一种用于微毫米级颗粒粒度的原位检测方法及装置

本技术涉及一种颗粒粒度检测方法及装置，尤其是一种用于微毫米级颗粒粒度的原位检测方法及装置，属于测试。

背景技术：

1、粉体在日常生活和工农业生产中的应用非常广泛。如面粉、水泥、塑料、造纸、橡胶、陶瓷、药品等等。在不同应用领域中，对粉体特性的要求各不相同，在所有反映粉体特性的指标中，粒度分布是所有应用领域中最受关注的一项指标，所以客观真实地反映粉体的粒度分布是具有非常重要的意义。

2、颗粒的大小叫做颗粒的粒度，用特定的仪器和方法反映出的不同粒径颗粒占粉体总量的百分数为粒度分布，它表示小于或大于某粒径颗粒的百分含量。粒度测试的方法很多，据统计有上百种。常用的有沉降法、激光法、筛分法和电阻法等。沉降法是根据不同粒径的颗粒在液体中的沉降速度不同测量粒度分布的一种方法。它的基本过程是把样品放到某种液体中制成一定浓度的悬浮液，悬浮液中的颗粒在重力或离心力作用下将发生沉降。根据stokes或比尔定律，不同粒径颗粒的沉降速度是不同的，颗粒越大的颗粒沉降速度越快。激光法是根据激光照射到颗粒后，颗粒能使激光产生衍射或散射的现象来测试粒度分布的。根据理论及实验证明，激光照射到颗粒时，所产生的艾里斑中包含着丰富粒度信息，包括颗粒大小及数量。经过一系列的光电接收器，将由不同粒径颗粒散射的光信号转换成电信号，通过米氏散理论对这些信号进行数学处理，就可以得到粒度分布，这是目前较为普遍的检测方法。筛分法是一种最传统的粒度测试方法。它是使颗粒通过不同尺寸的筛孔来测试粒度的。可以用单个筛子来控制单一粒径颗粒的通过率，也可以用多个筛子叠加起来同时测量多个粒径颗粒的通过率，并计算出百分数。但对于微米级颗粒筛分难度较大，需要采用超声波震动。电阻法是根据颗粒在通过一个小微孔的瞬间，占据了小微孔中的部分空间而排开了小微孔中的导电液体，使小微孔两端的电阻发生变化的原理测试粒度分布的。在实际生产中，粒径测试方法多种多样，由于原理和定义不同，通过不同粒径测试方法，得到的是不同的等效粒径结果差异较大。并且以上这些通用的检测方法普遍存在以下缺点：1.检测设备价格昂贵，操作复杂；2.待测样品需要前处理；3.检测效率低，周期长；4.均属间接测量，不能反映颗粒的真实粒度分布。

技术实现思路

1、为解决现有技术中检测微粒粒度分布设备昂贵，操作复杂，非原位，检测效率低问题，本技术提供一种用于微毫米级颗粒粒度的原位检测方法及装置，实现微毫米级颗粒粒度分布的原位化检测、成本低、自动化程度高、操作简单、检测效率高等优点。

2、本技术采用的技术方案一：

3、一种微毫米级颗粒粒度的原位检测方法，包含以下步骤：

4、步骤一、将待测样品粉末置于样品盘中，并滴加去离子水或乙醇，使样品颗粒在液体中充分分散；

5、步骤二、将显微检测装置连接上位机，打开上位机中的检测分析软件，调整显微镜焦距，聚焦样品至上位机呈现清晰的样品图像；

6、步骤三、启动检测，显微镜在检测分析软件控制下对样品进行拍照，所拍摄的图像，经过检测分析软件读取图像，进行灰度、二值化、边缘检测、外接圆、圆半径测量、统计计算处理，获得单个密闭区域的最大外接圆径长即粒径，并对图像中所有颗粒的粒径及形状进行计数；

7、步骤四、样品盘在检测分析软件控制下，根据图像尺寸进行调节，自动进行x方向或y方向平移，显微镜对样品进行拍照；

8、步骤五、重复步骤三及步骤四若干次，并绘制粒径分布曲线，完成检测。

9、进一步的，所述上位机中的检测分析软件包括步进电机控制程序及图像分析程序；

10、所述步进电机控制程序包括初始化步进电机驱动器的程序和一个循环来控制步进电机的旋转的程序，具体为：

11、程序代码如下：

12、import serial

13、import time

14、#设置串口

15、ser＝serial.serial('com3',9600,timeout＝1)

16、#初始化步进电机驱动器

17、def init_motor():

18、ser.write(b'g21\n')#设置单位为毫米

19、ser.write(b'g90\n')#启用绝对位置模式

20、#控制步进电机正转

21、def step_forward(steps):

22、ser.write(f'g1 x{steps}f100\n'.encode('utf-8'))

23、time.sleep(1)

24、......

