CN113092467A - 全岩光片智能化显微识别定量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种全岩光片智能化显微识别定量系统，它包括注胶装置、振动布料滑道、紫外光固化隧道和多个研磨工段；注胶装置用于将UV胶注入到试样皿中；振动布料滑道用于将过筛后的岩样散布在UV胶的表面；紫外光固化隧道用于将试样皿中的UV胶固化；研磨工段设有粗磨工段、精磨工段和抛光工段用于获得全岩光片；还设有显微镜，显微镜的目镜设有图像采集装置，显微镜的目镜附近设有多组不同光照模式的光源，在显微镜的目镜下方设有X、Y步进工作台，X、Y步进工作台用于固定岩样；显微镜与计算机电连接。通过采用上述的方案，大幅提高全岩光片的制作效率，尤其是能够应对大批量的全岩光片制作和图像采集。

Description

全岩光片智能化显微识别定量系统
技术领域
本发明涉及石油天然气地质勘探技术领域，特别是一种全岩光片智能化显微识别定量系统。
背景技术
有机显微组分是烃源岩中的成烃物质。其含量和组成的差异对煤及烃源岩的性质和成烃特征均具有重要影响。前期有机显微组分定量借用煤岩学方法，采用单视域分析目估法估算。其中应用最广泛的是国际煤炭和有机岩石学委员会 1971年给出了数点法估算各有机显微组分含量的方法。该方法在显微组分鉴定的基础上，确定各种组成成分占 全岩体积的百分比 – 通过颗粒数点的方法，“以点代面”、 “以面代体”通过多达500个以上的有效点数统计，来计算各有机显微组分的含量。该方法极为耗时，工作效率极低，且受人为经验影响较大。数据结果不具有重现性，丧失了大量的有用地质信息，限制了有机岩石学方法的应用范围。中国专利文献CN110426350A提供了岩石中显微组分组成的定量方法。煤炭科学技术研究院有限公司专利文献CN111160064A采用煤岩组分识别方法，采用灰度累积频率曲线的处理以及区域划分，单色划分颗粒边缘存在很大不足。中国专利文献CN 104515698A记载了一种快速磨制光片的方法，大幅提高了制作全岩光片的效率，但是对于大批量的全岩光片制备和采集仍然效率偏低，限制了地质勘探的快速发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种全岩光片智能化显微识别定量系统，能够大幅提高全岩光片制备效率和全岩光片图片的采集速度和拼接效率。
为解决上述的技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种全岩光片智能化显微识别定量系统，它包括显微镜（7），显微镜（7）的目镜设有图像采集装置（5），显微镜（7）的物镜附近设有多组不同光照模式的光源，在显微镜（7）的物镜下方设有X、Y步进工作台（1）；
X、Y步进工作台（1）用于固定岩样（2）并驱动岩样（2）沿着X、Y轴步进运动；或者X、Y步进工作台（1）用于固定岩样（2）并驱动显微镜（7）的物镜沿着X、Y轴步进运动；
图像采集装置（5）与计算机电连接。
优选的方案中，还包括注胶装置（12）、振动布料滑道（15）、紫外光固化隧道（17）和多个研磨工段；
所述的研磨工段包括粗磨工段（20）、精磨工段（23）和抛光工段（25）；
注胶装置（12）、振动布料滑道（15）、紫外光固化隧道（17）、粗磨工段（20）、精磨工段（23）和抛光工段（25）沿着输送带（11）的上下游依次布置；
注胶装置（12）用于将UV胶注入到试样皿（9）中；
振动布料滑道（15）用于将过筛后的岩样散布在UV胶的表面；
