Ολοκληρωμένο Σύστημα Μέτρησης Φθοράς Κοπτικών Εργαλείων με τη Βοήθεια Ψηφιακής Επεξεργασίας Εικόνας

Transcript

1 Ολοκληρωμένο Σύστημα Μέτρησης Φθοράς Κοπτικών Εργαλείων με τη Βοήθεια Ψηφιακής Επεξεργασίας Εικόνας Χανιά, εκέμβριος 0 Dept. of Production Eng. & Management Micromachining & Manufacturing Modeling Lab Prof. Aristomenis Antoniadis Εισαγωγή Στάθμη των Γνώσεων Προτεινόμενη Μεθοδολογία Ανάλυσης Φθοράς Πειραματική ιαδικασία Αποτελέσματα Συμπεράσματα-Μελλοντικές Επεκτάσεις Υπερφασματική Απεικόνιση ομή Παρουσίασης

2 ΣΤΟΧΟΙ Σκιαγράφηση περιοχής φθοράς Μέτρηση φθοράς Ταξινόμηση υποπεριοχών φθοράς ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΕΣ ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΕΣ Τμηματοποίηση με Mean-Shift Τοπολογική οργάνωση με Kohonen SOM Υπερφασματική Απεικόνιση ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΕΣ Στόχοι / Καινοτομίες Είδη Φθοράς Κοπτικών Εργαλείων (/)

3 Είδη Φθοράς Κοπτικών Εργαλείων (/) Ερευνητής Κατεργασία Φωτισμός Μέθοδος [Jeon,Kim] [Galante,Piacentini,Ruisi] [Oguamanam,Raafat,Taboun] [Weis] [Kurada, Bradley] [Sahabi, Ratnam] [Γενικευμένη Μέθοδος] [Τόρνευση] [Τόρνευση] [Φραιζάρισμα] [Τόρνευση] [Γενικευμένη Μέθοδος] [He-Ne πηγή laser] [ ιάχυτος φωτισμός] [Λαμπτήρας πυρακτώσεως] [Φωτοδίοδος] [Οπτικές ίνες] [Οπίσθιος φωτισμός] Κατωφλίωση, εξισορρόπηση ιστογράμματος, τεχνικές επεξεργασίας δυαδικής εικόνας [Taunο,Lembit] [Pfeifer, Weigers] [Wang, Hong, Wong] [Kerr, Pengilley, Garwood] [Fadare, Oni] [Liang, Chiou] [Τόρνευση, Φραιζάρισμα] [Τόρνευση, Φραιζάρισμα] [Φραιζάρισμα] [Τόρνευση, ιάτρηση] [Γενικευμένη Μέθοδος] [ ιάτρηση] [Πηγή μπλε φωτός] [ ακτύλιος LED] [ έσμη laser] [Φθορίζον δακτύλιος] [Λαμπτήρες πυρακτώσεως] [Κυκλικός οπίσθιος φωτισμός] Τελεστές ανίχνευσης ακμών, τελεστές υφής, ανάλυση FFT, ανάλυση fractal, γεωμετρικές ροπές [Schmitt, Cai, Pavim] [Φραιζάρισμα] [ ακτύλιος LED] Κατωφλίωση, τελεστές ανίχνευσης ακμών, αλγόριθμος ενεργών περιγραμμάτων, νευρωνικό δίκτυο Στάθμη των Γνώσεων (/)

4 Schmitt, R., Cai, Y., Pavim, A., Machine Vision System for Inspecting Flank Wear on Cutting Tools, ACEE International Jοurnal on Control System and Instrumentation, Vol 0, No. 0, February 0. Στάθμη των Γνώσεων (/) Opening Leica M Otsu R,G,B x,y Στερεοσκοπική φωτογραφία Προεπεξεργασία Εξαγωγή χαρακτηριστικών Τοπολογική οργάνωση υποπεριοχών φθοράς Αναγνώριση και μέτρηση της περιοχής φθοράς Τμηματοποίηση Kohonen SOM Canny Opening Mean Shift Otsu Hough Προτεινόμενη Μεθοδολογία Ανάλυσης Φθοράς

5 Οπτικό Σύστημα Πλήρως αποχρωματικό Μεγέθυνση 0.8x - 0x.: Κάμερα CCD 9 x 9.8 μm x.8 μm Leica M Σύστημα Φωτισμού ακτύλιος 0 LED ψυχρού φωτισμού Λήψη Εικόνας Φθοράς / Σύστημα Φωτισμού 8 RGB Grayscale Οpening υαδικοποίηση Otsu Grayscale Opening Otsu Προεπεξεργασία

