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用于激光切割机的智能材料传感平台可以区分30种不同的材料

2021-08-21 11:11:50

随着计算机的加入,激光切割机迅速成为一种相对简单而强大的工具,其软件控制着可以切割金属、木材、纸张和塑料的闪亮机械。虽然这种奇怪的材料混合物让人感觉包罗万象,但用户仍然难以区分外观相似的材料库存,错误的材料可能会弄得一团糟,散发出可怕的气味,或者更糟的是,会喷出有害化学物质。

麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室 (CSAIL) 的科学家们针对肉眼可能不完全清楚的问题提出了“SensiCut”,这是一种用于激光切割机的智能材料传感平台。与传统的、基于相机的方法很容易错误识别材料相比,SensiCut 使用了更细微的融合。它使用深度学习和一种称为“散斑传感”的光学方法识别材料,这种技术使用激光来感测表面的微观结构,只需一个图像传感插件即可实现。

SensiCut 的一点帮助可能会大有帮助——它可以潜在地保护用户免受危险废物的侵害,提供特定于材料的知识,建议细微的切割调整以获得更好的结果,甚至可以雕刻由多种材料组成的服装或手机壳等各种物品。

“通过使用无透镜图像传感器增强标准激光切割机,我们可以轻松识别车间常见的视觉相似材料并减少整体浪费,”Mustafa Doga Dogan 博士说。麻省理工学院 CSAIL 候选人。“我们通过利用材料的微米级表面结构来做到这一点,即使在视觉上与另一种类型相似时,这也是一个独特的特征。没有它,你可能不得不从大型数据库中对正确的材料名称进行有根据的猜测。 ”

除了使用相机,贴纸标签(如二维码)也被用于单张纸上来识别它们。然而,这看起来很简单,但在激光切割过程中,如果代码从主表上切下,则无法识别以备将来使用。此外,如果贴上不正确的标签,激光切割机将采用错误的材料类型。

为了成功地进行一轮“这是什么材料”,该团队在超过 38,000 张图像的 30 种不同材料类型的图像上训练了 SensiCut 的深度神经网络,然后它可以区分诸如丙烯酸、泡沫板和苯乙烯之类的东西,甚至提供关于功率和速度设置的进一步指导。

在一项实验中,该团队决定建造一个面罩,这需要区分来自车间的透明材料。用户首先在界面中选择一个设计文件,然后使用“精确定位”功能让激光移动以识别板材上某个点的材料类型。激光与表面的微小特征相互作用,光线从表面反射,到达图像传感器的像素并产生独特的 2D 图像。然后系统可以警告或标记用户他们的板材是聚碳酸酯,这意味着如果被激光切割可能会产生剧毒的火焰。

激光切割机内部使用了斑点成像技术,具有低成本、现成的组件,如 Raspberry Pi Zero 微处理器板。为了使其紧凑,该团队设计并 3D 打印了一个轻型机械外壳。

除了激光切割机,该团队还设想了一个未来,SensiCut 的传感技术最终可以集成到 3D 打印机等其他制造工具中。为了捕捉更多细微差别,他们还计划通过添加厚度检测来扩展系统,这是材料构成中的一个相关变量。

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