(一)算法優(yōu)化方面
提升算法精度
采用更先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法,如深度學(xué)習(xí)中的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)。CNN具有自動(dòng)提取圖像特征的能力,可以更準(zhǔn)確地識(shí)別缺陷類型和位置。例如在表面缺陷檢測(cè)中,通過大量的缺陷樣本對(duì)CNN進(jìn)行訓(xùn)練,使其能夠?qū)W習(xí)到不同缺陷的特征模式,從而提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
多算法融合
將傳統(tǒng)的圖像處理算法與機(jī)器學(xué)習(xí)算法相結(jié)合。傳統(tǒng)算法如邊緣檢測(cè)、閾值分割等可以快速定位可能存在缺陷的區(qū)域,然后再利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行更精細(xì)的分類和分析。例如在金屬表面缺陷檢測(cè)中,先使用邊緣檢測(cè)算法找到疑似缺陷的邊緣輪廓,再通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法判斷這個(gè)輪廓是否是真正的缺陷以及缺陷的類型。
(二)數(shù)據(jù)管理方面
數(shù)據(jù)擴(kuò)充
收集更多不同類型、不同環(huán)境下的缺陷樣本數(shù)據(jù)??梢酝ㄟ^模擬不同的生產(chǎn)條件、使用不同的材料等方式獲取更多樣化的數(shù)據(jù)。更多的數(shù)據(jù)有助于提高模型的泛化能力,使檢測(cè)系統(tǒng)能夠適應(yīng)更多的場(chǎng)景。例如對(duì)于玻璃表面缺陷檢測(cè),收集在不同光照條件、不同玻璃厚度下的缺陷樣本數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)標(biāo)注優(yōu)化
提高數(shù)據(jù)標(biāo)注的準(zhǔn)確性和一致性??梢灾贫ㄔ敿?xì)的數(shù)據(jù)標(biāo)注規(guī)范,對(duì)標(biāo)注人員進(jìn)行培訓(xùn),使用標(biāo)注工具進(jìn)行輔助標(biāo)注等。準(zhǔn)確的標(biāo)注數(shù)據(jù)是機(jī)器學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練的基礎(chǔ),高質(zhì)量的標(biāo)注能夠提高模型的性能。
(三)硬件升級(jí)方面
傳感器升級(jí)
更換更高分辨率、更高靈敏度的傳感器。例如在表面缺陷檢測(cè)中,將普通的光學(xué)傳感器升級(jí)為高分辨率的CCD或CMOS傳感器,可以獲取更清晰的圖像,從而更容易發(fā)現(xiàn)微小的缺陷。
采用多傳感器融合的方式。如同時(shí)使用光學(xué)傳感器和超聲波傳感器,光學(xué)傳感器可以檢測(cè)表面的視覺缺陷,超聲波傳感器可以檢測(cè)內(nèi)部缺陷或者檢測(cè)一些光學(xué)傳感器難以檢測(cè)到的隱藏缺陷。
計(jì)算設(shè)備升級(jí)
使用性能更強(qiáng)大的計(jì)算設(shè)備,如GPU加速計(jì)算。在使用深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行缺陷檢測(cè)時(shí),大量的計(jì)算需要快速完成,GPU具有強(qiáng)大的并行計(jì)算能力,可以大大提高檢測(cè)的速度和效率。
二、表面缺陷檢測(cè)的方法
(一)基于傳統(tǒng)機(jī)理的檢測(cè)方法
渦流檢測(cè)(Eddy Current Testing,ET)
原理:基于電磁感應(yīng)原理,當(dāng)交流電通過線圈時(shí)會(huì)在線圈周圍產(chǎn)生磁場(chǎng),當(dāng)線圈靠近導(dǎo)電材料表面時(shí),被測(cè)物表面產(chǎn)生感應(yīng)電流,因缺陷造成的材質(zhì)、尺寸變動(dòng)會(huì)引起線圈阻抗變化,監(jiān)測(cè)這種變化量就能判斷出被測(cè)物表面是否存在缺陷。探頭線圈產(chǎn)生的渦流頻率與檢測(cè)深度成反比。
適用范圍:適用于導(dǎo)電材料的表面及近表面的檢測(cè),一般用于金屬表面缺陷檢測(cè),可檢測(cè)孔洞、裂紋等缺陷。
特點(diǎn):非接觸式檢測(cè),不會(huì)損害被測(cè)物的表面;檢測(cè)無需耦合介質(zhì),檢測(cè)速度快,靈敏度高。但被檢測(cè)對(duì)象必須是導(dǎo)電材料,對(duì)被測(cè)物的表面狀態(tài)要求較高,在檢測(cè)粗糙度較大的表面時(shí)效果不佳,難以準(zhǔn)確區(qū)分缺陷的種類。
交流電磁場(chǎng)檢測(cè)(Alternating Current Field Measurement,ACFM)
