用Specim高光譜相機(jī)檢測(cè)膠水

膠水和粘合劑廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)應(yīng)用，從包裝和建筑到電子和航空航天等。膠水一般都是有些貴的，使用適量的膠水至關(guān)重要，因?yàn)樗梢怨?jié)省成本，增加產(chǎn)量，減少浪費(fèi)。 使用過(guò)少或過(guò)多的膠水往往是造成質(zhì)量問(wèn)題的原因，如開(kāi)裂等。涂太多膠水也會(huì)弄臟成品。在合適的地方使用適量的膠水，這個(gè)過(guò)程應(yīng)該仔細(xì)檢測(cè)。然而，檢測(cè)膠水是比較難的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)膠水都是透明的，基于RGB相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)視覺(jué)系統(tǒng)無(wú)法看到它們。而高光譜相機(jī)則可以，高光譜相機(jī)提供了一個(gè)更合適的解決方案。

本案例演示了specim高光譜相機(jī)用于檢測(cè)紙板和合成橡膠上的不同類(lèi)型的膠水的效果。

關(guān)鍵詞：

NIR=近紅外(900 - 1700 nm)

SWIR=短波紅外(1000 - 2500納米)

MWIR =中波紅外(2700 - 5300 nm)

PCA=主成分分析

PLSDA=偏最小二乘判別分析

圖1  三種膠水照片(左)和底板材料（右）

我們用三個(gè)覆蓋不同波長(zhǎng)的specim高光譜相機(jī)測(cè)量了樣本: 

specim FX17，近紅外(NIR)相機(jī)，光譜范圍為900 - 1700 nm 。

specim SWIR，短波紅外(SWIR)相機(jī)，光譜范圍為1000 - 2500nm。 

specim FX50, 是一款中波紅外(MWIR)相機(jī)，光譜范圍為2700 - 5300 nm。

用specim FX17相機(jī)對(duì)膠水進(jìn)行分析 

首先用specim FX17相機(jī)在specim 40 x 20 LabScanner(見(jiàn)圖2)上測(cè)量樣品。在900 - 1700 nm的全部光譜范圍內(nèi)，光譜分辨率為8 nm。圖像上的像素大小約為0.3毫米。

圖2  specim FX17高光譜相機(jī)和40 x 20 LabScanner位移臺(tái)

PCA分析和PLSDA模型分別應(yīng)用于干的膠水和濕的膠水。值得注意的是，在紙板(頂部)和橡膠(底部)上，膠水是從左向右涂抹的。膠水1在左邊，膠水2在中間，膠水3在右邊。此外，對(duì)于各個(gè)底板上的每種膠水，頂部的“污染"點(diǎn)是指干燥的膠水，而底部的膠水是濕的膠水。

圖3顯示了分析結(jié)果。（i） specim FX17相機(jī)可以更好地檢測(cè)紙板上的膠水，（ii）它可以檢測(cè)膠水3(環(huán)氧樹(shù)脂)，但對(duì)其他類(lèi)型的膠水不太敏感。尤其是膠水1，它在橡膠上根本檢測(cè)不到。

這種現(xiàn)象的一個(gè)解釋可能是膠水的用量。環(huán)氧樹(shù)脂要厚得多，我們用的也多。因此，它的檢測(cè)更容易。

結(jié)果還表明，F(xiàn)X17對(duì)干膠和濕膠的區(qū)分不是很準(zhǔn)確。

圖3  PCA可視化組件5(紅色)，3(綠色)，4(藍(lán)色)和PLS-DA預(yù)測(cè)使用specim FX17相機(jī)

用Specim SWIR相機(jī)對(duì)膠水進(jìn)行分析

然后用specim SisuCHEMA上的specim SWIR相機(jī)測(cè)量樣品(見(jiàn)圖4)。在1000 - 2500 nm的整個(gè)波段內(nèi)，光譜分辨率為12 nm。圖像上的像素大小約為2.3毫米。

圖4  specim SWIR高光譜相機(jī)和SisuCHEMA

specim SWIR相機(jī)可以被視為specim FX17相機(jī)的擴(kuò)展。因此，除了SWIR光譜的外，近紅外光譜的觀(guān)測(cè)結(jié)果也是有效的。

