本发明涉及一种高通量粉末材料检测方法、检测设备及应用方法，属于粉末材料检测的技术领域。
背景技术：
目前对粉末材料粒度及粒度分布的测试方法主要包括有：筛分法、显微镜法、沉降法、透气法、电感应法、光学测试方法、x射线透射法等。
其中，所述筛分法是最古老最简单的粒度测试方法，采用不同孔径的筛子对粉料进行筛分。筛分有干筛和湿筛两种。湿筛应用于液体中的颗粒物质或干筛时易成团的细粉料以及脆性粉料。所述筛分法的特点是操作简单，但可重复性差，且获得的信息单一，误差较大，只能获得粉末材料的平均粒度，无法获知颗粒的形状等信息。
其中，显微镜法是采用光学或电子显微镜直接观察颗粒形状大小。显微镜法测量的是颗粒的表观粒度，即颗粒的投影尺寸。目前采用的颗粒图像分析仪，可以通过对图像的光学投影尺寸的定量测量，来求知图像的原始性质，如图像的大小、分布、表面积等，具有快速和重复性好的特点。所述显微镜法只能通过平面图像进行处理，无法获知粉末材料的三维结构信息。同时，该方法对混合颗粒处理难度较大。
其中，沉降法一般分为重力沉降和离心沉降两种。重力沉降是颗粒在悬浮介质中依靠自身的重力作用自然沉降，离心沉降是在悬浮介质中的颗粒借助离心力作用而沉降。两种方式都是根据大颗粒沉降快、小颗粒沉降慢的规律，从颗粒的沉降速度测定粒径。所述沉降法对样品制备要求较高，必须制备分散均匀的悬浮液。同时该方法处理混合颗粒时，由于不同颗粒密度不同，其沉降速度也不相同，处理时会产生较大误差。
其中，透气法的原理是：恒定压强的气流在通过粉料后，其压强会减小，而压强变化的大小与所通过的粉料的粗细程度有关。在粉料样品重量相等，并且压实程度一致的条件下，气流穿过颗粒粗的粉料比穿过颗粒小的粉料较容易，穿过样品后的气流压强值相应较大。所述透气法测量简单，重复性好，但是只能得到颗粒平均尺寸，且无法测量湿料。不同测量仪之间误差较大，平均粒度——孔隙度曲线图制作比较麻烦。
其中，电感应法的基本原理是使悬浮在电解质中的颗粒通过一小孔，在小孔两边各浸有一个电极，颗粒通过小孔时电阻变化而产生电压脉冲，其振幅与颗粒的体积成正比。这些脉冲经过放大、甄别和计数，从演算的数据可测得悬浮相的颗粒大小分布。所述电感应法适合于不同材料组成的混合颗粒的测试，但是对带孔颗粒的测试存在较大误差。同时，由于电感应法要求样品中所有颗粒悬浮在电解液中，不能因颗粒大而造成沉降现象，故对于粒度分布较宽的样品，此种方法难以获得准确的分析。
其中，光学测试法主要指激光粒度分析仪。当光束照射到颗粒时，光向各个方向散射，并在颗粒背后产生瞬间阴影，照射光部分被颗粒吸收，部分产生衍射。光的散射和衍射与颗粒的粒度有一定关系，利用散射光强分布或光能分布函数可以测定粒子的尺寸分布特征。所述激光粒度分布测试仪要求粉末材料数量不能太多或太少，太多会使衍射信号太强，使光电转换元件饱和，超出测试范围；太少会使衍射信号太弱，测试不准确。同时，激光粒度分布测试仪也只能得到粉末材料二维的粒度信息，无法获知粉末材料的三维结构，以及粉末材料颗粒的内部质量。
关于x射线透射法，现有专利文献cn201141842公开了用于粉末物料的x射线直接数字成像检测系统，其中，介绍了一种采用x射线对粉末夹渣进行检测的方法，采用的是x射线透射成像的方法，x射线透过粉末及传送带，在显示屏上成像，其成像平面与x射线入射方向垂直。用于粉末物料的x射线直接数字成像检测系统，由于其分辨率较低，只能用于检测粒径较大的粉末，主要用于夹渣的检测及清理。而且由于粉末在传送带上通常是堆在一起的，所形成的图像为多层粉末图像叠加的结果，很可能会掩盖内部的缺陷造成误检。此外，被检粉末的密度不能小于传送带的密度，因此更适合用于金属粉末的检测。
