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高光譜成像在金屬和織物上的油污檢測(cè)中的應(yīng)用

來(lái)源:賽斯拜克 發(fā)表時(shí)間:2023-06-20 瀏覽量:1050 作者:awei

高光譜成像在金屬和織物表面油污檢測(cè)中發(fā)揮著重要作用。該技術(shù)通過(guò)獲取目標(biāo)表面多波段的光譜信息,能夠準(zhǔn)確識(shí)別油污的特征,實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬和織物上油污的快速檢測(cè)和分析。同時(shí),高光譜成像還能提供油污的定量信息,為清潔和維護(hù)工作提供科學(xué)依據(jù)。

高光譜成像在金屬和織物上的油污檢測(cè)中的應(yīng)用

高光譜成像技術(shù)是一種迅速發(fā)展的檢測(cè)和分析技術(shù),在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。它的基本原理是利用光譜學(xué)原理將不同波長(zhǎng)的光分離和檢測(cè),然后將其重新組合并形成一幅圖像。這種技術(shù)可以提供大量關(guān)于物體化學(xué)成分的信息,而不僅僅是物體的基本外觀。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括高精度和高分辨率。


金屬表面油污檢測(cè)的需求和難點(diǎn)

金屬表面油污檢測(cè)對(duì)于多個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)都非常重要,例如石油和天然氣、汽車(chē)制造和食品加工行業(yè)。然而,傳統(tǒng)的檢測(cè)方法往往存在一些局限性,例如檢測(cè)過(guò)程中需要停機(jī)、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)以及檢測(cè)精度不夠高等。因此,需要一種更先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)來(lái)解決這些問(wèn)題。


高光譜成像在金屬油污檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

高光譜成像技術(shù)在金屬表面油污檢測(cè)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),它可以提供高精度的測(cè)量,同時(shí)還可以在不停機(jī)的情況下進(jìn)行在線檢測(cè)。此外,高光譜成像技術(shù)還可以提供更多的信息,例如油污的種類(lèi)、分布和厚度等。這種技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其非侵入性,可以在不接觸金屬表面的情況下進(jìn)行檢測(cè)。


織物表面油污檢測(cè)的需求和難點(diǎn)

織物表面油污檢測(cè)在多個(gè)領(lǐng)域都有需求,例如石油和天然氣、醫(yī)療和衛(wèi)生、安全和防護(hù)服等。然而,傳統(tǒng)的檢測(cè)方法往往存在一些難點(diǎn),例如油污難以察覺(jué)、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)以及需要大量的人工干預(yù)等。


高光譜成像在織物油污檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

高光譜成像技術(shù)在織物表面油污檢測(cè)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),它可以提供高精度的測(cè)量和高分辨率的圖像。此外,該技術(shù)還可以在短時(shí)間內(nèi)完成大面積的檢測(cè),并自動(dòng)識(shí)別和分析油污的位置、大小和形狀等特征。這種技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其非侵入性,可以在不接觸織物表面的情況下進(jìn)行檢測(cè),不會(huì)對(duì)織物造成任何損傷。


高光譜成像技術(shù)在金屬油污檢測(cè)中的應(yīng)用案例

應(yīng)用高光譜成像技術(shù)進(jìn)行金屬油污檢測(cè)的案例包括對(duì)輸油管道和儲(chǔ)油罐內(nèi)表面的檢測(cè)。通過(guò)使用高光譜相機(jī)和相應(yīng)的軟件,可以在線檢測(cè)管道和儲(chǔ)罐內(nèi)表面的油污,并對(duì)其分布、厚度和類(lèi)型進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。這種方法與傳統(tǒng)方法相比,具有更高的精度和更快的速度。


高光譜成像技術(shù)在織物油污檢測(cè)中的應(yīng)用案例

應(yīng)用高光譜成像技術(shù)進(jìn)行織物油污檢測(cè)的案例包括對(duì)石油和天然氣行業(yè)的防護(hù)服和安全服的檢測(cè)。通過(guò)使用高光譜相機(jī)和相應(yīng)的軟件,可以快速在線檢測(cè)防護(hù)服和安全服表面的油污,確保其表面無(wú)任何油污或污染物。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是精度高、速度快、自動(dòng)化程度高,可以大大提高檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。