PCA分析和PLSDA模型分別應(yīng)用于干的膠水和濕的膠水。圖5顯示了分析結(jié)果。作為提醒，我們看到了 (i) FX17在紙板上更好地檢測(cè)膠水，ii)對(duì)膠水3(環(huán)氧樹(shù)脂)最敏感，對(duì)膠水2中等敏感，對(duì)膠水1不太敏感。

除了FX17的近紅外光譜之外，SWIR相機(jī)提供的1700 - 2500 nm光譜范圍的增加，（i）相當(dāng)好的檢測(cè)紙板上的所有三種類(lèi)型的膠水，在橡膠上也有更好的性能(薄而干燥的橡膠上的膠水1可以開(kāi)始檢測(cè))；（ii）干膠和濕膠的分離也更準(zhǔn)確，但有進(jìn)步空間。

圖5  PCA可視化組件5(紅色)，3(綠色)，4(藍(lán)色)和PLS-DA預(yù)測(cè)通過(guò)specim SWIR相機(jī)

用specim Fx50相機(jī)對(duì)膠水進(jìn)行分析

樣品最后用specim FX50相機(jī)在specim 100×50 LabScanner上進(jìn)行測(cè)量(見(jiàn)圖6)。在2700 - 5300 nm的整個(gè)光譜范圍內(nèi)，光譜分辨率為35 nm。圖像上的像素大小約為0.3毫米。

圖6  specim FX50高光譜相機(jī)和100×50 LabScanner

Specim FX50相機(jī)對(duì)膠水非常敏感。分析表明，無(wú)論底板材料是什么，膠水都能強(qiáng)烈地吸收3000到3500納米之間的光。 

再次，PCA分析和PLSDA模型應(yīng)用于該數(shù)據(jù)。圖7顯示了分析結(jié)果。FX50對(duì)膠水的檢測(cè)更加準(zhǔn)確。我們甚至可以檢測(cè)到非常薄的膠水層，和橡膠上的干膠水。

圖7  PCA可視化組件5(紅色)，3(綠色)，4(藍(lán)色)和PLS-DA預(yù)測(cè)通過(guò)specm FX50相機(jī)

結(jié)論 

本研究使用三種光譜范圍不同的specim高光譜相機(jī)檢測(cè)紙板和橡膠上的三種膠水，濕的和干的。根據(jù)測(cè)量和分析，我們可以得出以下結(jié)論:

關(guān)于膠水的檢測(cè)(見(jiàn)圖8):

在紙板上 

•  這三種相機(jī)都有相似的性能。

在合成橡膠上 

• specim FX17相機(jī)足以檢測(cè)三種膠水中的兩種。

• Specim SWIR相機(jī)稍微好一點(diǎn)，因?yàn)樗梢蚤_(kāi)始檢測(cè)FX17無(wú)法檢測(cè)到的干膠薄層的存在。

• 在這方面，specim FX50是好相機(jī)，它可以可靠地檢測(cè)本研究中測(cè)量的所有三種類(lèi)型的膠水。

圖8 3臺(tái)specim高光譜相機(jī)對(duì)膠水的檢測(cè)。給出了RGB圖片和PLS DA模型的檢測(cè)結(jié)果

關(guān)于三種膠水的分辨(見(jiàn)圖9):

在紙板上

•  這三個(gè)相機(jī)都能把膠水分開(kāi)。

  
  

在合成橡膠上

• FX17和SWIR相機(jī)表現(xiàn) 好。

對(duì)于FX50來(lái)說(shuō)，膠水2和3的分離并不是很好。我們從光譜中看到，膠水2和3都非常顯著地吸收了光，沒(méi)有合適的特征光譜。這使得他們非常容易的從底板上突顯出來(lái)，但他們之間的區(qū)分就比較難。

關(guān)于干濕膠水的區(qū)別(見(jiàn)圖9):

在紙板上 

• SWIR相機(jī)是zui 精que的，但只比FX50好一點(diǎn)點(diǎn)。

  
  

在合成橡膠上 

•  沒(méi)有一個(gè)相機(jī)是wan全可靠的。

圖9  FX17、SWIR和FX50相機(jī)的PLS DA模型預(yù)測(cè)。這些圖與圖3、圖5和圖7中的圖相同。

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