CN109358059A - 一种基于激光动态散斑技术的油漆干燥分析仪 - Google Patents

一种基于激光动态散斑技术的油漆干燥分析仪 Download PDF

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吴靖
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Abstract

本发明涉及一种基于激光动态散斑技术的油漆干燥分析仪，包括箱体，光源系统、成像系统、数据处理系统和加热系统，所述箱体分为上下两层，上下两层之间通过透明板隔开，所述光源系统和成像系统均布置在所述箱体的上层，所述加热系统设置在箱体的下层，所述箱体的下层四周设置有通风透气孔；所述加热系统用于放置待测样品，并进行加热；所述光源系统用于照射待测样品的油漆表面；所述成像系统用于获取待测样品的油漆表面被光源照射后在空气中形成的散斑图像；所述数据处理系统用于分析散斑图像所承载信息，对油漆的干燥度做出评价。

Description

一种基于激光动态散斑技术的油漆干燥分析仪
技术领域
本发明涉及油漆干燥检测技术领域，特别是涉及一种基于激光动态散斑技术的油漆干燥分析仪。
背景技术
随着科学技术和人民生活水平的不断提高，人们对于生活质量的要求也越来越高。油漆涂料作为一种美观装饰性材料广泛应用于我们生活的各个领域。油漆不仅能够为单调的色彩调增添鲜亮色彩，更为重要的是油漆还可以起到减少环境物质等对材料损伤的作用，保护物件免受侵蚀。油漆的使用场景和条件复杂多变，油漆也因其作用不同成分存在较大差异；甚至是相同型号油漆，也因存放时间和生产批次不同而有所差异。不同成分的油漆直接决定了其具有差异性的干燥特性，然而，在实际的生产过程中，对于油漆干燥特性的评估和判断，直觉决定了涂覆工艺的生产效率、涂料性能的发挥和质量的提高；所以，对于油漆干燥特性的分析与评价对于实际的油漆涂覆生产具有重要的实际意义和价值。
在传统的油漆干燥检测领域内，检测方法多局限于人工观测、手动按压、划痕形貌等手段进行判别，这些技术手段检测通常检测效率低、破坏性大、过程特性无法定量描述，无法高效、准确的进行油漆干燥特性的分析。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于激光动态散斑技术的油漆干燥分析仪，实现油漆干燥度的在线智能化自动检测。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于激光动态散斑技术的油漆干燥分析仪，包括箱体，光源系统、成像系统、数据处理系统和加热系统，所述箱体分为上下两层，上下两层之间通过透明板隔开，所述光源系统和成像系统均布置在所述箱体的上层，所述加热系统设置在箱体的下层，所述箱体的下层四周设置有通风透气孔；所述加热系统用于放置待测样品，并进行加热；所述光源系统用于照射待测样品的油漆表面；所述成像系统用于获取待测样品的油漆表面被光源照射后在空气中形成的散斑图像；所述数据处理系统用于分析散斑图像所承载信息，对油漆的干燥度做出评价。
所述光源系统包括激光器和扩束镜，所述激光器安装在箱体的一侧，发出的激光经过扩束镜后照射到待测样品的油漆表面。
所述成像系统包括面阵图像传感器和带通滤光片、调焦镜，所述面阵图像传感器设置在待测样品的正上方，所述面阵图像传感器前还设置有所述调焦镜和带通滤光片。
所述加热系统包括加热板和温度调节器，所述待测样品放置在加热板上，所述温度调节器用于调节加热板温度。
所述数据处理系统通过设定检测时间点序列T1...Tj...Ts，根据各个设定时间点的图像序列生成新图像，通过对生成的新图像进行分析来定量评定采样时间点样品的干燥程度，即整个油漆样本的干燥过程是通过检测时间点序列T1...Tj...Ts所获取的一系列图像所合成的新图像G1...GI...GL的转动惯量随时间变化规律来描述。
所述数据处理系统对设定的检测时间点序列的每一个检测时间点Tf，在该点的一个时间邻域内[t1,tn]，对样本油漆平面的激光动态散斑图像摄取N帧图像M1...Mi...MN，并对获取的每一帧图像Mi，根据样本的检测位置等间距提取其L列或行数据，合成新的图像G1...GI...GL。
所述数据处理系统对合成图像G1...GI...GL进行分析是指先分别计算合成图像G1...GI...GL的共生矩阵，再计算共生矩阵对角线的转动惯量，并将合成图像G1...GI...GL转动惯量的平均值作为该时间点样本油漆的干燥度的评价参数。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明利用机器视觉技术、散斑图像重构技术、共生矩阵和转动惯量原理，实现油漆干燥过程的无接触、无损、智能化在线检测；特别是散斑图像重构技术，可基于其共生矩阵和转动惯量定量评价当前检测对象干燥程度，有助于实现油漆干燥特性的有效检测和评估。
附图说明
图1是本发明所采用的结构示意图；
图2是本发明所采用的散斑图像重构技术原理图；
图3是本发明所采用的在线检测流程图。