紫外光固化隧道（17）用于将试样皿（9）中的UV胶固化；
研磨工段设有粗磨工段（20）、精磨工段（23）和抛光工段（25）用于打磨和抛光固化后的岩样表面，以获得全岩光片。
优选的方案中，所述的试样皿内设有成型环，成型环为透明的环状结构，成型环的底部与试样皿的内底部接触并形成密封；
成型环的内壁设有拔模斜度。
优选的方案中，在紫外光固化隧道（17）的下游还设有取样工作台（34），取样工作台（34）的下游一侧还设有条码喷码器（35）；
在X、Y步进工作台（1）的一侧还设有条码扫描器（33），用于扫描岩样（2）上的条码；
在条码扫描器（33）的上游设有缓冲储料器（36）。
优选的方案中，粗磨工段（20）的结构为：下研磨装置（27）与上研磨装置（30）相对布置，在下研磨装置（27）与上研磨装置（30）之间设有升降夹头（31），升降夹头（31）与升降架（29）连接，升降架（29）与升降电机（28）之间通过丝杠螺母机构连接，由升降电机（28）驱动升降架（29）升降，以使升降夹头（31）在下研磨装置（27）与上研磨装置（30）之间往复运动；
下研磨装置（27）与上研磨装置（30）之间具有达到设计要求的表面平行度。
优选的方案中，精磨工段（23）和抛光工段（25）的结构为：上研磨装置（30）下方设有升降夹头（31），升降夹头（31）与升降架（29）连接，升降架（29）与升降电机（28）之间通过丝杠螺母机构连接，由升降电机（28）驱动升降架（29）升降，以使升降夹头（31）相对上研磨装置（30）往复运动。
优选的方案中，在粗磨工段（20）、精磨工段（23）和抛光工段（25）的一侧设有多个侧推气缸（26），侧推气缸（26）上设有夹取机械爪（261），用于将固化岩样（18）推入粗磨工段（20）、精磨工段（23）或抛光工段（25），或者从粗磨工段（20）、精磨工段（23）或抛光工段（25）取出固化岩样（18）。
优选的方案中，在粗磨工段、精磨工段或抛光工段的上游还分别设有检测传感器，用于检测经过的固化岩样，以便于将固化岩样推入到相应的工段。
优选的方案中，在X、Y步进工作台（1）进料的一侧还设有条码扫描器（33），用于扫描岩样上的条码。
优选的方案中，X、Y步进工作台（1）设有X向伺服电机和Y向伺服电机，用于驱动工作台沿X向或Y向运动设定的距离。
本发明提供了一种全岩光片智能化显微识别定量系统，通过采用自动化的显微采集装置，能够大幅提高全岩光片的采集效率。优选的方案中，与自动化制备全岩光片的生产线构成整体，实现从制备到采集的全自动方案，进一步提高全岩光片的制作和采集效率。能够应对大批量的全岩光片制作和图像采集，自动化扫描和拼接的方案，大幅节省岩样有机组分显微图像的采集效率。采用本发明的方案，12h能够采集500~1000块全岩光片试样。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明中显微镜自动扫描采集装置的结构示意图。
图2为本发明的制备岩样的结构示意图。
图3为本发明中粗磨工段的结构示意图。
图4为本发明中精磨工段和抛光工段的结构示意图。
图5为本发明中岩样采集流程图。
图6为本发明中试样皿的结构示意图。
图7为本发明制备采集全自动系统的结构示意图。
图8为本发明中白光扫描的全岩光片示意图。
图9为本发明中荧光扫描的全岩光片示意图。
图10为本发明的组分识别示意图。
图11为本发明白光扫描拼接的图片示意图。
