CN204705581U - 汽车自动变速箱油品牌与品质快速检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种汽车自动变速箱油品牌与品质快速检测装置，包括成像光谱仪、高光谱镜头、CCD线性相机、计算机、卤素灯、标准校正白板、遮光板、光源箱、电动机、移动平台和移动平台控制装置，在光源箱的顶部位置设置有遮光板，在遮光板上固定有正对于移动平台的高光谱镜头，高光谱镜头与成像光谱仪的前端相连接，成像光谱仪的后端与CCD线性相机相连接；两个卤素灯安装在光源箱内水平放置并与可调电源相连接，发射光束与水平面成45度；计算机通过1394线与图像采集装置连接，移动平台用于放置样本和标准校正白板，标准校正板用于成像光谱仪扫描图像前校正光强；移动平台与电动机相连接，并由移动平台控制装置控制其移动。

Description

汽车自动变速箱油品牌与品质快速检测装置

技术领域

本实用新型涉及检测装置，具体涉及一种汽车自动变速箱油品牌与品质快速检测装置。

背景技术

汽车自动变速箱油简称ATF(Automatic Transmission Fluid),具有润滑和传递动力两大功能。一方面为齿轮等运转机件提供润滑，另一方面也作为液力变矩器、档位变换等液压机构的运作介质。所以这种油对自动变速箱的运转起到了至关重要的作用。

近年来，汽车ATF品牌以次充好，性能指标不达标等现象严重扰乱了市场定价机制和公平交易原则。传统的检测方法需要专门的测试设备和机构完成耗时费力，且不便于个人携带使用，不能在购买或添加时现场测试。本项目通过采集汽车自动变速箱油的可见-近红外光谱，应用化学计量学算法，通过信息融合处理和分析，消除背景噪声，获取特征波长，建立定量关系模型，实现汽车ATF品牌及性能指标(粘度、PH值和含水量)的快速、无损、大批量检测。成果将有助于规范市场秩序，推动汽车ATF市场健康有序地发展。

高光谱成像技术是一个新兴的快速、低成本、无污染的分析方法，它可以充分利用图像和全谱段或多波长的光谱数据对物质的品质、种类、化学成分等进行定性和定量分析，已广泛应用于农业、石油化工、食品、制药等领域。在石油化工领域，已用于汽油、柴油的测试及其成分的定量分析与研究。图像能够反映物质的颜色信息，而近红外光谱区与有机分子(如有机碳氮源)中的含氢基团(C-H、N-H)振动的合频与各级倍频的吸收一致，可以得到样品中有机分子含氢基团的特征振动信息。因此通过扫描高光谱成像数据，可以得到ATF的成分含量信息，从而对不同品牌和性能的ATF进行检测。与传统的分析化学方法需要破坏样品、操作繁琐、测量成本高等缺点相比，高光谱成像技术具有分析速度快，能够多组分同时测定，分析成本低以及操作简单，不需要专业技术培训等优点。高光谱成像检测不需要对样品进行预处理，能直接进行对样品进行原位测定和非破坏性实时分析。

实用新型内容

本实用新型的目的正是为了克服上述技术的不足，而提供一种汽车自动变速箱油品牌与品质快速检测装置，能对汽车自动变速箱油的内部和外部品质指标同时进行快速、准确和非破坏性的在线检测。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的。这种汽车自动变速箱油品牌与品质快速检测装置，包括成像光谱仪、高光谱镜头、CCD线性相机、计算机、卤素灯、标准校正白板、遮光板、光源箱、电动机、移动平台和移动平台控制装置，在光源箱的顶部位置设置有遮光板，在遮光板上固定有正对于移动平台的高光谱镜头，高光谱镜头与成像光谱仪的前端相连接，成像光谱仪的后端与CCD线性相机相连接；两个卤素灯安装在光源箱内水平放置并与可调电源相连接，发射光束与水平面成45度；计算机通过1394线与图像采集装置连接，移动平台用于放置样本和标准校正白板，标准校正板用于成像光谱仪扫描图像前校正光强；移动平台与电动机相连接，并由移动平台控制装置控制其移动。