综上，在现有技术中还没有能够真正实现对粉末材料或粉末材料进行三维检测的方法。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明公开了一种高通量粉末材料检测方法。
本发明还公开了一种实现上述检测方法的检测设备。
本发明还公开了对粉末材料进行检测的应用方法。
本发明的技术方案如下：
一种高通量粉末材料检测方法，采用放射线照射待检测的粉末材料，其特征在于，根据放射线衰减参数实现对待检测粉末材料的三维图像进行重建。
本发明进一步公开的，在放射线照射的方向上依次设置有：放射源、待检测的粉末材料、光电转换探测器，所述光电转换探测器与外部计算设备相连，在所述放射源和待检测的粉末材料之间设置有前准直器；所述前准直器用于将放射源的锥形束调整为扇形束后对粉末材料进行照射；即所述放射线的发射方向与被测粉末的成像断面平行；在所述待检测的粉末材料和光电转换探测器之间设置有后准直器；所述后准直器用于过滤衍射及散射光线并将直射过的放射线聚焦至光电转换探测器上。本发明中所述外部计算设备中加载有识别放射线衰减参数的算法，所述算法还能根据上述放射线衰减参数重建粉末材料的三维图像，所述算法是本领域所常用的工业ct扫描算法，并不是本发明所要保护的范围。本发明主要对粉末材料的粒径、粒径分布、内部质量等进行检测，并通过外部计算设备的数据算法处理实现对获取的数据进行统计分析。本发明可以帮助粉末材料生产商及使用者对粉末材料的质量进行检测和控制。
本发明进一步公开的，所述放射线照射对待检测的粉末材料进行360°照射，所述光电转换探测器实时与所述放射线处于同一直线上。此处设计的优点在于，所述放射线照射对待检测粉末材料进行360°旋转照射，实现一体化三维扫描。
本发明进一步公开的，所述待检测的粉末材料被所述放射线照射时：所述粉末材料呈边旋转运动、同时沿垂直于旋转面的方向运动，所述粉末容器的内径为放射线对粉末材料的照射断面的宽度。此处设计的优点在于，根据粉末样品性质的制约条件，将粉末置于旋转升降设备上，实现对粉末材料进行边旋转边升降，通过设定射线源、前准直器与检测平台之间的距离，使所述射线照射宽度与粉末容器内径相适应，从而达到全面无死角三维扫描，且不必再对检测平台位置进行调整。相比于旋转、升降的间接扫描方式，螺旋式升降可以实现连续扫描，而不必等待样品位置调整完毕再继续扫描，因此不必进行射线源的频繁开关，同时减少了等待时间，提高了检测效率。
本发明进一步公开的，所述待检测粉末材料被填装在容器中。此设计在于，将待检测粉末固定在容器中，所述放射线的照射宽度与容器宽度匹配一致，便于根据不同客户要求获取不同形状的粉末材料单元，以实现三维重现后的统计与分析。
本发明进一步公开的，所述盛装粉末的容器为圆柱形细管。具有固定形态的容器。
本发明进一步公开的，所述容器为直径1～10mm的圆柱形细管。此设计的优点在于，利用放射线扇形光束对粉末材料进行无死角断面照射，大大减少散射，提高检测精度和检测效率。
本发明进一步公开的，所述高通量粉末材料检测方法还包括：通过调节射线强度及焦点大小，以检测不同粒径范围的粉末。本发明所能检测粉末的种类不限，粒径范围最低至纳米级。
本发明进一步公开的，所述放射线为x射线、y射线或同步辐射x射线。本发明可根据行业具体需求可以选择不同的射线源，因此射线源不限于螺旋加速器、直线加速器等形式。在本发明中，所述发射射线与被成像粉末的断面成平行的几何关系，与现有技术的方法相比，本发明可以精确得到每个粉末颗粒的三维结构图，以及粉末颗粒内部的结构图，本领域的技术人员通过利用上述三维结构图实现对粉末材料的粒径、粒径分布、圆度、体积、密度分布等进行精确的统计分析。
