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高光谱成像在金属和织物上的油污检测中的应用

来源:赛斯拜克 发表时间:2023-06-20 浏览量:582 作者:awei

高光谱成像在金属和织物表面油污检测中发挥着重要作用。该技术通过获取目标表面多波段的光谱信息,能够准确识别油污的特征,实现对金属和织物上油污的快速检测和分析。同时,高光谱成像还能提供油污的定量信息,为清洁和维护工作提供科学依据。

高光谱成像在金属和织物上的油污检测中的应用

高光谱成像技术是一种迅速发展的检测和分析技术,在多个领域都有广泛的应用。它的基本原理是利用光谱学原理将不同波长的光分离和检测,然后将其重新组合并形成一幅图像。这种技术可以提供大量关于物体化学成分的信息,而不仅仅是物体的基本外观。这种技术的优点包括高精度和高分辨率。


金属表面油污检测的需求和难点

金属表面油污检测对于多个行业来说都非常重要,例如石油和天然气、汽车制造和食品加工行业。然而,传统的检测方法往往存在一些局限性,例如检测过程中需要停机、检测时间长以及检测精度不够高等。因此,需要一种更先进的检测技术来解决这些问题。


高光谱成像在金属油污检测中的优势

高光谱成像技术在金属表面油污检测中具有独特的优势,它可以提供高精度的测量,同时还可以在不停机的情况下进行在线检测。此外,高光谱成像技术还可以提供更多的信息,例如油污的种类、分布和厚度等。这种技术的另一个优点是其非侵入性,可以在不接触金属表面的情况下进行检测。


织物表面油污检测的需求和难点

织物表面油污检测在多个领域都有需求,例如石油和天然气、医疗和卫生、安全和防护服等。然而,传统的检测方法往往存在一些难点,例如油污难以察觉、检测时间长以及需要大量的人工干预等。


高光谱成像在织物油污检测中的优势

高光谱成像技术在织物表面油污检测中具有独特的优势,它可以提供高精度的测量和高分辨率的图像。此外,该技术还可以在短时间内完成大面积的检测,并自动识别和分析油污的位置、大小和形状等特征。这种技术的另一个优点是其非侵入性,可以在不接触织物表面的情况下进行检测,不会对织物造成任何损伤。


高光谱成像技术在金属油污检测中的应用案例

应用高光谱成像技术进行金属油污检测的案例包括对输油管道和储油罐内表面的检测。通过使用高光谱相机和相应的软件,可以在线检测管道和储罐内表面的油污,并对其分布、厚度和类型进行实时分析。这种方法与传统方法相比,具有更高的精度和更快的速度。


高光谱成像技术在织物油污检测中的应用案例

应用高光谱成像技术进行织物油污检测的案例包括对石油和天然气行业的防护服和安全服的检测。通过使用高光谱相机和相应的软件,可以快速在线检测防护服和安全服表面的油污,确保其表面无任何油污或污染物。这种方法的优点是精度高、速度快、自动化程度高,可以大大提高检测效率和准确性。


应用实例

油在许多行业中被用作润滑剂,但在有些产品中,油通常被认为是一种污染物,需要被探测识别。人眼很难观察到油,传统的RGB相机也很难检测,但是高光谱相机在某些波长下工作时能够捕捉到油存在的信息。

为了证实这一点,研究人员将三种不同类型的油涂抹在铝片和黑色织物上(见图1),包括Weldlite TF2(一种常用的润滑剂,例如用于自行车链条)、Würth HSP 1400(一种高温润滑剂)和Pentisol(通用合成油),并使用三种不同型号的高光谱相机对其进行扫描:SINESPEC 150M (900 – 1700 nm)、SPECIM SWIR (1000 – 2500 nm)和SPECIM FX50(2700 – 5300 nm)。


图1:本研究中使用三种油涂抹在金属和织物上。金属板上的圆圈和一块织物标记了涂油的区域。绿色表示Weldlite油,红色表示Würth油,蓝色表示Pentisol油


实验过程

SINESPEC 150M 高光谱相机检测

SINESPEC 150M相机覆盖900–1700 nm光谱范围,广泛用于工业质量检测,适用于检测天然和合成化合物,可用于测量物质的数量,例如烟叶中的尼古丁;也可以检测食品中的异物,例如碎肉中的骨头碎片、杂粮中的碎石等异物。关于机械油,迄今为止几乎没有进行过测试。
根据光谱分析(见图3和4),SINESPEC 150M相机无法检测到所有油类。可以在一定程度上检测到Pentisol油,在织物上可以检测到Würth 油(在1393 nm处有吸收峰),但是检测不到Weltlite油。