图中：激光器1，扩束镜2，CCD相机3，调焦镜头4，带通滤光片5，观测试板6，加热板7，温度调节器8，光盾9，透光板10，干燥箱11，计算机12，显示器13，隔振器14。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种基于激光动态散斑技术的油漆干燥分析仪，如图1所示，包括光源系统、成像系统、数据处理系统和加热系统，所述光源系统包括激光器1和扩束镜2；所述成像系统包含面阵图像传感器3和带通滤光片5、调焦镜头4；所述计算机处理系统包括计算机12和显示器13；所述温度调节系统包括温度调节器8和加热板7；所述显示器12与计算机13连接成一体，所述计算机13分别连接温度调节器8和面阵图像传感器3，所述温度调节器8连接加热板7，所述检测装置整体置于隔振器14上。
所述检测装置放置于一箱体内，箱体分为两层，上下层空间通过有机透明玻璃板10隔开，上层部分作为光盾9，激光器1和扩束镜2构成的光源系统安装在其顶部左侧，面阵图像传感器3和带通滤光片5、调焦镜头4构成的成像系统安装于其顶部中间；下层部分为四周带通风透气孔的干燥箱11，干燥箱11底部设有加热板7，被检测的油漆观测试板6平放置于下方的加热板7上。加热板7通过温度调节器8与计算机13相连，由计算机13发出控制指令使得温度调节器8对加热板7的加热温度进行调节。
所述分析仪由激光器1发出的光经过扩束镜2扩束后，照射在被观测试板6表面，并在空气中形成动态散斑，并由图像传感器3获取时域内一系列动态散斑图像，最后通过分析动态散斑图像所承载信息，对油漆的干燥度做出评价。
数据处理系统通过设定检测时间点序列T1...Tj...Ts，根据各个设定时间点的图像序列生成新图像，通过对生成的新图像进行分析来定量评定采样时间点样品的干燥程度，即整个油漆样本的干燥过程是通过检测时间点序列T1...Tj...Ts所获取的一系列图像所合成的新图像G1...GI...GL的转动惯量随时间变化规律来描述。
如图2所示，生成新图像是指对设定的检测时间点序列的每一个检测时间点Tf，在该点的一个时间邻域内[t1,tn]，对样本油漆平面的激光动态散斑图像摄取N帧图像M1...Mi...MN，并对获取的每一帧图像Mi，根据样本的检测位置等间距提取其L列或行数据，合成新的图像G1...GI...GL。对合成图像G1...GI...GL进行分析是指先分别计算合成图像G1...GI...GL的共生矩阵，再计算共生矩阵对角线的转动惯量，并将合成图像G1...GI...GL转动惯量的平均值作为该时间点样本油漆的干燥度的评价参数。
采用油漆干燥分析仪进行油漆检测时的具体流程如图3所示：包括以下步骤：(1)启动系统，将系统进行校正，传感器获取环境参数。其中需采用标准模板对图像传感器分别进行对焦和校正，以确保图像传感器在检测区域内均可以成清晰的像；所述传感器获取当前检测环境下的温度参数；(2)设置检测参数，主要完成加热温度、检测时间、相机获取图像帧率及帧数参数的设置；(3)加热装置对加热板进行加热；(4)温度是否满足检测要求？不满足转(3)，否则继续执行；(5)将被检测的油漆检测样品放入待测位置，具体如下：将待检测油漆均匀涂覆在观测试板上并平放于加热板上；(6)开启激光器；(7)对检测时间点序列准备检测；(8)对检测时间点，在该点的一个邻域内，设定的时间间隔内，对样本油漆平面的激光散斑图像摄取设定帧数图像，并对获取的每一帧图像，根据样本的检测位置不同分别等间距提取其列(或行)数据，合成相同位置、不同时间的新图像；(9)对合成图像进行分析，先计算其各自的共生矩阵，再分别计算共生矩阵对角线的转动惯量，取L张图像转动惯量的平均值作为该检测时间点样品干燥度的评价；(10)检测完否？没有转(8)，否则继续执行；(11)将检测时间序列点的转动惯量的平均值绘制成按时间变化的曲线，分析该样本的干燥过程；(12)结束。
本发明在实施过程中，可采用下列器材：
(1)计算机：型号为研华IPC-610L-701VG，处理器inter i5-2400，支持JPEG硬件编解码，内存为4G bits DDR3。支持RGB 24Bit接口及TVOUT视频输出。
(2)显示器：型号三星C27F390FHC，分辨率1920*1080。
(3)激光器：波长532nm，200mw固体激光器，单纵模；
(4)扩束镜为f＝16mm，φ＝20.4mm；
(5)图像传感器：采用巴斯勒acA2400-50gm面阵CCD，2048*1536像素，成像区域大小为3626μmx 2709μm，像素大小为1.75μmx 1.75μm，最高速度可达50帧每秒。
(6)光学镜头：富士HF25XA-11:1.6/25mm工业300万象素镜头，规格Format：2/3"；接口方式：C；焦距(mm)：12-36(可变)；光圈(F)：2.8-16C；视场角(水平HOR)°：41.0-13.6；最近物像距离(M)：0.2；有效口径：前Front27.2；后Rear12.1；前置滤光镜螺纹35.5×0.5；外形尺寸(W×H×D mm)：41.6×53；
(7)带通滤光片：GCC-2030系列带通滤光片，中心波长550nm，半带宽80nm；
(8)温度调节器：型号ZNHW-II，温度误差±1℃；电源220v，50hz；
(9)加热板：碳晶电热板，型号TRM-0002；
(10)光盾：底部开放式矩形壳体，材质为铝型材；
(11)透光板：材料为透明有机玻璃，尺寸700mm*500mm；
(12)隔振器：型号450kgZTG，消声频率1.5Hz-4.9Hz(Hz)；
(13)箱体尺寸：700mm*500mm*500mm；材料：亚克力板；分为上、下两个独立部分，上部涂覆有遮光材料，下部四周开有等间距φ10mm通气小孔。
不难发现，本发明利用机器视觉技术、散斑图像重构技术、共生矩阵和转动惯量原理来实现油漆干燥度在线检测，该装置和方法能够有效实现油漆干燥特性的检测，提高油漆检测效率和准确性。