25、所述图像分析程序用于对图像进行灰度、二值化、边缘检测、外接圆、圆半径测量、统计计算处理，程序代码如下：

26、import cv2

27、import matplotlib.pyplot as plt

28、import numpy as np

29、#读取图像

30、img＝cv2.imread('03.jpg',0)

31、#灰度处理

32、gray＝cv2.cvtcolor(img,cv2.color_bgr2rgb)

33、print("pic_size:",img.shape)#查看图像的大小

34、#二值化处理

35、ret,binary＝cv2.threshold(gray,127,255,cv2.thresh_binary)

36、#形态学梯度运算

37、binary＝cv2.morphologyex(binary,cv2.morph_close,kernel,anchor＝(2,0),iterations＝5)

38、#检测物体的轮廓

39、contours,hierarchy＝

40、cv2.findcontours(binary,cv2.retr_tree,cv2.chain_approx_sim ple)

41、……。

42、进一步的，步骤一中所述待测样品粉末重量为0.1-2g。

43、进一步的，步骤一中所述滴加去离子水或乙醇，其浓度为40-90％。

44、进一步的，步骤二中所述将显微检测装置连接上位机，可通过usb方式连接。

45、进一步的，步骤四中所述x方向或y方向平移距离为0.1-1mm。

46、本技术采用的技术方案二：

47、一种用于微毫米级颗粒粒度的原位检测装置，包括显微检测装置、上位机，所述显微检测装置包括显微镜、载物台、样品盘、步进电机、二维平移滑轨、支撑柱、底座、支臂，所述显微检测装置与上位机建立连接，所述显微镜通过支臂与底座建立连接，并通过ccd图像传感器将图像传输至上位机实时显示，所述样品盘设置在载物台上，载物台设置在二维平移滑轨上，二维平移滑轨通过支撑柱与底座建立连接，载物台与步进电机建立连接，上位机内集成微控制器和驱动器，步进电机经驱动器连接到微控制器，驱动步进电机带动载物台在二维平移滑轨上进行二维移动，微控制器内包括所述检测分析软件。

48、进一步的，所述步进电机选择28bjy-48步进电机。

49、进一步的，所述驱动器选择uln2003驱动板或tb6600驱动板。

50、本技术具有如下有益效果：

51、1.实现微米至毫米级颗粒的原位检测；

52、2.成本低廉、操作简便；

53、3.自动化程度高；

54、4.检测效率高。

技术特征：

1.一种用于微毫米级颗粒粒度的原位检测方法，其特征在于，包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于微毫米级颗粒粒度的原位检测方法，其特征在于，所述上位机中的检测分析软件包括步进电机控制程序及图像分析程序；

3.根据权利要求2所述的用于微毫米级颗粒粒度的原位检测方法，其特征在于，步骤一中所述待测样品粉末重量为0.1-2g。

4.根据权利要求3所述的用于微毫米级颗粒粒度的原位检测方法，其特征在于，步骤一中所述滴加去离子水或乙醇，其浓度为40-90％。

5.根据权利要求2所述的用于微毫米级颗粒粒度的原位检测方法，其特征在于，步骤二中将显微检测装置通过usb连接上位机。

6.根据权利要求2所述的用于微毫米级颗粒粒度的原位检测方法，其特征在于，步骤四中所述x方向或y方向平移距离为0.1-1mm。

7.一种用于微毫米级颗粒粒度的原位检测装置，用于实现权利要求1-6任一项所述的原位检测方法，其特征在于：包括显微检测装置(1)、上位机(2)，所述显微检测装置(1)包括显微镜(1-1)、载物台(1-2)、样品盘(1-3)、步进电机(1-4)、二维平移滑轨(1-5)、支撑柱(1-6)、底座(1-7)、支臂(1-8)，所述显微检测装置(1)与上位机(2)建立连接，所述显微镜(1-1)通过支臂(1-8)与底座(1-7)建立连接，并通过ccd图像传感器将图像传输至上位机(2)实时显示，所述样品盘(1-3)设置在载物台(1-2)上，载物台(1-2)设置在二维平移滑轨(1-5)上，二维平移滑轨(1-5)通过支撑柱(1-6)与底座(1-7)建立连接，载物台(1-2)与步进电机(1-4)建立连接，上位机(2)内集成微控制器和驱动器，步进电机(1-4)经驱动器连接到微控制器，驱动步进电机(1-4)带动载物台(1-2)在二维平移滑轨(1-5)上进行二维移动，微控制器内包括所述检测分析软件。

8.根据权利要求7所述的用于微毫米级颗粒粒度的原位检测装置，其特征在于，所述步进电机(1-4)采用28bjy-48步进电机。

9.根据权利要求7所述的用于微毫米级颗粒粒度的原位检测装置，其特征在于，所述驱动器采用uln2003驱动板或tb6600驱动板。

技术总结
本申请属于测试技术领域，公开了一种用于微毫级颗粒粒度的检测方法及装置，检测方法包含以下步骤：待测样品粉末置于样品盘中，滴加去离子水或乙醇；显微检测装置连接上位机；打开上位机中的检测分析软件；显微镜在软件控制下对样品进行拍照，经过检测分析软件读取图像，进行灰度、二值化、边缘检测、圆半径测量、统计计算处理；样品盘在软件控制下自动平移，显微镜对样品进行拍照；重复步骤三、四若干次，绘制粒径分布曲线，完成检测。检测装置包括显微检测装置、上位机，所述显微检测装置包括显微镜、载物台、样品盘、步进电机、二维平移滑轨、支撑柱、底座、支臂。本申请解决了现有技术中检测微粒粒度分布设备昂贵，操作复杂，非原位等问题。

技术研发人员：杨志韬,刘刚
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23