應(yīng)用實(shí)例

油在許多行業(yè)中被用作潤(rùn)滑劑,但在有些產(chǎn)品中,油通常被認(rèn)為是一種污染物,需要被探測(cè)識(shí)別。人眼很難觀察到油,傳統(tǒng)的RGB相機(jī)也很難檢測(cè),但是高光譜相機(jī)在某些波長(zhǎng)下工作時(shí)能夠捕捉到油存在的信息。

為了證實(shí)這一點(diǎn),研究人員將三種不同類(lèi)型的油涂抹在鋁片和黑色織物上(見(jiàn)圖1),包括Weldlite TF2(一種常用的潤(rùn)滑劑,例如用于自行車(chē)鏈條)、Würth HSP 1400(一種高溫潤(rùn)滑劑)和Pentisol(通用合成油),并使用三種不同型號(hào)的高光譜相機(jī)對(duì)其進(jìn)行掃描:SINESPEC 150M (900 – 1700 nm)、SPECIM SWIR (1000 – 2500 nm)和SPECIM FX50(2700 – 5300 nm)。


圖1:本研究中使用三種油涂抹在金屬和織物上。金屬板上的圓圈和一塊織物標(biāo)記了涂油的區(qū)域。綠色表示W(wǎng)eldlite油,紅色表示W(wǎng)ürth油,藍(lán)色表示Pentisol油


實(shí)驗(yàn)過(guò)程

SINESPEC 150M 高光譜相機(jī)檢測(cè)

SINESPEC 150M相機(jī)覆蓋900–1700 nm光譜范圍,廣泛用于工業(yè)質(zhì)量檢測(cè),適用于檢測(cè)天然和合成化合物,可用于測(cè)量物質(zhì)的數(shù)量,例如煙葉中的尼古??;也可以檢測(cè)食品中的異物,例如碎肉中的骨頭碎片、雜糧中的碎石等異物。關(guān)于機(jī)械油,迄今為止幾乎沒(méi)有進(jìn)行過(guò)測(cè)試。
根據(jù)光譜分析(見(jiàn)圖3和4),SINESPEC 150M相機(jī)無(wú)法檢測(cè)到所有油類(lèi)??梢栽谝欢ǔ潭壬蠙z測(cè)到Pentisol油,在織物上可以檢測(cè)到Würth 油(在1393 nm處有吸收峰),但是檢測(cè)不到Weltlite油。


圖2. SPECIM FX17相機(jī)采集的偽彩色圖像
圖3. SPECIM FX17相機(jī)測(cè)量的金屬板上三種油的光譜。綠色表示W(wǎng)eldlite油,紅色表示W(wǎng)ürth油,藍(lán)色表示Pentisol油。黃色光譜可被視為參考,因?yàn)樗鼈儍H與金屬有關(guān),不會(huì)被任何類(lèi)型的油破壞
圖4. SPECIM FX17相機(jī)測(cè)量的織物上三種油的光譜。綠色表示W(wǎng)eldlite油,粉紅色表示W(wǎng)ürth油,藍(lán)色表示 Pentisol油。橙色光譜可被視為參考,因?yàn)樗鼈儍H與織物有關(guān),不會(huì)被任何類(lèi)型的油破壞


對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行了主成分分析(PCA),得到了基于光譜的檢測(cè)結(jié)果。分析進(jìn)一步表明,SPECIM FX17近紅外高光譜相機(jī)可以檢測(cè)到油,但是比較微弱(圖5)。


圖5. 基于光譜的檢測(cè)結(jié)果



SPECIM SWIR 高光譜相機(jī)檢測(cè)

SPECIM SWIR 相機(jī)覆蓋1000–2500 nm光譜范圍。與FX17一樣,SWIR也適用于檢測(cè)不同的化學(xué)成分。由于其更寬的光譜范圍,SWIR比FX17檢測(cè)到的材料更多。

基于光譜分析(圖7和圖8),具有2200 nm以上光譜特征的SWIR相機(jī)適用于檢測(cè)不同類(lèi)型的油,尤其是Würth和Pentisol油??梢圆糠謾z測(cè)到Weltlite油。