图2. SPECIM FX17相机采集的伪彩色图像
图3. SPECIM FX17相机测量的金属板上三种油的光谱。绿色表示Weldlite油,红色表示Würth油,蓝色表示Pentisol油。黄色光谱可被视为参考,因为它们仅与金属有关,不会被任何类型的油破坏
图4. SPECIM FX17相机测量的织物上三种油的光谱。绿色表示Weldlite油,粉红色表示Würth油,蓝色表示 Pentisol油。橙色光谱可被视为参考,因为它们仅与织物有关,不会被任何类型的油破坏


对光谱数据进行了主成分分析(PCA),得到了基于光谱的检测结果。分析进一步表明,SPECIM FX17近红外高光谱相机可以检测到油,但是比较微弱(图5)。


图5. 基于光谱的检测结果



SPECIM SWIR 高光谱相机检测

SPECIM SWIR 相机覆盖1000–2500 nm光谱范围。与FX17一样,SWIR也适用于检测不同的化学成分。由于其更宽的光谱范围,SWIR比FX17检测到的材料更多。

基于光谱分析(图7和图8),具有2200 nm以上光谱特征的SWIR相机适用于检测不同类型的油,尤其是Würth和Pentisol油。可以部分检测到Weltlite油。


图6:SPECIM SWIR相机采集的伪彩色图像
图7. 使用SPECIM SWIR相机测量的金属板上三种油的光谱。绿色表示Weldlite油,红色表示Würth油,蓝色表示Pentisol油。黄色光谱可被视为参考,因为它们仅与金属有关,不会被任何类型的油破坏
图 8. 使用 SSPECIM SWIR 相机测量的织物上三种油的光谱。绿色表示Weldlite油,粉红色表示 Würth油,蓝色表示Pentisol油。橙色光谱可被视为参考,因为它们仅与织物有关,不会被任何类型的油破坏


结合PCA,进行偏最小二乘判别分析(PLS-DA)以评估SWIR 相机的分类性能(见图9)。结果显示,可以从金属和织物表面检测到Würth和Pentisol油,并使用SPECIM SWIR相机进行分类。Weltlite油可以在织物上检测到,但不能在金属上可靠的检测到。

值得注意的是,即使所有的油都涂在样品的非常有限的区域,Weltlite油已经在织物上广泛扩散。


图9. 用SpecimONE分选软件检测的效果


SPECIM FX50 高光谱相机检测

SPECIM FX50相机覆盖2700–5300 nm光谱范围,即所谓的MWIR。FX50非常适合分拣不同类型的聚合物,无论其颜色如何,甚至是黑色的。

结果表明,FX50可以检测金属和织物表面上的所有三种不同类型的油。FX50甚至可以检测到微小的油滴。测试显示在3300和3500 nm光谱范围之间有很强的吸油性(图11和12)。


图10. SPECIM FX50相机采集的伪彩色图像
图11. 使用 SPECIM FX50相机测量的金属板上三种油的光谱。绿色表示Weldlite油,红色表示Würth油,蓝色表示Pentisol油。黄色光谱可被视为参考,因为它们仅与金属有关,不会被任何类型的油破坏
图12. 使用 SPECIM FX50相机测量的织物上三种油的光谱。绿色表示 Weldlite,红色表示 Würth,蓝色表示 Pentisol 油。黄色光谱可被视为参考,因为它们仅与织物有关,不会被任何类型的油破坏


除了PCA之外,研究人员还建立了PLS-DA模型来评估SPECIM FX50相机的分类性能。如图13所示,三种类型的油都可以从金属和织物表面检测到,并使用SPECIM FX50相机进行分类。


图13. 用SpecimONE分选软件检测的效果


结论

根据分析,我们可以得出结论,SPECIM FX50是检测表面油脂更为合适的高光谱相机。使用FX50,还可以对不同类型的油品进行分类。

在金属和织物油污检测中,高光谱成像技术已经得到了广泛应用。例如,在汽车制造行业中,高光谱成像技术可以对发动机、齿轮箱等部件进行油污检测,及时发现潜在故障,保障汽车运行安全。此外,高光谱成像技术还可以在纺织行业、机械加工行业等领域的油污检测中发挥重要作用。


高光谱成像技术作为一种先进的检测和分析技术,在金属表面和织物表面油污检测中都具有独特的优势。它可以提供高精度和高分辨率的测量结果,同时还可以大大提高检测效率和准确性。未来随着技术的不断发展,高光谱成像技术的应用领域也将越来越广泛。

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