专利名称：一种颗粒不圆度的测量方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及不圆度測量技术领域，特别涉及一种颗粒不圆度的測量方法及系统。
背景技术：
模块式高温气冷堆堆芯中装有直径为6cm的球形燃料元件，每个球形燃料元件内有8000-16000多个包覆燃料颗粒弥散在石墨基体材料中，包覆燃料颗粒是由多层热解炭和碳化硅等材料包覆在ニ氧化铀微球上制成 的。ニ氧化铀核芯的直径和不圆度是重要的设计指标，对最終球形燃料元件的性能有重要影响。在包覆燃料颗粒的生产中，要求快速准确地测量ニ氧化铀核芯的直径和不圆度，根据测量结果及时调整エ艺參数，确保制备出高性能的高温气冷堆包覆燃料颗粒。測量ニ氧化铀核芯的直径和不圆度的方法有投影放大-手动测量法；测量投影仪测量法；图像放大-手动测量法。I、投影放大-手动测量法该方法首先将颗粒固定放置在投影仪的载物台上，投影仪将颗粒放大到投影屏幕上，再用直尺在投影屏幕上測量放大一定倍数的颗粒直径，以及最大、最小直径。采用该方法测量时，投影屏上被测颗粒的直径约为10cm，而直尺的分格为1mm，分辨率低，为5/1000。该方法精度较低，数据处理工作量大。2、測量投影仪测量法測量投影仪法与投影放大手动测量法均采用投影仪进行测试，但精密測量投影仪法与投影放太-手动测量法的区别是可以通过精密測量投影仪直接测量颗粒的尺寸，无需再采用直尺在屏幕上进行测量。由于精密測量投影仪测量存在一定的误差，且通过目測判断其最大最小直径的位置时容易出现偏差，因此该方法的測量精度也较低。3、图像放大-手动测量法图像放大-手动测量法首先用X射线透射照相法，摄取ニ氧化铀等微球的X射线干板照片，再将X射线干板照片安放在生物显微镜的载物台上，聚焦试样，在监视器上得到边界清楚的图像。再通过肉眼观察和软件手动图像处理系统测量得到颗粒的最大和最小直径，最大和最小直径之比即为不圆度。该方法操作简单，但不圆度测量精度比较低，其中主要原因有两个第一是用肉眼观察颗粒放大图像，目测选择最大和最小直径容易出现偏差；第二是测量方式为用鼠标拉线測量，測量点不易与颗粒图像边界完全重合，使直径测量产生偏差。以上測量最大和最小直径时产生的偏差，最終影响不圆度的測量结果，导致该法测量不圆度精度较低。此外，该方法測量时图像不能保存，不利于重复測量。

发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何提高测量颗粒不圆度的測量精度。(ニ)技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了一种颗粒不圆度的測量方法，所述方法包括SI :获取待测颗粒的X射线干板照片；S2 :利用所述X射线干板照片获取所述待测颗粒的图像；S3 :识别所述图像上所述待测颗粒的边界，并利用所述边界获取所述待测颗粒上预设方向的直径；S4 :选择步骤S3中获取直径的最大值和最小值，并利用所述最大值和最小值计算所述待测颗粒的不圆度。 优选地，步骤S3之后还包括以下步骤S5 :计算步骤S3中获取直径的平均值，并将所述平均值作为所述待测颗粒的直径。优选地,步骤SI具体包括Sll :将所述待测颗粒置于X光相机样品支撑网膜中，并将所述X光相机样品支撑网膜置于X射线晶体分析仪的照相箱； S12 :将所述X光相机放入所述照相箱内，将预先裁好的干板底片插入所述X光相机内；S13 :关闭所述照相箱，再启动所述X光相机进行拍照，以获得所述待测颗粒的X射线干板照片。优选地，步骤S13中，所述待测颗粒的X射线干板照片是在不曝光的条件下，取出底片，在暗室里进行显影、定影、水冲洗和晾干获取到的。优选地，步骤S2中，获取所述待测颗粒的图像是通过在显微镜透射光源下，利用精密显微镜采集预设倍数下的图像来实现。优选地，所述步骤S2和步骤S3之间，还包括对所述图像进行预处理。优选地，所述预处理包括依次进行的灰度转换、ニ值化处理、填补内孔和修补边界。优选地，所述预设方向为至少两个不同的方向。优选地，若所述待测颗粒的材料为放射性材料，则步骤Sf S2均在手套箱中进行。本发明还公开了ー种颗粒不圆度的測量系统，所述系统包括照片获取模块，用于获取待测颗粒的X射线干板照片；图像获取模块，用于利用所述X射线干板照片获取所述待测颗粒的图像；直径測量模块，用于识别所述图像上所述待测颗粒的边界，并利用所述边界获取所述待测颗粒上预设方向的直径；不圆度计算模块，用于选择直径測量模块获取直径的最大值和最小值，井利用所述最大值和最小值计算所述待测颗粒的不圆度。(三)有益效果本发明通过识别待测颗粒的边界，并利用边界获取预设方向的直径，再计算所述待测颗粒的不圆度，避免引入了人为误差，提高了对颗粒不圆度的測量精度，另外，本发明的測量方法的图像能够保存，便于重复測量。


