 100 lat stale powiększa swoją ofertę maszyn wytrzymałościowych, aby spełniały one najbardziej wymagające normy, m.in. ISO, ASTM, DIN, EN i wiele innych.
