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用specim高光譜相機檢測金屬和織物上的油汙及對比實驗

時間╃│•✘:2022-09-15 點選次數╃│•✘:246

油在許多行業被用作潤滑劑·◕☁。在最終產品中╃▩☁││,油卻通常被認為是一種汙染物╃▩☁││,這對檢測是至關重要的·◕☁。然而╃▩☁││,油劑用人眼是很難觀察的╃▩☁││,同理傳統的RGB相機也很難檢測它·◕☁。不過╃▩☁││,當工作在合適的波長上時╃▩☁││,高光譜相機卻能輕易的捕捉到這些資訊·◕☁。

 

為了驗證這一點╃▩☁││,我們將三種不同型別的油塗抹在鋁片和黑色織物上(見圖1)╃▩☁││,並用三種不同型號的specim高光譜相機來掃描:FX17₪✘、SWIR和FX50·◕☁。在測試中╃▩☁││,我們使用了Weldlite TF2╃▩☁││,這是一種非常常見的潤滑劑╃▩☁││,例如用於腳踏車鏈條╃▩☁││,Würth HSP 1400╃▩☁││,這是一種高溫潤滑劑╃▩☁││,以及Pentisol╃▩☁││,這是一種通用的合成油·◕☁。

 

  • specim FX17 (900 - 1700 nm)

  • Specim SWIR (1000 - 2500nm)

  • Specim FX50 (2700 - 5300 nm)

 

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圖1:本實驗中使用的三種油劑╃▩☁││,塗抹在金屬和織物上·◕☁。金屬板和織物上的圓圈標記了塗有油劑的區域·◕☁。綠色表示Weldlite╃▩☁││,紅色表示Würth╃▩☁││,藍色表示Pentisol

 

Specim FX17相機


specim FX17相機覆蓋900 - 1700 nm光譜範圍╃▩☁││,廣泛應用於工業質量控制·◕☁。它適用於檢測各種基於其天然和合成化合物的化學物質·◕☁。例如╃▩☁││,用於測量物質的數量╃▩☁││,如菸葉中的尼古丁╃▩☁││,並用於檢測汙染物和不需要的物體╃▩☁││,如肉末中的骨頭碎片·◕☁。到目前為止╃▩☁││,對機械油的檢測還很少·◕☁。

 

基於光譜分析(見圖3圖4.)╃▩☁││,specim FX17相機不能檢測到所有的油劑·◕☁。Pentisol油可以檢測到一些╃▩☁││,Würth油主要可以檢測到織物上的(吸收峰在1393 nm.)╃▩☁││, Weltlite油根本檢測不到·◕☁。

 

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圖2:樣品的偽彩圖

 

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圖3╃▩☁││,用specim FX17高光譜相機測量的金屬光譜曲線·◕☁。綠色表示Weldlite油╃▩☁││,紅色表示Würth油╃▩☁││,藍色表示Pentisol油·◕☁。黃色曲線可以看作是參考光譜╃▩☁││,因為它是金屬的光譜曲線╃▩☁││,沒有被油劑汙染

 

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圖4╃▩☁││,用specim FX17高光譜相機測量的布料光譜曲線·◕☁。綠色表示Weldlite╃▩☁││,粉色表示Würth╃▩☁││,藍色表示Pentisol油·◕☁。橙色光譜可以被認為是參考曲線╃▩☁││,因為它是織物的光譜曲線╃▩☁││,沒有被油劑汙染

 

基於對光譜的觀察╃▩☁││,對資料進行了主要成分分析(PCA)·◕☁。分析表明╃▩☁││,specim FX17能夠對油脂進行非常輕微的分類(圖5)·◕☁。

 

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圖5:透過將PC1分配給紅色╃▩☁││,PC2分配給綠色╃▩☁││,PC3分配給藍色帶╃▩☁││,對PCA的偽彩表示

 

Specim SWIR相機


specim SWIR相機覆蓋1000 - 2500nm光譜範圍·◕☁。與FX17一樣╃▩☁││,SWIR也適用於檢測不同的化學成分·◕☁。由於光譜範圍更廣╃▩☁││,SWIR探測的材料比FX17更多·◕☁。

 

基於光譜分析(圖7,和圖8.)╃▩☁││,具有2200 nm以上光譜特徵的SWIR相機╃▩☁││,適合檢測不同型別的油╃▩☁││,特別是Würth和Pentisol油·◕☁。而Weltlite油可以部分檢測到·◕☁。 

 

SPECIM10.png

圖6: 樣品的偽彩圖

 