所述的可调电源为IT 0062，共有9级可调，安装在光源箱内，与移动平台平齐放置。

所述的两个卤素灯通过高度可调装置安装在光源箱内。

高光谱采集数据前要先进行白板校正和黑板校正，调节成像光谱仪的暴光时间和移动平台运行速度，保证采集到汽车自动变速箱油样品光谱图像清晰且不变形。

对所需测定的汽车自动变速箱油样品，根据汽车自动变速箱油品质检测的标准，先对其中一部分样品进行感官评定，并对它们进行常规的理化分析，建立与汽车自动变速箱油品质等级质量相关的样品品质数据库。利用成像光谱仪获取这些样品的图像和光谱信息数据，经成像光谱仪数据线传输到计算机，计算机上安装有光谱数据处理软件对汽车自动变速箱油样品图像和光谱信息进行处理，把汽车自动变速箱油样品光谱数据经过预处理后在数据层进行融合，融合后的光谱数据能够综合表征样品品牌与品质的特征信息，同时将样品品牌与品质的特征信息与常规测定评判结果进行关联分析，在计算机中形成能够决定汽车自动变速箱油品质质量等级、优劣及合格与否的不同品质的校正集模型。同时建立汽车自动变速箱油样品预测集，利用汽车自动变速箱油校正集模型来验证样品预测集的结果。

对获得的图像信息数据进行数据预处理，预处理后的图像信息反映样品外部品质特征信息，预处理后的光谱信息反映样品内部品质的特征信息。

所述的成像光谱仪采集图像和光谱数据所用光源为模拟日光的卤素灯型号为Unit 6391Pro lamp，14.5伏供电。

所述的移动平台为基于饲服电机闭环控制的移动运动平台。

成像光谱仪扫描汽车自动变速箱油的图像信息实时上传到计算机中，其中，多光谱成像仪的图像能将汽车自动变速箱油样品从背景中分离出来，便于图像的分析处理；用图像处理技术进行图像增强、图像平滑、边缘锐化、图像特征提取和图像识别等处理；光谱信息在数据层的融合方法包括独立变量分析、主成分分析、卷积分析和正交分析；以汽车自动变速箱油的图像特征参数建立评价汽车自动变速箱油外部品质的数学模型，并对模型进行优化改进，将提取得到内部品质光谱信息特征和光谱图像信息特征在特征层上进行融合，融合方法包括神经网络和多元非线性回归，结合已经建立的品质数据库，通过模式识别如模糊神经网络方法对汽车自动变速箱油样品一个综合评价。

样品校正集的建立，其步骤如下：

1)收集各种等级汽车自动变速箱油样品用于建立样品校正集，运用成像光谱仪对样品进行逐一线扫描得到样品校正集标准原始光谱；

2)光谱的校正与预处理，获得样品光谱数据后的第一步是对光谱数据进行校正和预处理；消除或减少背景干扰及提高光谱信号的质量；运用平滑、求导、标准正态变量变换和归一化光谱预处理方法，预处理的目的把原来隐藏的信号差异放大出来，提高光谱的分辨率；

3)把预处理后的光谱数据和样品校正集的标准品质数据进行关联，通过偏最小二乘法、主成分分析或逐步回归等多元回归算法来建立校正模型号。

样品预测集品质的判定，其步骤如下：

1)在与建立样品校正集模型相同条件下对待测汽车自动变速箱油样品进行高光谱数据采集，相同条件包括采样方法、分辨率、扫描间隔或扫描时间、暴光时间和移动平台运行速度；成像光谱仪采集预测样品光谱数据，同时将光谱数据信息输送至计算机处理；