6 9 n f x= n i= K x=c, f x= c n, n i= Εκτίμηση PDF, f x, = c n, n i= f x, = c n, n i= f x, = c, n n i= n i=, = = n i= Κίνηση διανύσματος n i= n i= ιάνυσμα Mean-Shift Εκτίμηση μόνο του gradient! Εύρεση τοπικών μεγίστων Κατάτμηση με Mean-Shift (/) 0 f x= c n, n i= K x = f x= n n i=, k-nn ιάνυσμα Μean- Shift για κάθε pixel Eύρεση Στάσιμων Σημείων Εύρεση Μεγίστων (modes) Kατηγοριοποίηση Κατάτμηση με Mean-Shift (/)

7 Κατάτμηση με Mean-Shift (/) {Gaussian θόρυβος} Μέση τιμή: 0 ιασπορά: 0.0 {Gaussian θόρυβος} Μέση τιμή: 0 ιασπορά: 0.0 Επίδραση Προσθετικού Θορύβου στον Mean-Shift

8 Mean Shift Otsu Τμηματοποίηση Αφαίρεση πολυπληθέστερης κλάσης υαδικοποίηση Προβολή trace Εύρεση της περιοχής με το μεγαλύτερο εμβαδόν Μορφολογικοί Τελεστές Opening Closing Αναγνώριση Περιοχής Φθοράς (/) Αναγνώριση Περιοχής Φθοράς (/)

9 Canny Least Squares P 0,ε αx 0 +βy 0 +γ α +β Απομόνωση περιοχής φθοράς Υπολογισμός γραμμής αναφοράς Υπολογισμός απόστασης σημείου-ευθεία για κάθε pixel Μετατροπή μέτρησης από pixel σε mm Αυτόματος εντοπισμός ένδειξης κλίμακας Εύρεση μεγαλύτερης απόστασης VB max (mm) Hough VB max (pixel) Μέτρηση Φθοράς (/) Hough Μέτρηση Φθοράς (/)

10 Αρχικοποίηση των βαρών των νευρώνων Εισαγωγή τυχαίου διανύσματος από τα δεδομένα εκπαίδευσης Εύρεση Best Matching Unit (BMU) size x Ν epochs w x x [ ] x n w n Προσαρμογή των βαρών των κόμβων που βρίσκονται στη γειτονιά του BMU Υπολογισμός της γειτονιάς του BMU Kohonen SOM Ταξινόμηση των διαφορετικών περιοχών εντός της ζώνης φθοράς (/) n Απόσταση διανύσματος εισόδου-βαρών των κόμβων : (V i W i ) i=0 Ακτίνα γειτονιάς: σ t = σ 0 e t/λ Ρυθμός μάθησης: L(t) = L 0 e -t/λ Προσαρμογή βάρους κόμβων: W(t+) = W(t) + Θ(t) L(t) [V(t) - W(t)] Ταξινόμηση Υποπεριοχών Φθοράς (/) 8 ιανύσματα Φθοράς Kohonen SOM Median Φίλτρο x x x x x x x Ταξινόμηση Υποπεριοχών Φθοράς (/)

11 9 Ταξινόμηση Υποπεριοχών Φθοράς (/) 0 Ταξινόμηση Υποπεριοχών Φθοράς (/)

12 DMG-DMU 0 eco Micro Set Uno eco Kennametal KCM [TiN/AlTiN] Περιφερικό Φραιζάρισμα σε χάλυβα Ck0 Πείραμα Πείραμα Ταχύτητα Κοπής V c (m/min) 0 0 Πρόωση f z (mm/rev). Ακτινικό βάθος κοπής t xy (mm) Αξονικό βάθος κοπής t z (mm) Πρόωση ανά λεπτό F (mm/min) Leica M Πειραματική ιαδικασία (/) Πειραματική ιαδικασία (/)

13 ΠΕΙΡΑΜΑ V c = 0 m/min f z = mm/rev t xy = 0. mm t z = 0. mm F = 800 mm/min Πειραματική ιαδικασία (/) ΠΕΙΡΑΜΑ V c = 0 m/min f z =. mm/rev t xy = 0. mm t z = 0. mm F = 0 mm/min Πειραματική ιαδικασία (/)

14 ΠΕΙΡΑΜΑ AS: 800 AS: 800 AS: 000 ΠΕΙΡΑΜΑ AS: 800 AS: 800 AS: 000 Πειραματική ιαδικασία (/) Πειραματική ιαδικασία (/)