SPECIM7.jpg

圖7·◕☁。用specim SWIR相機測量的金屬光譜曲線·◕☁。綠色表示Weldlite╃▩☁││,紅色表示Würth╃▩☁││,藍色表示Pentisol油·◕☁。黃色光譜可以被認為是參考曲線╃▩☁││,因為它們是金屬的光譜曲線╃▩☁││,沒有被油劑汙染

 

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圖8·◕☁。用specim SWIR相機測量的織物光譜曲線·◕☁。綠色表示Weldlite╃▩☁││,粉色表示Würth╃▩☁││,藍色表示Pentisol油·◕☁。橙色光譜可以被認為是參考曲線╃▩☁││,因為它們是織物的光譜曲線╃▩☁││,沒有被油劑汙染

 

結合PCA╃▩☁││,進行偏最小二乘法(PLS-DA)來評估SWIR相機的分揀效能(見圖9)·◕☁。得到結果╃▩☁││,使用specim SWIR相機可以從金屬和織物表面檢測Würth和Pentisol油╃▩☁││,並能做出區分·◕☁。Weltlite油可以在織物上檢測到╃▩☁││,但在金屬上無法可靠地檢測到·◕☁。

 

需要提到的是╃▩☁││,儘管所有的油都滴在非常有限的區域裡╃▩☁││,但Weltlite油已經廣泛地在織物上擴散開來了·◕☁。

 

SPECIM13.jpg

圖9:左:將PC1賦值為紅色╃▩☁││,PC2賦值為綠色╃▩☁││,PC3賦值為藍色╃▩☁││,對PCA的偽彩表示;右:PLS-DA模型預測

 

Specim FX50相機


specim FX50相機覆蓋2700 - 5300 nm光譜範圍·◕☁。這些波長都是在紅外波段╃▩☁││,也就是所謂的MWIR·◕☁。FX50非常適合對不同型別的聚合物進行分類╃▩☁││,不管它們是什麼顏色——甚至是黑色的·◕☁。

 

結果表明╃▩☁││,FX50可以檢測所有三種不同型別的油在金屬和織物表面·◕☁。FX50甚至可以檢測到微小的油滴·◕☁。測試結果顯示╃▩☁││,在3300 ~ 3500 nm光譜範圍內具有很強的吸收能力(圖11·◕☁。和12)·◕☁。

 

圖10:樣本的偽彩圖

 

SPECIM11.jpg

圖11╃│•✘:用specim FX50相機測量的金屬光譜曲線·◕☁。綠色表示Weldlite╃▩☁││,紅色表示Würth╃▩☁││,藍色表示Pentisol油·◕☁。黃色光譜可以被認為是參考曲線╃▩☁││,因為它們只與金屬有關╃▩☁││,而沒有被任何型別的油汙染

 

SPECIM12.jpg

圖12╃│•✘:用specim FX50相機測量的織物光譜曲線·◕☁。綠色表示Weldlite╃▩☁││,紅色表示Würth╃▩☁││,藍色表示Pentisol油·◕☁。黃色光譜可以被認為是參考曲線╃▩☁││,因為它們只與織物有關╃▩☁││,沒有被任何型別的油汙染

 

除了PCA╃▩☁││,還建立了PLS-DA模型來評估specim FX50相機的分選效能·◕☁。如圖13所示·◕☁。╃▩☁││,這三種類型的油都可以從金屬和織物表面檢測到╃▩☁││,並透過specim FX50相機進行分類·◕☁。

 

圖13:左:將PC1賦值為紅色╃▩☁││,PC2賦值為綠色╃▩☁││,PC3賦值為藍色╃▩☁││,對PCA進行偽彩表示;右:PLS-DA模型預測

 

結論


根據分析╃▩☁││,我們可以得出這樣的結論:specim FX50是檢測表面油脂的*佳相機·◕☁。有了FX50╃▩☁││,你還可以對不同的油類進行分類·◕☁。

 

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對於specim高光譜相機有興趣或者任何問題╃▩☁││,都歡迎透過電話₪✘、電子郵件或者微信與我們聯絡·◕☁。

 

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上海昊量光電裝置有限公司是光電產品專業代理商╃▩☁││,產品包括各類鐳射器₪✘、光電調製器₪✘、光學測量裝置₪✘、光學元件等╃▩☁││,涉及應用涵蓋了材料加工₪✘、光通訊₪✘、生物醫療₪✘、科學研究₪✘、國防₪✘、量子光學₪✘、生物顯微₪✘、物聯感測₪✘、鐳射製造等;可為客戶提供完整的裝置安裝╃▩☁││,培訓╃▩☁││,硬體開發╃▩☁││,軟體開發╃▩☁││,系統整合等服務·◕☁。

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