图中，X、Y步进工作台1，岩样2，第一光源3，第二光源4，图像采集装置5，计算机6，显微镜7，容器供应塔架8，试样皿9，成型环10，输送带11，注胶装置12，分级筛13，弃料滑道14，振动布料滑道15，布料传感器16，紫外光固化隧道17，固化岩样18，第一检测传感器19，粗磨工段20，监视屏21，第二检测传感器22，精磨工段23，第三检测传感器24，抛光工段25，侧推气缸26，夹取机械爪261，下研磨装置27，升降电机28，升降架29，上研磨装置30，升降夹头31，摄像头32，条码扫描器33，取样工作台34，条码喷码器35，缓冲储料器36。
具体实施方式
实施例1：
如图1中，一种全岩光片智能化显微识别定量系统，它包括显微镜（7），显微镜（7）的目镜设有图像采集装置（5），显微镜（7）的物镜附近设有多组不同光照模式的光源，在显微镜（7）的物镜下方设有X、Y步进工作台（1）；
X、Y步进工作台（1）用于固定岩样（2）并驱动岩样（2）沿着X、Y轴步进运动；或者X、Y步进工作台（1）用于固定岩样（2）并驱动显微镜（7）的物镜沿着X、Y轴步进运动；
图像采集装置（5）与计算机电连接。由此结构，通过自动扫描数字化采集的方式，实现岩样（2）图片的自动采集，大幅提高全岩光片的采集效率，从而加快勘测结果的反馈。
优选的方案如图2中，还包括注胶装置（12）、振动布料滑道（15）、紫外光固化隧道（17）和多个研磨工段；
所述的研磨工段包括粗磨工段（20）、精磨工段（23）和抛光工段（25）；
注胶装置（12）、振动布料滑道（15）、紫外光固化隧道（17）、粗磨工段（20）、精磨工段（23）和抛光工段（25）沿着输送带（11）的上下游依次布置；
注胶装置（12）用于将UV胶注入到试样皿（9）中；优选的，振动布料滑道15与分级筛13连接，分级筛13的上级为2~3mm筛，分级筛13的下级为0.5mm筛，振动布料滑道15与下级的筛上连接，获得0.5~2mm粒径的岩样颗粒。
振动布料滑道（15）用于将过筛后的岩样散布在UV胶的表面；
紫外光固化隧道（17）用于将试样皿（9）中的UV胶固化；
研磨工段设有粗磨工段（20）、精磨工段（23）和抛光工段（25）用于打磨和抛光固化后的岩样表面，以获得全岩光片。本例中的上下游，是指试样皿9或固化岩样18在输送带11上的运动方向。在粗磨工段20、精磨工段23和抛光工段25的上游还分别设有检测传感器，优选的，检测传感器采用光电传感器，用于检测经过的固化岩样18，以便于根据固化岩样18的位置，以侧推气缸26将固化岩样18推入到相应的工段。优选的，每个工段设有多个工位，以便于同时打磨多个固化岩样18。优选的，工位设置的数量应满足粗磨工段20、精磨工段23和抛光工段25的加工能力高于其他工段，以避免拥堵。
优选的方案如图2中，在注胶装置12的上游，输送带11的一侧设有容器供应塔架8，容器供应塔架8的底部设有开口，在容器供应塔架8内设有堆叠的试样皿9，容器供应塔架8的底部一侧设有顶推装置，用于将堆叠的试样皿9中的一个顶推到输送带11上。顶推装置采用气缸驱动结构与侧推气缸26的结构相同，该顶推装置在图中未示出。
优选的方案如图6中，所述的试样皿内设有成型环，成型环10为环状结构，优选的采用透明材质，成型环的底部与试样皿的内底部接触并形成密封；本例中，在试样皿9的底部设有浅槽，采用CNC精密加工，成型环10采用玻璃材质，在试样皿9内喷涂有脱模剂。成型环10的内部设有拔模斜度。本例中的拔模斜度为5°。即成型环10的内圈底部直径较小，顶部直径较大，便于取出固化岩样18。
优选的方案如图2中，在紫外光固化隧道（17）的下游还设有取样工作台（34），取样工作台（34）的下游一侧还设有条码喷码器（35），用于在固化岩样18的外壁打上条码；