一种对上述高通量粉末材料进行检测的设备，至少包括：射线源、检测平台、光电转换探测器、外部计算设备和铅房；其特征在于，在所述射线和检测平台之间设置有前准直器；在检测平台和光电转换探测器之间设置有后准直器；所述检测平台为能沿轴向升降，且沿轴向旋转。本发明是一种融合了x射线成像、光电转换、图像重建、机械设计等众多先进技术的集成系统。光电转换探测器用来测量穿过粉末的射线信号，经放大和模数转换后送进外部计算设备进行图象重建。所述外部计算设备用于完成图象重建、显示及处理等。所述铅房用于射线安全防护。利用本发明所述方法：可在粉末材料的四周配置多组射线源及对应的光电转换探测器，以提高检测效率和检测精度。
本发明进一步公开的，所述高通量粉末材料进行检测的设备还包括中央控制系统，用于控制射线扫描、射线参数调整和光电转换探测。
本发明进一步公开的，所述外部计算设备中加载有图像处理系统。所述图像处理系统用于对粉末材料的三维重建。
如上述检测设备的应用方法：对冶金粉末进行检测。如上述检测设备的应用方法：对3d打印粉末进行检测。如上述检测设备的应用方法：对喷粉粉末进行检测。如上述检测设备的应用方法：对研磨粉末进行检测。如上述检测设备的应用方法：对水泥粉末进行检测。本发明针对粉末冶金、3d打印、喷粉、研磨、水泥等粉末材料生产行业及用户的检测需求，提供了一种可以对粉末材料颗粒进行全方位检测的方法及设备。
本发明进一步公开的，所述检测平台包括竖向移动机构和旋转机构，所述竖向移动机构用于驱动盛装粉末材料容器竖向移动，所述旋转机构用于驱动盛装粉末材料容器旋转；
所述竖向移动机构包括支架、滚珠丝杠传动机构和第一驱动电机，所述滚珠丝杠传动机构包括导轨、丝杠和滑块，所述导轨和丝杠安装在支架上，所述滑块能够沿导轨竖直滑动并与丝杠螺纹配合，所述第一驱动电机安装在支架上并与丝杠连接；所述旋转机构包括托架、转盘和第二驱动电机，所述托架与滑块固定连接，所述转盘和第二驱动电机均安装在托架上，所述第二驱动电机与转盘连接，所述盛装粉末材料容器放置在转盘上；
所述滚珠丝杠传动机构对称安装在支架的两侧，所述第一驱动电机的输出轴与其中一根丝杠连接，两根所述丝杠通过链传动机构连接。
此设计的优点在于，本发明能够通过检测平台驱动盛装粉末材料容器做竖向移动和绕竖直轴旋转的复合运动，并且前准直器发出的平行射线的高度与盛装粉末材料容器旋转360°过程中竖向移动的距离相等，将足量的样本至于盛装粉末材料容器中，通过本发明能够对盛装粉末材料容器中的样本进行360°无死角扫描，不需要频繁更换样本和开关射线源，检测效率高。
本发明的技术优势在于：
本发明可以实现粉末材料的三维成像，从而获得粉末材料的形状、粒径、粒径分布，以及内部质量缺陷等信息。具体是利用了射线衰减与密度及原子序数的相关性，以精确获得粉末材料的种类和密度分布信息。基于此，本发明所述方法对待测粉末材料的种类和形态没有严格要求，进而免去了对粉末材料进行特别处理的工序。本发明通过对粉末材料的独立盛装、旋转升降多维驱动照射检测，从而获得每一个粉末材料颗粒的独立信息和综合统计信息，无论是在三维成形和统计检测上所述结果都更加精确。本发明所述的方法可以帮助粉末材料生产商及粉末材料的使用者获得精确的三维图像及具体参数，使检测结果更加直观和精确，对后续粉末的应用能起到至关重要的参考作用。
附图说明
图1是本发明中所述检测设备的整体结构示意图；
图2为利用本发明所述方法得到的al-12si粉末三维重建图像，其中所述的盛装粉末材料的容器为长方体形容器；
图3为利用本发明所述方法测得的粉末断层图像及统计分析结果：包括颗粒数、空腔比例、圆度、平均等效粒径、等效粒径分布；
图4为利用本发明所述方法测得的粉末等效粒径分布；
在图4中，所测得的粉末为al10simg粉末，图中，横坐标为粉末等效直径，单位为微米；
