[发明专利]一种粉体颗粒表面粗糙度的检测方法及系统

说明书

本发明涉及一种粉体颗粒表面粗糙度的检测方法，包括：1)获取粉体颗粒表面的形貌图像；2)对形貌图像进行三维重建，获得三维形貌模型；3)计算三维形貌模型的分形维数，利用分形维数表征粉体颗粒表面粗糙度。与现有技术相比，本发明可以全面地定量描述颗粒表面的粗糙度，计算不同尺度下分形维数来表征颗粒表面粗糙度，适用范围广。

技术领域

本发明涉及一种，尤其是涉及一种粉体颗粒表面粗糙度的检测方法及系统。

背景技术

粉体颗粒的表面形貌对粉体的性能至关重要。常见的形貌参数包括粒径分布、粒形系数、比表面积、表面粗糙度等，其中粒径、形貌、形状、表面积等参数都可以通过测试仪器精确测量，但是关于粉体颗粒表面粗糙度的精确表征一直没有得到有效解决。粉体表面粗糙度一般定义为粉体颗粒的实际表面积与把颗粒外观看成光滑时的表面积之比，表面粗糙度反映了粉体颗粒表面的精细结构，已有研究表明，粉体颗粒表面粗糙度与粉体的流变性、分散性、吸水性、填充性、表面活性、负载性有直接的关系，精确测量颗粒表面粗糙度对于粉体的应用至关重要。

扫描电子显微镜等微观测试手段为粉体颗粒形貌研究提供了便捷的手段，通过直接观察粉体的SEM照片即可以定性研究其圆度和球度等粒形方面的差异，但是很难区别其表面粗糙度的不同。通过“勃氏法”，“BET法”，虽然可以测出粉体的表面积，定量研究颗粒表面粗糙度，但是由于各种方法的测量精度的不同，很难全面反映粉体的细部构造。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种粉体颗粒表面粗糙度的检测方法及系统，可以全面地定量描述颗粒表面的粗糙度，计算不同尺度下分形维数来表征颗粒表面粗糙度，适用范围广。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种粉体颗粒表面粗糙度的检测方法，包括：

1)获取粉体颗粒表面的形貌图像；

2)对形貌图像进行三维重建，获得三维形貌模型；

3)计算三维形貌模型的分形维数，利用分形维数表征粉体颗粒表面粗糙度；

分形维数是一个综合参数，可以全面地定量描述颗粒表面的粗糙度，分形维数越大，粉体颗粒表面粗糙度越大；

此外，矿物粉体的流动性与矿物粉体颗粒的表面粗糙度密切相关，在粒形相似的前提下，颗粒表面的微米级粗糙度直接决定了粉体的流动性，粗糙度越大，流动性越低，反之亦然；粉体表面的润湿性不仅与粉体的化学组成相关，还与粉体颗粒表面的微纳米粗糙度相关。研究表明，微纳米粗糙度越大，粉体的润湿性越差，反之亦然；可以根据研究尺度的需求，计算不同尺度下分形维数来表征颗粒表面粗糙度，满足不同的研究需求，适用范围广。

进一步地，所述的步骤2)包括：

对形貌图像进行二维图片像素转换，提取每一像素点的灰度值，以图片像素作为XOY坐标平面，以每一像素点的灰度值作为Z值，构建三维形貌模型。

进一步地，利用盒子维数模型计算三维形貌模型的分形维数。

进一步地，所述的步骤3)包括：

使用边长为的立方体盒子去覆盖三维形貌模型，n＝1,2...k，求解完全覆盖三维形貌模型所需的最少盒子个数N_n，获得k组数组(ln2ⁿ,lnN_n)，所述的N_n求解公式为：

其中，D为三维形貌模型的盒子维数；

利用最小二乘法对所有数组进行线性拟合，获得的拟合直线的斜率即为三维形貌模型的分形维数。

进一步地，通过扫描电子显微镜获取粉体颗粒表面的背散射电子图像，作为粉体颗粒表面的形貌图像；