用Specim高光谱相机检测胶水

用Specim高光谱相机检测胶水

胶水和粘合剂广泛应用于许多工业应用，从包装和建筑到电子和航空航天等。胶水一般都是有些贵的，使用适量的胶水至关重要，因为它可以节省成本，增加产量，减少浪费。 使用过少或过多的胶水往往是造成质量问题的原因，如开裂等。涂太多胶水也会弄脏成品。在合适的地方使用适量的胶水，这个过程应该仔细检测。然而，检测胶水是比较难的，因为大多数胶水都是透明的，基于RGB相机的标准视觉系统无法看到它们。而高光谱相机则可以，高光谱相机提供了一个更合适的解决方案。

本案例演示了specim高光谱相机用于检测纸板和合成橡胶上的不同类型的胶水的效果。

关键词：

NIR=近红外(900 - 1700 nm)

SWIR=短波红外(1000 - 2500纳米)

MWIR =中波红外(2700 - 5300 nm)

PCA=主成分分析

PLSDA=偏最小二乘判别分析

图1  三种胶水照片(左)和底板材料（右）

我们用三个覆盖不同波长的specim高光谱相机测量了样本: 

specim FX17，近红外(NIR)相机，光谱范围为900 - 1700 nm 。

specim SWIR，短波红外(SWIR)相机，光谱范围为1000 - 2500nm。 

specim FX50, 是一款中波红外(MWIR)相机，光谱范围为2700 - 5300 nm。

用specim FX17相机对胶水进行分析 

首先用specim FX17相机在specim 40 x 20 Labscanner(见图2)上测量样品。在900 - 1700 nm的全部光谱范围内，光谱分辨率为8 nm。图像上的像素大小约为0.3毫米。

 

图2  specim FX17高光谱相机和40 x 20 LabScanner位移台

PCA分析和PLSDA模型分别应用于干的胶水和湿的胶水。值得注意的是，在纸板(顶部)和橡胶(底部)上，胶水是从左向右涂抹的。胶水1在左边，胶水2在中间，胶水3在右边。此外，对于各个底板上的每种胶水，顶部的“污染”点是指干燥的胶水，而底部的胶水是湿的胶水。

图3显示了分析结果。（i） specim FX17相机可以更好地检测纸板上的胶水，（ii）它可以检测胶水3(环氧树脂)，但对其他类型的胶水不太敏感。尤其是胶水1，它在橡胶上根本检测不到。

这种现象的一个解释可能是胶水的用量。环氧树脂要厚得多，我们用的也多。因此，它的检测更容易。

结果还表明，FX17对干胶和湿胶的区分不是很准确。

图3  PCA可视化组件5(红色)，3(绿色)，4(蓝色)和PLS-DA预测使用specim FX17相机

用Specim SWIR相机对胶水进行分析

然后用specim SisuCHEMA上的specim SWIR相机测量样品(见图4)。在1000 - 2500 nm的整个波段内，光谱分辨率为12 nm。图像上的像素大小约为2.3毫米。

图4  specim SWIR高光谱相机和SisuCHEMA

specim SWIR相机可以被视为specim FX17相机的扩展。因此，除了SWIR光谱的外，近红外光谱的观测结果也是有效的。

PCA分析和PLSDA模型分别应用于干的胶水和湿的胶水。图5显示了分析结果。作为提醒，我们看到了 (i) FX17在纸板上更好地检测胶水，ii)对胶水3(环氧树脂)最敏感，对胶水2中等敏感，对胶水1不太敏感。

除了FX17的近红外光谱之外，SWIR相机提供的1700 - 2500 nm光谱范围的增加，（i）相当好的检测纸板上的所有三种类型的胶水，在橡胶上也有更好的性能(薄而干燥的橡胶上的胶水1可以开始检测)；（ii）干胶和湿胶的分离也更准确，但有进步空间。

图5  PCA可视化组件5(红色)，3(绿色)，4(蓝色)和PLS-DA预测通过specim SWIR相机

用specim Fx50相机对胶水进行分析

样品最后用specim FX50相机在specim 100×50 LabScanner上进行测量(见图6)。在2700 - 5300 nm的整个光谱范围内，光谱分辨率为35 nm。图像上的像素大小约为0.3毫米。

 

图6  specim FX50高光谱相机和100×50 LabScanner

Specim FX50相机对胶水非常敏感。分析表明，无论底板材料是什么，胶水都能强烈地吸收3000到3500纳米之间的光。 

再次，PCA分析和PLSDA模型应用于该数据。图7显示了分析结果。FX50对胶水的检测更加准确。我们甚至可以检测到非常薄的胶水层，和橡胶上的干胶水。

图7  PCA可视化组件5(红色)，3(绿色)，4(蓝色)和PLS-DA预测通过specm FX50相机

结论 

本研究使用三种光谱范围不同的specim高光谱相机检测纸板和橡胶上的三种胶水，湿的和干的。根据测量和分析，我们可以得出以下结论:

关于胶水的检测(见图8):

在纸板上 

这三种相机都有相似的性能。

在合成橡胶上 

specim FX17相机足以检测三种胶水中的两种。

Specim SWIR相机稍微好一点，因为它可以开始检测FX17无法检测到的干胶薄层的存在。

在这方面，specim FX50是最好的相机，它可以可靠地检测本研究中测量的所有三种类型的胶水。

图8 3台specim高光谱相机对胶水的检测。给出了RGB图片和PLS DA模型的检测结果

关于三种胶水的分辨(见图9):

在纸板上

这三个相机都能把胶水分开。

在合成橡胶上

FX17和SWIR相机表现最好。

对于FX50来说，胶水2和3的分离并不是很好。我们从光谱中看到，胶水2和3都非常显著地吸收了光，没有合适的特征光谱。这使得他们非常容易的从底板上突显出来，但他们之间的区分就比较难。

关于干湿胶水的区别(见图9):

在纸板上 

SWIR相机是最精确的，但只比FX50好一点点。

在合成橡胶上 

没有一个相机是完全可靠的。

 

图9  FX17、SWIR和FX50相机的PLS DA模型预测。这些图与图3、图5和图7中的图相同。

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审核编辑 黄宇