图I是按照本发明ー种实施方式的颗粒不圆度的測量方法的流程图；图2是按照本发明ー种实施方式的颗粒不圆度的測量系统的结构框图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进ー步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。图I是按照本发明ー种实施方式的颗粒不圆度的測量方法的流程图；參照图1，所述方法包括SI :获取待测颗粒的X射线干板照片；S2 :利用所述X射线干板照片获取所述待测颗粒的图像； S3 :识别所述图像上所述待测颗粒的边界，并利用所述边界获取所述待测颗粒上预设方向的直径；S4 :选择步骤S3中获取直径的最大值和最小值，并利用所述最大值和最小值计算所述待测颗粒的不圆度。为实现计算所述待测颗粒的直径，优选地，步骤S3之后还包括以下步骤S5 :计算步骤S3中获取直径的平均值，并将所述平均值作为所述待测颗粒的直径。优选地,步骤SI具体包括Sll :将所述待测颗粒置于X光相机样品支撑网膜中，并将所述X光相机样品支撑网膜置于X射线晶体分析仪的照相箱；S12 :将所述X光相机放入所述照相箱内，将预先裁好的干板底片插入所述X光相机内；S13 :关闭所述照相箱，再启动所述X光相机进行拍照，以获得所述待测颗粒的X射线干板照片。优选地，步骤S13中，所述待测颗粒的X射线干板照片是在不曝光的条件下，取出底片，在暗室里进行显影、定影、水冲洗和晾干获取到的。优选地，步骤S2中，获取所述待测颗粒的图像是通过在显微镜透射光源下，利用精密显微镜采集预设倍数下的图像来实现，本实施方式中，所述预设倍数为50、100、200、500 或 1000。优选地，所述步骤S2和步骤S3之间，还包括对所述图像进行预处理。优选地，所述预处理包括依次进行的灰度转换、ニ值化处理、填补内孔和修补边界。优选地，所述预设方向为至少两个不同的方向，本实施方式中，选择二十个不同方向。所述待测颗粒为陶瓷微球、玻璃微球、轴承球以及合成的ニ氧化铀核芯及包覆燃料颗粒等具有特定形状的物质，若所述待测颗粒的材料为放射性材料，则步骤SrS2均在手套箱中进行。图2是按照本发明ー种实施方式的颗粒不圆度的測量系统的结构框图；參照图2，本发明还公开了ー种颗粒不圆度的測量系统，所述系统包括
照片获取模块，用于获取待测颗粒的X射线干板照片；图像获取模块，用于利用所述X射线干板照片获取所述待测颗粒的图像；直径測量模块，用于识别所述图像上所述待测颗粒的边界，并利用所述边界获取所述待测颗粒上预设方向的直径；不圆度计算模块，用于选择直径測量模块获取直径的最大值和最小值，井利用所述最大值和最小值计算所述待测颗粒的不圆度。实施例
本实施例以所述待测颗粒为ニ氧化铀核芯来说明本发明，但并不限定本发明的保护范围。本实施例的測量方法包括以下步骤SI、X 光照相a)在手套箱中，取约500个ニ氧化铀核芯颗粒倒入X光相机的样品支撑网膜上，尽量调整每个孔中有ー个ニ氧化铀核芯颗粒。装好样品后，将X光相机放入X射线晶体分析仪的照相箱内。b)将裁好的底片在不曝光的条件下插入X光相机内，关闭照相箱，确保照相时底片不受除X射线以外的其它光线的曝光。c)启动X光机，调整电压及电流值并开始照相。S2、照相结束后，在不曝光的条件下，取出底片，进行显影和定影。S3、采集图像a)开启摄像头，调整光源为透射光。b)根据测试需要选择适宜的物镜倍数，可以为5X、10X、20X、50X或者100X。选用较低倍数的物镜测试效率高，使用较高倍数的物镜可以提高测试的精度，因此可以根据不同的测试要求选择不同倍数的物镜。c)选择好适宜的物镜后，调节光强并调焦，使显微镜聚焦清晰。d)通过移动载物台，拍摄底片中的颗粒照片，拍摄过程中可以微调焦距，保证每张照片的图像清晰。S4、数据处理a)打开拍摄到的照片；b)根据选择的拍照倍数，加载标尺；c)调节照片參数使颗粒与背景的对比度明显；d)选择要测量的颗粒；f)对选中的颗粒进行颗粒度分析，即可通过测量20个方向的直径，得到颗粒的最大、最小直径，从而计算得到颗粒的不圆度。