在X、Y步进工作台（1）的一侧还设有条码扫描器（33），用于扫描岩样（2）上的条码；
进一步优选的，如图7中，在条码扫描器（33）的上游设有缓冲储料器（36）。缓冲储料器（36）采用圆盘式缓冲储料器，圆盘式缓冲储料器通过转动盘实现岩样（2）的缓冲和供应。圆盘式缓冲储料器为市售的产品。
优选的方案如图3中，粗磨工段20的结构为：下研磨装置27与上研磨装置30相对布置，在下研磨装置27与上研磨装置30之间设有升降夹头31，升降夹头31与升降架29连接，升降架29与升降电机28之间通过丝杠螺母机构连接，由升降电机28驱动升降架29升降，以使升降夹头31在下研磨装置27与上研磨装置30之间往复运动。升降夹头31设有可沿径向伸缩的夹爪，本例中升降夹头31采用电磁夹爪，为外购件，用于夹紧固化岩样18的侧壁。下研磨装置（27）与上研磨装置（30）之间具有达到设计要求的表面平行度。由此结构，以使固化岩样18的上下表面保持平行。
优选的方案如图4中，精磨工段23和抛光工段25的结构为：上研磨装置30下方设有升降夹头31，升降夹头31与升降架29连接，升降架29与升降电机28之间通过丝杠螺母机构连接，由升降电机28驱动升降架29升降，以使升降夹头31相对上研磨装置30往复运动。
优选的方案如图3、4中，在粗磨工段20、精磨工段23和抛光工段25的一侧设有多个侧推气缸26，优选的在侧推气缸26的活塞杆端头设有夹取机械爪261，夹取机械爪261采用电磁式机械爪，用于将固化岩样18推入粗磨工段20、精磨工段23或抛光工段25，或者从粗磨工段20、精磨工段23或抛光工段25取出固化岩样18。侧推气缸26与在粗磨工段20、精磨工段23和抛光工段25中的各个工位对应。
优选的方案中，在粗磨工段、精磨工段或抛光工段的上游还分别设有检测传感器，优选的，采用光传感器，用于检测经过的固化岩样18，以便于将固化后的岩样推入到相应的工段。
优选的方案中，在X、Y步进工作台（1）进料的一侧还设有条码扫描器（33），用于扫描岩样上的条码。
优选的方案中，X、Y步进工作台（1）设有X向伺服电机和Y向伺服电机，用于驱动工作台沿X向或Y向运动设定的距离。
实施例2：
在实施例1的基础上，如图5中，一种采用上述的全岩光片智能化显微识别定量系统的智能化显微识别方法，它包括以下步骤：
S1、粉碎；
S2、过筛，获得0.5~2mm粒径岩样；
S3、在试样皿9中加入UV胶；
S4、利用紫外光将UV胶固化；
S5、粗磨，将固化岩样18上面端面粗磨，并是固化岩样18上下端面的平行度达到要求；粗磨采用250目砂纸。
S6、精磨；精磨采用600目砂纸。
S7、抛光；抛光采用抛光革进行抛光。
S7、利用显微镜7的X、Y步进工作台1自动化采集固化岩样18图像；
通过以上步骤实现全岩光片制备和图像采集。
实施例3：
在实施例2的基础上，步骤S7中，S71、将岩样2固定安装在显微镜7下方的X、Y步进工作台1上；
优选的方案中，所述的X、Y步进工作台1设有X向伺服电机和Y向伺服电机，用于驱动工作台沿X向或Y向运动设定的距离。
选取岩样2扫描区域；
优选的方案中，还设有摇杆，摇杆用于输入X向和Y向移动命令，以控制X、Y步进工作台1手动沿着X向和Y向移动。
S72、分割扫描区域，根据分割的扫描区域设定X、Y步进工作台1的步进长度及路径；优选的方案中，通过手动或自动选取岩样2扫描区域，计算机6根据试拍的视野，设定分割矩阵的行和列的步进长度，确保分割后的视野互相重叠。手动的X、Y步进工作台1是以摇杆控制选取岩样2扫描区域。自动的X、Y步进工作台1则是在计算机6中输入扫描区域，自动选取。