2)计算机系统把得到的光谱数据进行预处理后，提取能表达汽车自动变速箱油外部品质的图像特征信息以及能表达汽车自动变速箱油内部品质的光谱特征信息；

3)计算机系统将所提取的特征光谱数据导入样品校正集模型，输出预测汽车自动变速箱油品质的优劣、等级及合格与否的判定结果并通过计算机显示出来。

本实用新型的有益效果为：利用高光谱成像技术测定汽车自动变速箱油内外部等级品质指标，其分析速度快。光谱的测定过程一般可以在1分钟内自动完成。不使用任何化学材料，无需进行理化分析，降低了检测成本，不污染环境。能够处理大样品、多品种和不同产地的样品分析，节省时间，可用时在线实时检测汽车自动变速箱油品牌与品质。能够对分析样品进行无损测量，测量后的汽车自动变速箱油仍可食用或出售。首次将提取得到汽车自动变速箱油内部品质光谱信息特征和光谱图像信息特征在特征层上进行融合，形成汽车自动变速箱油样品校正集对汽车自动变速箱油样品一个综合评价。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的流程示意图。

附图标记说明：成像光谱仪1、高光谱镜头2、CCD线性相机3、遮光板4、计算机5、卤素灯6、光源箱7、电动机8、移动平台9、移动平台控制装置10、样本11。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本实用新型作进一步阐述，实施例将帮助更好地理解本实用新型，但本实用新型并不仅仅局限于下述实施例。

如图所示，这种汽车自动变速箱油品牌与品质快速检测装置，包括成像光谱仪1、高光谱镜头2、CCD线性相机3、计算机5、卤素灯6、标准校正白板、遮光板4、光源箱7、电动机8、移动平台9和移动平台控制装置10，在光源箱7的顶部位置设置有遮光板4，在遮光板4上固定有正对于移动平台9的高光谱镜头2，高光谱镜头2与成像光谱仪1的前端相连接，成像光谱仪1的后端与CCD线性相机3相连接；两个卤素灯6安装在光源箱7内水平放置并与可调电源相连接，两个卤素灯6与样品移动平台垂直距离为35cm，高度可调，发射光束与水平面成45度(图1中的6是为引出的放大图)；计算机5通过1394线与图像采集装置连接，移动平台9用于放置样本11和标准校正白板，标准校正板用于成像光谱仪扫描图像前校正光强；移动平台9与电动机8相连接，并由移动平台控制装置10控制其移动。

所述的可调电源为IT 0062，共有9级可调，安装在光源箱7内，与移动平台9平齐放置。所述的两个卤素灯6通过高度可调装置安装在光源箱7内。

在采集汽车自动变速箱油样品的高光谱数据之前，需要调整成像光谱仪采集参数和其它装置参数，其调整参数步骤如下：

成像光谱仪波长为400～2500nm。用数据线将成像光谱仪与计算机相连，汽车自动变速箱油样品置于特制的玻璃盛样容器中。高光谱镜头2与样品容器中心点的夹角是90度，之间垂直距离是60cm，成像光谱仪暴光时间为0.12ms。高光谱数据采集软件是Spectral Image-N17E，样品放置于移动平台上，移动平台自右向左移动，速度为19mm/s；卤素灯光源发射光束射于样品移动平台上，计算机系统通过1394线与图像采集卡连接。待高光谱数据采集完毕，用光谱专用分析软件ENVI 4.6、ASD ViewSpec Pro V5.6和Unscramble V8.0进行数据处理分析。

成像光谱仪安装在可移动底座的暗箱内，暗箱内安装有成像光谱仪电源、卤素灯光源、移动平台及其控制装置，成像光谱仪悬挂在机械伸展臂下，可实现调节高度和伸展距离。卤素灯光源可实现旋转最大角度90度调节照射范围。

采集高光谱图像时，可将成像光谱仪固定在机械伸展臂下，探头垂直向下扫描样品光谱信息。先挑选同一品种不同等级汽车自动变速箱油样品(每个等级60个样品)用来建立模型，用基于高光谱成像技术的检测装置对汽车自动变速箱油样品进行扫描，得到样品的原始光谱信息数据，把采集得到的数据传输到计算机中。汽车自动变速箱油综合品质等级通过专业的感官评审人员感官评定和理化分析的结果来确定，感官评定和理化分析的过程严格按国家标准指定的各项指标执行。然后将这些样品作为标准样品建立一个标准库，将这些样品的规格等级与无损检测得到的光谱和图像信息特征相关联，建立一个汽车自动变速箱油品质等级校正集模型。