采用本实施例的方法可以通过测量颗粒在20个不同方向的直径得到最大直径和最小直径，其显著效果为操作简单、測量速度快、精度较高，与现有技术的三种方法相比采用计算机采集和处理数据，大大降低了测量过程中人为误差对不圆度測量结果的影响。而且还可以通过调节精密測量显微镜物镜的放大倍数从而调整測量精度和效率，以满足不同的测试需求。本实施例的方法特别适用于高温气冷堆燃料元件制造中的ニ氧化铀核芯及包覆燃料颗粒的直径和不圆度等技术指标的检测。 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种颗粒不圆度的測量方法，其特征在于，所述方法包括 Si:获取待测颗粒的X射线干板照片； 52:利用所述X射线干板照片获取所述待测颗粒的图像； 53:识别所述图像上所述待测颗粒的边界，并利用所述边界获取所述待测颗粒上预设方向的直径； 54:选择步骤S3中获取直径的最大值和最小值，并利用所述最大值和最小值计算所述待测颗粒的不圆度。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤S3之后还包括以下步骤55:计算步骤S3中获取直径的平均值，并将所述平均值作为所述待测颗粒的直径。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤SI具体包括 511:将所述待测颗粒置于X光相机样品支撑网膜中，并将所述X光相机样品支撑网膜置于X射线晶体分析仪的照相箱；512:将所述X光相机放入所述照相箱内，将预先裁好的干板底片插入所述X光相机内； 513:关闭所述照相箱，再启动所述X光相机进行拍照，以获得所述待测颗粒的X射线干板照片。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S13中，所述待测颗粒的X射线干板照片是在不曝光的条件下，取出底片，在暗室里进行显影、定影、水冲洗和晾干获取到的。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤S2中，获取所述待测颗粒的图像是通过在显微镜透射光源下，利用精密显微镜采集预设倍数下的图像来实现。
6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤S2和步骤S3之间，还包括对所述图像进行预处理。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预处理包括依次进行的灰度转换、ニ值化处理、填补内孔和修补边界。
8.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述预设方向为至少两个不同的方向。
9.如权利要求Γ8中任一项所述的方法，其特征在于，若所述待测颗粒的材料为放射性材料，则步骤Sf S2均在手套箱中进行。
10.一种颗粒不圆度的測量系统，其特征在于，所述系统包括 照片获取模块，用于获取待测颗粒的X射线干板照片； 图像获取模块，用于利用所述X射线干板照片获取所述待测颗粒的图像； 直径測量模块，用于识别所述图像上所述待测颗粒的边界，并利用所述边界获取所述待测颗粒上预设方向的直径； 不圆度计算模块，用于选择直径測量模块获取直径的最大值和最小值，井利用所述最大值和最小值计算所述待测颗粒的不圆度。
全文摘要
本发明公开了一种颗粒不圆度的测量方法及系统，涉及不圆度测量技术领域，所述方法包括S1获取待测颗粒的X射线干板照片；S2利用所述X射线干板照片获取所述待测颗粒的图像；S3识别所述图像上所述待测颗粒的边界，并利用所述边界获取所述待测颗粒上预设方向的直径；S4选择步骤S3中获取直径的最大值和最小值，并利用所述最大值和最小值计算所述待测颗粒的不圆度。本发明通过识别待测颗粒的边界，并利用边界获取预设方向的直径，再计算所述待测颗粒的不圆度，避免了引入人为误差，提高了对颗粒不圆度的测量精度，另外，本发明的测量方法的图像能够保存，便于重复测量。
文档编号G01N15/02GK102692365SQ20121018428
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月5日 优先权日2012年6月5日
发明者刘小雪, 唐春和, 张凯红, 李自强, 赵宏生 申请人:清华大学