S73、在每次步进位置以不同光照模式采集岩样图片；
优选的方案中，在固定岩样2的位置上方设有光源，所述的光源设有多种光源，当切换一次光源，则向计算机6发送一次光源切换信号。
优选的方案中，计算机6根据光源切换信号和步进信号对采集的图片进行分类，分类的图片设置相同的与光源相对应的标记。
S74、图像采集装置5通过显微镜7采集图片，传输至计算机6；
S75、计算机根据不同光照模式将采集的图片按顺序拼接；拼接后的结果如图11中所示。
优选的方案中，计算机6根据分类标记和顺序对图片的图片分文件夹排序；
根据步进顺序和图片编号顺序自动对图片进行拼接。
优选的方案中，拼接过程中，第一列之间和第一行之间采用手工精确对比，计算机采集手工精确对比的重叠参数作为下一列及下一行的拼接参数，自动完成拼接。
优选的方案中，将重叠参数作为之后各个岩样的拼接参数。
通过以上步骤得到大视域细粒沉积岩有机组分显微图像。
优选的方案中，相邻的视野重叠在10%以上。
实施例4：
拼接后的识别方法如下：
S01、以不同光照模式采集岩样矩阵图片至计算机；
优选的方案中，步骤S1中的光照模式包括白光、红光、黄光、蓝光、绿光和荧光中的至少两种或两种以上多种的组合。
优选的方案中，步骤S1中的光照模式包括白光和荧光。
优选的方案中，所述的荧光为紫色激光、蓝紫激光或紫外光。
优选的方案中，所述的白光为高压汞灯发出的光源或者由多色激光组合的白色激光光源；
红光、黄光、蓝光和绿光光源均采用激光光源。
在采集过程中，为确保拼接时不会遗漏图像信息，在采集过程中要确保每个步进位置采集的图像边缘有宽度或长度的10%以上的重叠。
优选的方案中，步骤S1中，采集时，采用矩阵步进平台固定岩样，每次步进切换不同光照模式，并根据光照模式的数量在每次步进采集相应的图片数量。
S02、拼接矩阵图片；拼接前先对不同光照模式下获取的图片进行分类，然后根据检测图片的编号，查询步进顺序，根据步进顺序和图片编号顺序自动对图片进行拼接。拼接过程中，第一列之间和第一行之间采用手工精确对比，采集手工精确对比的参数作为下一列及下一行的拼接参数，自动完成拼接。优选的，将拼接参数作为之后各种光照模式下的拼接参数。直至步进参数被重新调节。此处所述的步进参数，是指每次扫描岩样在工作台移动的横向或纵向距离。
S03、对不同光照模式图像做颗粒物边缘跟踪，获取不同模式下颗粒物边缘跟踪图；
优选的方案中，步骤S3中，对不同光照模式下的拼接图片，进行颗粒物边缘跟踪，方式为，根据预设阈值识别图片中交界线，以最近端头方式将交界线闭合，获得颗粒物边缘跟踪界面框图。
S04、将不同模式下颗粒物边缘跟踪图叠加，保留边缘跟踪路径叠加；
S05、分类提取；
优选的方案中，步骤S5中，根据色调，进行类聚分析，将各个类分别与组分相对应。
优选的方案中，步骤S6中，根据类聚结果，将组分与颜色相对应，对各类所叠加的跟踪路径进行颜色填充。
S06、根据分类填充不同颜色；
S07、统计颜色像素数，并求和；
通过以上步骤实现有机组分相对含量快速显微识别。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全岩光片智能化显微识别定量系统，其特征是：它包括显微镜（7），显微镜（7）的目镜设有图像采集装置（5），显微镜（7）的物镜附近设有多组不同光照模式的光源，在显微镜（7）的物镜下方设有X、Y步进工作台（1）；
X、Y步进工作台（1）用于固定岩样（2）并驱动岩样（2）沿着X、Y轴步进运动；或者X、Y步进工作台（1）用于固定岩样（2）并驱动显微镜（7）的物镜沿着X、Y轴步进运动；