原理:基于電磁感應(yīng)原理,通過激勵(lì)探頭在工件表面產(chǎn)生均勻電流,利用檢測(cè)線圈拾取平行電流在缺陷處產(chǎn)生擾動(dòng)而引起磁場(chǎng)畸變信號(hào),再經(jīng)過信號(hào)采集和處理裝置將得到反映缺陷長(zhǎng)度和深度信息的信號(hào),從而分析判斷缺陷信息。
適用范圍:主要用于具有高導(dǎo)磁率的鐵磁性材料,多用于海洋鉆井平臺(tái)等水下結(jié)構(gòu)物的表面缺陷檢測(cè)。
特點(diǎn):無接觸檢測(cè),不會(huì)損害被測(cè)物的表面;表面要求低,可穿透涂層;數(shù)學(xué)模型精確,反演所得的缺陷尺寸和位置準(zhǔn)確。但僅適用于特定材料,自動(dòng)化程度較低,設(shè)備昂貴,檢測(cè)成本高,所能檢測(cè)的缺陷種類有限。
漏磁檢測(cè)(Magnetic Flux Leakage,MFL)
原理:在磁化裝置的作用下將被測(cè)產(chǎn)品磁化至飽和狀態(tài),若被測(cè)產(chǎn)品無缺陷,則產(chǎn)品中的磁感應(yīng)線被約束至物體之中,磁通平行于被測(cè)物表面;若存在破損、腐蝕等缺陷,缺陷部位的材料或形態(tài)會(huì)導(dǎo)致磁導(dǎo)率變化,將形成與缺陷大小成比例的漏磁場(chǎng),通過磁敏探頭檢測(cè)泄漏的磁力線,即可推算出被測(cè)物上的缺陷形態(tài)。
適用范圍:適用于鐵磁材料產(chǎn)品的檢測(cè)。
特點(diǎn):能夠直觀地顯示缺陷的形狀、位置和尺寸。但不適用于檢測(cè)形狀復(fù)雜的物體,僅適用于鐵磁材料。
激光超聲檢測(cè)
原理:利用激光在材料表面產(chǎn)生超聲波,當(dāng)超聲波傳播到缺陷處時(shí)會(huì)發(fā)生反射、散射等變化,通過檢測(cè)這些變化來判斷缺陷的存在和特性。
適用范圍:可用于多種材料的檢測(cè)。
特點(diǎn):非接觸式檢測(cè),檢測(cè)精度較高,可以檢測(cè)內(nèi)部缺陷。但設(shè)備成本較高,檢測(cè)過程相對(duì)復(fù)雜。
(二)基于機(jī)器視覺的檢測(cè)方法
光學(xué)機(jī)器視覺智能檢測(cè)
原理:一定的光源照在待測(cè)表面上,利用高速CCD攝像機(jī)獲得表面圖像,通過圖像處理提取圖像特征向量,通過分類器對(duì)表面缺陷進(jìn)行檢測(cè)與分類。
適用范圍:廣泛應(yīng)用于各種材料表面缺陷檢測(cè),尤其是形狀規(guī)則、表面相對(duì)平整的物體。
特點(diǎn):檢測(cè)速度快,可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè),能夠檢測(cè)多種類型的缺陷。但對(duì)于復(fù)雜形狀物體的檢測(cè)可能存在盲區(qū),且對(duì)光照等環(huán)境因素較為敏感。
攝像檢測(cè)法
原理:通過攝像頭獲取物體表面的圖像,然后對(duì)圖像進(jìn)行分析處理,識(shí)別出表面的缺陷。
適用范圍:適用于多種材料和物體的表面檢測(cè)。
特點(diǎn):操作相對(duì)簡(jiǎn)單,可以直觀地觀察到物體表面情況。但圖像質(zhì)量受環(huán)境光影響較大,對(duì)微小缺陷的檢測(cè)能力有限。
(三)其他檢測(cè)方法
目視檢查法
原理:直接用肉眼觀察物體表面是否存在缺陷。
適用范圍:適用于對(duì)表面缺陷要求不高、檢測(cè)精度要求較低的情況,或者作為初步的檢測(cè)手段。
特點(diǎn):簡(jiǎn)單易行,不需要特殊設(shè)備。但容易造成漏檢,檢測(cè)結(jié)果受檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)和主觀因素影響較大。
照明檢測(cè)法
原理:通過特殊的照明方式,如側(cè)光、背光等,使物體表面的缺陷更容易被觀察到。
適用范圍:適用于一些對(duì)表面平整度、透明度等有要求的材料,如玻璃等。
特點(diǎn):簡(jiǎn)單、成本低。但檢測(cè)效果依賴于照明方式的選擇和檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)。
紅外熱像檢測(cè)法
原理:利用物體表面的溫度差異來檢測(cè)缺陷。當(dāng)物體表面存在缺陷時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致熱量傳導(dǎo)不均勻,從而在熱像圖上顯示出溫度異常區(qū)域。
適用范圍:適用于檢測(cè)一些內(nèi)部存在缺陷或者熱傳導(dǎo)性能不均勻的物體。
特點(diǎn):非接觸式檢測(cè),可以檢測(cè)隱藏在物體內(nèi)部的缺陷。但對(duì)物體的熱特性有一定要求,檢測(cè)結(jié)果的解釋需要一定的專業(yè)知識(shí)。
激光檢測(cè)法
原理:采用激光對(duì)物體表面進(jìn)行掃描檢測(cè)。例如利用激光的反射特性,當(dāng)表面存在缺陷時(shí),激光的反射光會(huì)發(fā)生變化,從而檢測(cè)到缺陷。
適用范圍:適用于多種材料的在線檢測(cè),如軋制中的長(zhǎng)材檢測(cè)(圓鋼、方鋼、螺紋鋼、T型鋼等)。
特點(diǎn):在線非接觸式檢測(cè),可檢測(cè)多種類型的表面缺陷,對(duì)軋材的材質(zhì)、溫度等均無要求。