圖6:SPECIM SWIR相機(jī)采集的偽彩色圖像
圖7. 使用SPECIM SWIR相機(jī)測(cè)量的金屬板上三種油的光譜。綠色表示W(wǎng)eldlite油,紅色表示W(wǎng)ürth油,藍(lán)色表示Pentisol油。黃色光譜可被視為參考,因?yàn)樗鼈儍H與金屬有關(guān),不會(huì)被任何類(lèi)型的油破壞
圖 8. 使用 SSPECIM SWIR 相機(jī)測(cè)量的織物上三種油的光譜。綠色表示W(wǎng)eldlite油,粉紅色表示 Würth油,藍(lán)色表示Pentisol油。橙色光譜可被視為參考,因?yàn)樗鼈儍H與織物有關(guān),不會(huì)被任何類(lèi)型的油破壞


結(jié)合PCA,進(jìn)行偏最小二乘判別分析(PLS-DA)以評(píng)估SWIR 相機(jī)的分類(lèi)性能(見(jiàn)圖9)。結(jié)果顯示,可以從金屬和織物表面檢測(cè)到Würth和Pentisol油,并使用SPECIM SWIR相機(jī)進(jìn)行分類(lèi)。Weltlite油可以在織物上檢測(cè)到,但不能在金屬上可靠的檢測(cè)到。

值得注意的是,即使所有的油都涂在樣品的非常有限的區(qū)域,Weltlite油已經(jīng)在織物上廣泛擴(kuò)散。


圖9. 用SpecimONE分選軟件檢測(cè)的效果


SPECIM FX50 高光譜相機(jī)檢測(cè)

SPECIM FX50相機(jī)覆蓋2700–5300 nm光譜范圍,即所謂的MWIR。FX50非常適合分揀不同類(lèi)型的聚合物,無(wú)論其顏色如何,甚至是黑色的。

結(jié)果表明,F(xiàn)X50可以檢測(cè)金屬和織物表面上的所有三種不同類(lèi)型的油。FX50甚至可以檢測(cè)到微小的油滴。測(cè)試顯示在3300和3500 nm光譜范圍之間有很強(qiáng)的吸油性(圖11和12)。


圖10. SPECIM FX50相機(jī)采集的偽彩色圖像
圖11. 使用 SPECIM FX50相機(jī)測(cè)量的金屬板上三種油的光譜。綠色表示W(wǎng)eldlite油,紅色表示W(wǎng)ürth油,藍(lán)色表示Pentisol油。黃色光譜可被視為參考,因?yàn)樗鼈儍H與金屬有關(guān),不會(huì)被任何類(lèi)型的油破壞
圖12. 使用 SPECIM FX50相機(jī)測(cè)量的織物上三種油的光譜。綠色表示 Weldlite,紅色表示 Würth,藍(lán)色表示 Pentisol 油。黃色光譜可被視為參考,因?yàn)樗鼈儍H與織物有關(guān),不會(huì)被任何類(lèi)型的油破壞


除了PCA之外,研究人員還建立了PLS-DA模型來(lái)評(píng)估SPECIM FX50相機(jī)的分類(lèi)性能。如圖13所示,三種類(lèi)型的油都可以從金屬和織物表面檢測(cè)到,并使用SPECIM FX50相機(jī)進(jìn)行分類(lèi)。


圖13. 用SpecimONE分選軟件檢測(cè)的效果


結(jié)論

根據(jù)分析,我們可以得出結(jié)論,SPECIM FX50是檢測(cè)表面油脂更為合適的高光譜相機(jī)。使用FX50,還可以對(duì)不同類(lèi)型的油品進(jìn)行分類(lèi)。

在金屬和織物油污檢測(cè)中,高光譜成像技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。例如,在汽車(chē)制造行業(yè)中,高光譜成像技術(shù)可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪箱等部件進(jìn)行油污檢測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障,保障汽車(chē)運(yùn)行安全。此外,高光譜成像技術(shù)還可以在紡織行業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)等領(lǐng)域的油污檢測(cè)中發(fā)揮重要作用。


高光譜成像技術(shù)作為一種先進(jìn)的檢測(cè)和分析技術(shù),在金屬表面和織物表面油污檢測(cè)中都具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它可以提供高精度和高分辨率的測(cè)量結(jié)果,同時(shí)還可以大大提高檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。未來(lái)隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,高光譜成像技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也將越來(lái)越廣泛。

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