图5为利用本发明所述方法测得的粉末颗粒圆度分布；
图5中，横坐标为粉末圆度，无单位；
图6本发明中所述检测平台的结构示意图。
在图1、图6中，1、射线源，2、前准直器，3、盛装粉末材料容器，4、后准直器，5、探测器，6、图像处理系统，7、支架，8、第一驱动电机，9、导轨，10、丝杠，11、滑块，12、托架，13、转盘，14、第二驱动电机，15、链传动机构，16、光收集器件，17、光传输器件，18、光电转换探测器，19、前端电子学电路，20、铅房。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1、
如图1所示。
一种高通量粉末材料检测方法，采用放射线照射待检测的粉末材料，根据放射线衰减参数实现对待检测粉末材料的三维图像进行重建。
在放射线照射的方向上依次设置有：放射源1、待检测的粉末材料、光电转换探测器18，所述光电转换探测器18与外部计算设备相连，在所述放射源1和待检测的粉末材料之间设置有前准直器；所述前准直器2用于将放射源1的放射线扩束成平行光后对粉末材料进行照射；在所述待检测的粉末材料和光电转换探测器18之间设置有后准直器4；所述后准直器4用于过滤衍射及散射光线并将直射过的放射线聚焦至光电转换探测器上18。
所述放射线照射对待检测的粉末材料进行360°照射，所述光电转换探测器18实时与所述放射线处于同一直线上。采用此种检测方式时，所述放射线对所述粉末材料每照射360°，即得到一个断层的扫描图像，继续重复360°照射检测容器，实现对所有粉末的全部扫描。
实施例2、
如图1、6所示。
如实施例1所述的一种高通量粉末材料检测方法，其区别在于，所述待检测的粉末材料被所述放射线照射时：所述粉末材料呈边旋转运动、同时沿垂直于旋转面的方向运动，所述粉末容器的内径为放射线对粉末材料的照射断面的宽度。采用此方式驱动粉末材料时，粉末材料进行边旋转边升降，通过设定粉末材料每旋转360°升降单位宽度与所述射线照射厚度相适应，并且所述扇形束射线到达粉末容器时的宽度与粉末容器的内径相适应的条件，从而达到全面无死角三维扫描。
实施例3、
如实施例2、3所述的一种高通量粉末材料检测方法，其区别在于，所述待检测粉末材料被填装在容器3中。
如图2，所述粉末材料被填装在一个矩形容器中，然后被照射扫描出来的三维图形。不同颜色深度的颗粒都代表一类特定材质的颗粒。通过图2可以清晰的看出每个颗粒的形状和构造，如果检测方需要更精确的数据，还可以将图2的三维图形利用现有的常规技术进行处理，得到进一步的参数统计数据。
实施例4、
如实施例3所述的一种高通量粉末材料检测方法，其区别在于，所述盛装粉末的容器3为圆柱形细管。所述容器为直径1～10mm的圆柱形细管。利用放射线扇形光束对粉末材料进行无死角断面照射，大大减少散射，提高检测精度和检测效率。
如图3，是利用本发明所述方法测得的粉末断层图像及统计分析结果：包括颗粒数、空腔比例、圆度、平均等效粒径、等效粒径分布、内合物：
实施例5、
如实施例1-4所述的一种高通量粉末材料检测方法，其区别在于，所述高通量粉末材料检测方法还包括：通过调节射线强度及焦点大小，以检测不同粒径范围的粉末。本发明所能检测粉末的种类不限，粒径范围最低至纳米级。
实施例6、
如实施例1-5所述的一种高通量粉末材料检测方法，所述放射线为x射线。
或者，所述放射线为y射线。
或者，所述放射线为同步辐射x射线。
实施例7、
如图1、6所示。
一种对上述实施例1-6所述高通量粉末材料进行检测的设备，至少包括：射线源1、检测平台、光电转换探测器18、外部计算设备和铅房20；在所述射线和检测平台之间设置有前准直器2；在检测平台和光电转换探测器18之间设置有后准直器4；所述检测平台为能沿轴向升降，且沿轴向旋转。
