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用specim高光谱相机检测金属和织物上的油污及对比实验

时间:2022-09-15 点击次数:273

油在许多行业被用作润滑剂。在最终产品中,油却通常被认为是一种污染物,这对检测是至关重要的。然而,油剂用人眼是很难观察的,同理传统的RGB相机也很难检测它。不过,当工作在合适的波长上时,高光谱相机却能轻易的捕捉到这些信息。

 

为了验证这一点,我们将三种不同类型的油涂抹在铝片和黑色织物上(见图1),并用三种不同型号的specim高光谱相机来扫描:FX17、SWIR和FX50。在测试中,我们使用了Weldlite TF2,这是一种非常常见的润滑剂,例如用于自行车链条,Würth HSP 1400,这是一种高温润滑剂,以及Pentisol,这是一种通用的合成油。

 

  • specim FX17 (900 - 1700 nm)

  • Specim SWIR (1000 - 2500nm)

  • Specim FX50 (2700 - 5300 nm)

 

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图1:本实验中使用的三种油剂,涂抹在金属和织物上。金属板和织物上的圆圈标记了涂有油剂的区域。绿色表示Weldlite,红色表示Würth,蓝色表示Pentisol

 

Specim FX17相机


specim FX17相机覆盖900 - 1700 nm光谱范围,广泛应用于工业质量控制。它适用于检测各种基于其天然和合成化合物的化学物质。例如,用于测量物质的数量,如烟叶中的尼古丁,并用于检测污染物和不需要的物体,如肉末中的骨头碎片。到目前为止,对机械油的检测还很少。

 

基于光谱分析(见图3图4.),specim FX17相机不能检测到所有的油剂。Pentisol油可以检测到一些,Würth油主要可以检测到织物上的(吸收峰在1393 nm.), Weltlite油根本检测不到。

 

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图2:样品的伪彩图

 

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图3,用specim FX17高光谱相机测量的金属光谱曲线。绿色表示Weldlite油,红色表示Würth油,蓝色表示Pentisol油。黄色曲线可以看作是参考光谱,因为它是金属的光谱曲线,没有被油剂污染

 

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图4,用specim FX17高光谱相机测量的布料光谱曲线。绿色表示Weldlite,粉色表示Würth,蓝色表示Pentisol油。橙色光谱可以被认为是参考曲线,因为它是织物的光谱曲线,没有被油剂污染

 

基于对光谱的观察,对数据进行了主要成分分析(PCA)。分析表明,specim FX17能够对油脂进行非常轻微的分类(图5)。

 

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图5:通过将PC1分配给红色,PC2分配给绿色,PC3分配给蓝色带,对PCA的伪彩表示

 

Specim SWIR相机


specim SWIR相机覆盖1000 - 2500nm光谱范围。与FX17一样,SWIR也适用于检测不同的化学成分。由于光谱范围更广,SWIR探测的材料比FX17更多。

 

基于光谱分析(图7,和图8.),具有2200 nm以上光谱特征的SWIR相机,适合检测不同类型的油,特别是Würth和Pentisol油。而Weltlite油可以部分检测到。 

 

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图6: 样品的伪彩图

 

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图7。用specim SWIR相机测量的金属光谱曲线。绿色表示Weldlite,红色表示Würth,蓝色表示Pentisol油。黄色光谱可以被认为是参考曲线,因为它们是金属的光谱曲线,没有被油剂污染

 

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图8。用specim SWIR相机测量的织物光谱曲线。绿色表示Weldlite,粉色表示Würth,蓝色表示Pentisol油。橙色光谱可以被认为是参考曲线,因为它们是织物的光谱曲线,没有被油剂污染

 

结合PCA,进行偏最小二乘法(PLS-DA)来评估SWIR相机的分拣性能(见图9)。得到结果,使用specim SWIR相机可以从金属和织物表面检测Würth和Pentisol油,并能做出区分。Weltlite油可以在织物上检测到,但在金属上无法可靠地检测到。

 

需要提到的是,尽管所有的油都滴在非常有限的区域里,但Weltlite油已经广泛地在织物上扩散开来了。

 

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图9:左:将PC1赋值为红色,PC2赋值为绿色,PC3赋值为蓝色,对PCA的伪彩表示;右:PLS-DA模型预测

 

Specim FX50相机


specim FX50相机覆盖2700 - 5300 nm光谱范围。这些波长都是在红外波段,也就是所谓的MWIR。FX50非常适合对不同类型的聚合物进行分类,不管它们是什么颜色——甚至是黑色的。

 

结果表明,FX50可以检测所有三种不同类型的油在金属和织物表面。FX50甚至可以检测到微小的油滴。测试结果显示,在3300 ~ 3500 nm光谱范围内具有很强的吸收能力(图11。和12)。

 

图10:样本的伪彩图

 

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图11:用specim FX50相机测量的金属光谱曲线。绿色表示Weldlite,红色表示Würth,蓝色表示Pentisol油。黄色光谱可以被认为是参考曲线,因为它们只与金属有关,而没有被任何类型的油污染

 

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图12:用specim FX50相机测量的织物光谱曲线。绿色表示Weldlite,红色表示Würth,蓝色表示Pentisol油。黄色光谱可以被认为是参考曲线,因为它们只与织物有关,没有被任何类型的油污染

 

除了PCA,还建立了PLS-DA模型来评估specim FX50相机的分选性能。如图13所示。,这三种类型的油都可以从金属和织物表面检测到,并通过specim FX50相机进行分类。

 

图13:左:将PC1赋值为红色,PC2赋值为绿色,PC3赋值为蓝色,对PCA进行伪彩表示;右:PLS-DA模型预测

 

结论


根据分析,我们可以得出这样的结论:specim FX50是检测表面油脂的*佳相机。有了FX50,你还可以对不同的油类进行分类。

 

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对于specim高光谱相机有兴趣或者任何问题,都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。

 

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