Claims (7)

1.一种基于激光动态散斑技术的油漆干燥分析仪，包括箱体，光源系统、成像系统、数据处理系统和加热系统，其特征在于，所述箱体分为上下两层，上下两层之间通过透明板隔开，所述光源系统和成像系统均布置在所述箱体的上层，所述加热系统设置在箱体的下层，所述箱体的下层四周设置有通风透气孔；所述加热系统用于放置待测样品，并进行加热；所述光源系统用于照射待测样品的油漆表面；所述成像系统用于获取待测样品的油漆表面被光源照射后在空气中形成的散斑图像；所述数据处理系统用于分析散斑图像所承载信息，对油漆的干燥度做出评价。
2.根据权利要求1所述的基于激光动态散斑技术的油漆干燥分析仪，其特征在于，所述光源系统包括激光器和扩束镜，所述激光器安装在箱体的一侧，发出的激光经过扩束镜后照射到待测样品的油漆表面。
3.根据权利要求1所述的基于激光动态散斑技术的油漆干燥分析仪，其特征在于，所述成像系统包括面阵图像传感器和带通滤光片、调焦镜，所述面阵图像传感器设置在待测样品的正上方，所述面阵图像传感器前还设置有所述调焦镜和带通滤光片。
4.根据权利要求1所述的基于激光动态散斑技术的油漆干燥分析仪，其特征在于，所述加热系统包括加热板和温度调节器，所述待测样品放置在加热板上，所述温度调节器用于调节加热板温度。
5.根据权利要求1所述的基于激光动态散斑技术的油漆干燥分析仪，其特征在于，所述数据处理系统通过设定检测时间点序列T1...Tj...Ts，根据各个设定时间点的图像序列生成新图像，通过对生成的新图像进行分析来定量评定采样时间点样品的干燥程度，即整个油漆样本的干燥过程是通过检测时间点序列T1...Tj...Ts所获取的一系列图像所合成的新图像G1...GI...GL的转动惯量随时间变化规律来描述。
6.根据权利要求5所述的基于激光动态散斑技术的油漆干燥分析仪，其特征在于，所述数据处理系统对设定的检测时间点序列的每一个检测时间点Tf，在该点的一个时间邻域内[t1,tn]，对样本油漆平面的激光动态散斑图像摄取N帧图像M1...Mi...MN，并对获取的每一帧图像Mi，根据样本的检测位置等间距提取其L列或行数据，合成新的图像G1...GI...GL。
7.根据权利要求5所述的基于激光动态散斑技术的油漆干燥分析仪，其特征在于，所述数据处理系统对合成图像G1...GI...GL进行分析是指先分别计算合成图像G1...GI...GL的共生矩阵，再计算共生矩阵对角线的转动惯量，并将合成图像G1...GI...GL转动惯量的平均值作为该时间点样本油漆的干燥度的评价参数。
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