建立校正集模型步骤如下：

1)挑选同一品种不同等级汽车自动变速箱油样品用于建立样品校正集，每个等级汽车自动变速箱油取样60个，运用成像光谱仪对样品进行逐一线扫描得到样品校正集标准原始光谱，同一样品需多次重复测量，以平均光谱作为该样品原始标准光谱；

2)光谱的校正与预处理，获得样品光谱数据后的第一步是对光谱数据进行校正和预处理；消除或减少背景干扰及提高光谱信号的质量；运用平滑、求导、标准正态变量变换和归一化光谱预处理方法，预处理的目的把原来隐藏的信号差异放大出来，提高光谱的分辨率；

3)把预处理后的光谱数据和样品校正集的标准品质数据进行关联，通过偏最小二乘法、主成分分析或逐步回归等多元回归算法来建立校正模型号。

接下来就可以对未知汽车自动变速箱油的品质等级进行测定并验证。预测集样品每个等级取30个样品放置在样品移动平台上，进行原始光谱数据采集，调节成像光谱仪的高度和调节摄像头的焦距，汽车自动变速箱油样品在移动平台自右向左移动，成像光谱仪进行线扫描得到汽车自动变速箱油的高光谱图像信息和光谱信息，通过图像采集装置把图像信息传输到计算机，卤素灯发出的光照射到汽车自动变速箱油样品上形成漫反射，漫反射光经光纤进入成像光谱仪，得到的近红外光谱信号数据通过数据线传输到计算机。在计算机内完成光谱和图像信息数据预处理、特征提取和信息融合，把光谱数据导入经过标准库中相应的校正集模型给出汽车自动变速箱油样品品质等级的测定，结果在计算机界面上显示。至此该汽车自动变速箱油样品的品质等级测试结束。

预测样品品质的判定，其步骤如下：

1)在与建立样品校正集模型相同条件下对待测汽车自动变速箱油样品进行高光谱数据采集，相同条件包括采样方法、分辨率、扫描间隔或扫描时间、暴光时间和移动平台运行速度；成像光谱仪采集预测样品光谱数据，同时将光谱数据信息输送至计算机处理；

2)计算机系统把得到的光谱数据进行预处理后，提取能表达汽车自动变速箱油品质的图像特征光谱信息以及能表达汽车自动变速箱油内部品质的光谱特征信息；

3)计算机系统将所提取的特征光谱数据导入样品校正集模型，输出预测汽车自动变速箱油品质的优劣、等级及合格与否的判定结果并通过计算机显示出来。

Claims (3)

1.一种汽车自动变速箱油品牌与品质快速检测装置，其特征在于：包括成像光谱仪(1)、高光谱镜头(2)、CCD线性相机(3)、计算机(5)、卤素灯(6)、标准校正白板、遮光板(4)、光源箱(7)、电动机(8)、移动平台(9)和移动平台控制装置(10)，在光源箱(7)的顶部位置设置有遮光板(4)，在遮光板(4)上固定有正对于移动平台(9)的高光谱镜头(2)，高光谱镜头(2)与成像光谱仪(1)的前端相连接，成像光谱仪(1)的后端与CCD线性相机(3)相连接；两个卤素灯(6)安装在光源箱(7)内水平放置并与可调电源相连接，发射光束与水平面成45度；计算机(5)通过1394线与图像采集装置连接，移动平台(9)用于放置样本(11)和标准校正白板，标准校正板用于成像光谱仪扫描图像前校正光强；移动平台(9)与电动机(8)相连接，并由移动平台控制装置(10)控制其移动。

2.根据权利要求1所述的汽车自动变速箱油品牌与品质快速检测装置，其特征在于：所述的可调电源为IT 0062，共有9级可调，安装在光源箱(7)内，与移动平台(9)平齐放置。

3.根据权利要求1所述的汽车自动变速箱油品牌与品质快速检测装置，其特征在于：所述的两个卤素灯(6)通过高度可调装置安装在光源箱(7)内。