所述高通量粉末材料进行检测的设备还包括中央控制系统，用于控制射线扫描、射线参数调整和光电转换探测。
所述外部计算设备中加载有图像处理系统6。所述图像处理系统用于对粉末材料的三维重建。
如图1所示，x射线从射线源中发出，经过前准直器2将锥形束调整为扇形束，通过调整射线源1检测平台以及光电转换探测器18的位置，使扇形射线束的宽度恰好可以将盛装粉末材料容器3完全覆盖，光电转换探测器18恰好可以完全接收从样品中射出的x射线，其中，所述光电转换探测器18为扇形。盛装粉末材料容器3放置在检测平台上，射线穿过盛装粉末材料容器3后，经过后准直器4调整，由光电转换探测器18接收并将光信号转为电信号进行存储、转换、成像。x射线辐射中心、样品台中心与光电转换探测器18中心应在一条直线上。扇形射线束的厚度为成像切片的厚度。盛装粉末材料容器3螺旋式上升，每旋转360°即完成一层扫描，最后将多层扫描结果叠加，即得到粉末样品的三维图像。
上述射线源1包括x光管、高压电源、控制电路、冷却系统、阴极电子枪、阳极金属靶。
本发明进一步公开的，所述检测平台包括竖向移动机构和旋转机构，所述竖向移动机构用于驱动盛装粉末材料容器3竖向移动，所述旋转机构用于驱动盛装粉末材料容器3旋转；
所述竖向移动机构包括支架7、滚珠丝杠传动机构和第一驱动电机8，所述滚珠丝杠传动机构包括导轨9、丝杠10和滑块11，所述导轨9和丝杠10安装在支架7上，所述滑块11能够沿导轨9竖直滑动并与丝杠10螺纹配合，所述第一驱动电机8安装在支架7上并与丝杠10连接；所述旋转机构包括托架12、转盘13和第二驱动电机14，所述托架12与滑块11固定连接，所述转盘13和第二驱动电机14均安装在托架12上，所述第二驱动电机14与转盘13连接，所述盛装粉末材料容器3放置在转盘13上；
所述滚珠丝杠传动机构对称安装在支架7的两侧，所述第一驱动电机8的输出轴与其中一根丝杠连接，两根所述丝杠通过链传动机构连接。
实施例8、
如实施例7所述检测设备的应用方法：对冶金粉末进行检测。
实施例9、
如实施例7所述检测设备的应用方法：对3d打印粉末进行检测。
实施例10、
如实施例7所述检测设备的应用方法：对喷粉粉末进行检测。
实施例11、
如实施例7所述检测设备的应用方法：对研磨粉末进行检测。
实施例12、
如实施例7所述检测设备的应用方法：对水泥粉末进行检测。
应用例：
下面通过一个具体的应用例对本发明做具体的操作说明，以使本领域的技术人员能够实现。
本发明所述方法的执行步骤如下：
首先，关闭铅房20，并打开监测铅房的射线剂量测定装置，然后接通电源，射线源发出x射线：如果铅房外射线剂量超标，警报装置发出警报，并自动关闭电源。
在射线源与检测平台之间有一个或多个准直器，准直器的开口大小可通过手动或计算机控制进行调节，前准直器的作用是将x射线调整为扇形束，后准直器的作用是过滤散射x射线。射线经过前准直器照射在被盛装在直径1～10mm的圆柱形细管内的粉末材料上。
由于细管的形状和直径已经固定，只需调节好射线源、检测平台和探测器之间的相对位置，即可保证x射线束可以完全覆盖样品的切面，而不必通过移动射线源和光电转换探测器实现对粉末材料的扫描，从而使设备更加简单紧凑，扫描过程更加简便。
本发明通过机械传动系统控制容器完成旋转、升降间接式扫描，或采用螺旋升降一体式扫描。射线从样品中射出后再经过后准直器照射在光电转换探测器上。光电转换探测器接收到射线后，通过光电元件转换成电信号，电信号转换成数字信号后通过图像处理系统完成每一层的二维或三维图像重建。最后通过数据分析软件进行统计、分析，并将结果输出。