图像采集装置（5）与计算机电连接。
2.根据权利要求1所述的一种全岩光片智能化显微识别定量系统，其特征是：还包括注胶装置（12）、振动布料滑道（15）、紫外光固化隧道（17）和多个研磨工段；
所述的研磨工段包括粗磨工段（20）、精磨工段（23）和抛光工段（25）；
注胶装置（12）、振动布料滑道（15）、紫外光固化隧道（17）、粗磨工段（20）、精磨工段（23）和抛光工段（25）沿着输送带（11）的上下游依次布置；
注胶装置（12）用于将UV胶注入到试样皿（9）中；
振动布料滑道（15）用于将过筛后的岩样散布在UV胶的表面；
紫外光固化隧道（17）用于将试样皿（9）中的UV胶固化；
研磨工段设有粗磨工段（20）、精磨工段（23）和抛光工段（25）用于打磨和抛光固化后的岩样表面，以获得全岩光片。
3.根据权利要求2所述的一种全岩光片智能化显微识别定量系统，其特征是：所述的试样皿内设有成型环，成型环为透明的环状结构，成型环的底部与试样皿的内底部接触并形成密封；
成型环的内壁设有拔模斜度。
4.根据权利要求2所述的一种全岩光片智能化显微识别定量系统，其特征是：在紫外光固化隧道（17）的下游还设有取样工作台（34），取样工作台（34）的下游一侧还设有条码喷码器（35）；
在X、Y步进工作台（1）的一侧还设有条码扫描器（33），用于扫描岩样（2）上的条码；
在条码扫描器（33）的上游设有缓冲储料器（36）。
5.根据权利要求2所述的一种全岩光片智能化显微识别定量系统，其特征是：粗磨工段（20）的结构为：下研磨装置（27）与上研磨装置（30）相对布置，在下研磨装置（27）与上研磨装置（30）之间设有升降夹头（31），升降夹头（31）与升降架（29）连接，升降架（29）与升降电机（28）之间通过丝杠螺母机构连接，由升降电机（28）驱动升降架（29）升降，以使升降夹头（31）在下研磨装置（27）与上研磨装置（30）之间往复运动；
下研磨装置（27）与上研磨装置（30）之间具有达到设计要求的表面平行度。
6.根据权利要求2所述的一种全岩光片智能化显微识别定量系统，其特征是：精磨工段（23）和抛光工段（25）的结构为：上研磨装置（30）下方设有升降夹头（31），升降夹头（31）与升降架（29）连接，升降架（29）与升降电机（28）之间通过丝杠螺母机构连接，由升降电机（28）驱动升降架（29）升降，以使升降夹头（31）相对上研磨装置（30）往复运动。
7.根据权利要求1、6、7任一项所述的一种全岩光片智能化显微识别定量系统，其特征是：在粗磨工段（20）、精磨工段（23）和抛光工段（25）的一侧设有多个侧推气缸（26），侧推气缸（26）上设有夹取机械爪（261），用于将固化岩样（18）推入粗磨工段（20）、精磨工段（23）或抛光工段（25），或者从粗磨工段（20）、精磨工段（23）或抛光工段（25）取出固化岩样（18）。
8.根据权利要求8所述的一种全岩光片智能化显微识别定量系统，其特征是：在粗磨工段、精磨工段或抛光工段的上游还分别设有检测传感器，用于检测经过的固化岩样，以便于将固化岩样推入到相应的工段。
9.根据权利要求1所述的一种全岩光片智能化显微识别定量系统，其特征是：在X、Y步进工作台（1）进料的一侧还设有条码扫描器（33），用于扫描岩样上的条码。
10.根据权利要求1所述的一种全岩光片智能化显微识别定量系统，其特征是：X、Y步进工作台（1）设有X向伺服电机和Y向伺服电机，用于驱动工作台沿X向或Y向运动设定的距离。
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