Phân loại hình ảnh mối hàn thép dựa trên công nghệ xử lý dữ liệu lớn

Phân loại hình ảnh mối hàn thép dựa trên công nghệ xử lý dữ liệu lớn

Nguyễn Xuân Huy - CH2002007

Khuyết tật hàn là các lỗi được tạo ra do sai lệch về hình dáng bên ngoài, độ nặng và cấu trúc kim loại so với thiết kế trong quá trình làm việc của thợ hàn với máy hàn. Khuyết tật hàn có thể ảnh hưởng đến chất lượng và thẩm mỹ của mối hàn. Trong quá trình sản xuất và thi công thép tiền chế cho các công trình, nếu các khuyết tật mối hàn không được phát hiện sẽ không đảm bảo chất lượng và an toàn cho công trình, cũng như đe dọa tính mạng con người. Trong lĩnh vực gia công, có 2 cách kiểm tra khuyết tật mối hàn là kiểm tra phá hủy và kiểm tra không phá hủy. Kiểm tra phá hủy thường thực hiện trong các phòng thí nghiệm, trong khi kiểm tra không phá hủy thường được ưu tiên thực hiện trong quá trình sản xuất.

Có nhiều phương pháp kiểm tra không phá hủy để kiểm tra khuyết tật trong mối hàn như kiểm tra bằng sóng siêu âm (UT), kiểm tra bằng tia X (RT), kiểm tra bằng tia gamma (GT), kiểm tra bằng dòng điện xoay chiều (ET), và kiểm tra bằng phương pháp quang (VT). Lĩnh vực thị giác máy tính đang được ứng dụng trong các lĩnh vực y tế, an ninh, sản xuất kinh doanh, việc phân loại khuyết tật mối hàn dựa trên hình ảnh cũng có thể thực hiện bằng thị giác máy tính.

Dữ liệu hình ảnh về khuyết tật mối hàn rất đa dạng do quá trình sản xuất. Tuy nhiên, nghiên cứu ứng dụng phân loại khuyết tật mối hàn sử dụng các phương pháp học sâu cho bộ dữ liệu ngày càng lớn sẽ gặp rất nhiều thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất đó là chất lượng hình ảnh khi thu thập từ camera hoặc điện thoại thông minh bị ảnh hưởng bởi góc chụp ảnh, độ sáng hoặc các mối hàn bị che khuất. Điều này dẫn đến việc có thể thiếu sót thông tin và làm giảm độ chính xác của mô hình phân loại. Bên cạnh đó, chi phí huấn luyện cho mô hình cũng là một thách thức khác. Một số phương pháp học sâu đòi hỏi một lượng lớn dữ liệu và thời gian để huấn luyện, và việc thu thập dữ liệu phù hợp cũng là một nguyên nhân khó khăn. Ngoài ra, việc xây dựng một mô hình phân loại khuyết tật mối hàn đáng tin cậy và chính xác có thể đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng và công phu trong quá trình thu thập và xử lý dữ liệu.

Để giải quyết những thách thức trên, Luận văn này đề xuất một phương pháp phân hình ảnh mối hàn dựa trên công nghệ xử lý dữ liệu lớn. Phương pháp này sử dụng các mô hình dữ liệu đào tạo trước để học chuyển giao (LT) và dữ liệu đào tạo áp dụng phương pháp đào tạo song song phân tán. Nền tảng tập trung dữ liệu Apache Spark kết hợp thư viện BigDL giúp cho việc huấn luyện phát hiện khuyết tật mối hàn trở nên nhanh chóng và chính xác hơn.

Từ kết quả thực nghiệm 1 của bộ dữ liệu hàn nhiệt gồm 9,058 hình ảnh cho thấy, Trong tác vụ 3 class, mô hình EfficientNetB0 cho kết quả thấp nhất (0.4394, 0.2035 và 0.2683 cho các độ đo Accuracy, Macro F1-score và Weighted F1-score), trong khi ResNet101 và VGG16 cho kết quả tốt hơn. VGG16 cho kết quả tốt nhất trong 5 mô hình cài đặt (với 0.8230 Accuray, 0.8205 Macro F1-score và 0.8222 Weighted F1- score). Trong tác vụ 7 class, EfficientNB0 và VGG16 lần lượt cho kết quả không tốt đồng thời hiệu suất của các mô hình ở tác vụ 7 class thấp hơn khoảng 20% so với tác vụ 3 class.

Căn cứ kết quả thí nghiệm 2 có thể đánh giá thời gian trung bình huấn luyện mô hình từ xxx giây cho bộ dữ liệu 9,058 tấm ảnh cho huấn luyện song song phân tán trên mạng LAN so với xxx giây của qua VPN, độ chính xác đạt xx%. Với phương pháp Đồng bộ hóa Dữ liệu Song Song, Kết quả cho thấy rằng huấn luyện trên một GPU chỉ nhanh hơn một chút so với nhiều GPU (xxs / epoch so với xxs / epoch). Tuy nhiên, nếu huấn luyện mô hình với lượng dữ liệu lớn khả năng xử lý của 1 GPU thì việc sử dụng chỉ 1 GPU để huấn luyện có thể gây khó khăn và trở nên quá tải. Giải pháp hợp lý trong trường hợp này là sử dụng huấn luyện mô hình song song và phân tán dữ liệu. Đó là một trong những giải pháp tốt nhất để làm việc với dữ liệu lớn hiện nay.

Từ những kết quả này, ta có thể thấy rằng công nghệ xử lý dữ liệu lớn là một phương pháp phù hợp trong việc phân loại hình ảnh khuyết tật mối hàn thép. Việc áp dụng công nghệ này giúp tăng độ chính, giảm thời gian đáng kể xử lý đào tạo dữ liệu và giúp giảm chi phí đào tạo. Ngoài ra, phương pháp này chứng tỏ có hiệu quả và thiết thực trong ứng dụng thực tế.

Trân trọng.