15 Αριθμός Κοπών (AS) [ΠΕΙΡΑΜΑ ] [ΠΕΙΡΑΜΑ ] VB max (mm) [Μικροσκόπιο] VB max (mm) [Σύστημα] Αριθμός Κοπών (AS) VB max (mm) [Μικροσκόπιο] VB max (mm) [Σύστημα] Μέγιστη απόκλιση 0.0 mm Μέση απόκλιση 0.00 mm Πειραματική ιαδικασία (/) 8 Προτεινόμενη Μεθοδολογία vs Λογισμικό με free-hand tool Σύγκριση Περιοχών Φθοράς Μέθοδος True Positive Rate TPR = Positive Negative Xρήστης False Positive Rate TPR = Positive TP FN Negative FP TN TP TP+FN FP FP+TN TN True Negative Rate TNR = TN+FP FN False Negative Rate FNR = FN+TP TP Precision = TP+FP TP+TN Accuracy = TP+FP+TN+FN Αποτελέσματα (/0)

16 9 TPR = 0.98 FPR = FNR = 0.0 TNR = 0.99 AC = 0.99 PR = 0.99 TPR = 0.98 FPR = 0.08 FNR = 0.0 TNR = 0.98 AC = PR = 0.98 TPR = 0.89 FPR = 0.9 FNR = 0.0 TNR = 0.80 AC = 0.8 PR = 0.9 TPR = 0.90 FPR = 0.0 FNR = 0.09 TNR = 0.98 AC = 0.99 PR = 0.99 Αποτελέσματα (/0) 0 Επίδραση παραμέτρου n (k=00) {n} [0*0] [*] [*] [*] [8*8] [0*0] Sensitivity Specifity k Επίδραση παραμέτρου k (n=[x]) {k} Sensitivity Specifity Προσδιορισμός βέλτιστου συνδυασμού k-n Sensitivity [*] [*] [8*8] [0*0] Specifity [*] [*] [8*8] [0*0] n Αποτελέσματα (/0)

17 Επιλογή βέλτιστου πυρήνα Epanechnikov Gaussian Sensitivity Specifity Χρόνος Εκτέλεσης (sec) Επίδραση προσθετικού θορύβου Χωρίς Θόρυβο Gaussian Variance = 0.0 Gaussian Variance = 0.0 Sensitivity Specifity Συνολική απόδοση συστήματος TPR FNR TNR FPR Accuracy Precision 0,99 0,00 0,90 0,09 0,980 0,9 Αποτελέσματα (/0) True Positive Rate 0,98 0,9 0,9 0,9 0,9 0,88 0,8 0, Εικόνα Αποτελέσματα (/0)

18 0, False Negative Rate 0, 0,08 0,0 0,0 0, Εικόνα Αποτελέσματα (/0) True Negative Rate 0,98 0,9 0,9 0,9 0,9 0,88 0,8 0,8 0,8 0, Εικόνα Αποτελέσματα (/0)

19 0, False Positive Rate 0,8 0, 0, 0, 0, 0,08 0,0 0,0 0, Εικόνα Αποτελέσματα (8/0),00 Accuracy 0,98 0,9 0,9 0,9 0,90 0,88 0,8 0,8 0,8 0, Εικόνα Αποτελέσματα (9/0)

20 Precision,00 0,98 0,9 0,9 0,9 0,90 0,88 0,8 0,8 0,8 0,80 0, Εικόνα Αποτελέσματα (0/0) 8 MEAN-SHIFT ΚΟΗΟΝΕΝ SOM ΓΕΝΙΚΑ Κέρδος σε υπολογιστικό χρόνο Εξαιρετικά ισχυρή ομαδοποίηση Ευρωστία στην ύπαρξη θορύβου Απεικόνιση διανυσμάτων υψηλής διάστασης σε ένα πίνακα δύο διαστάσεων Ταχύτατη και ισχυρή ομαδοποίηση Υψηλή απόδοση συστήματος Εξαιρετική ακρίβεια μέτρησης Ευρωστία στις ακραίες τιμές εν απαιτείται γνώση του αριθμού των τελικών κλάσεων ε γίνεται κάποια υπόθεση για το σχήμα των κλάσεων Τοπολογική οργάνωση δεδομένων εισόδου Μέτρο ομοιότητας των κλάσεων Λειτουργία μεθοδολογίας και για υπερφασματικά δεδομένα Συμπεράσματα

21 9 Ταξινόμηση φθοράς με βάση τις διαφορετικές συνθήκες κοπής Εφαρμογή περισσοτέρων αλγορίθμων ταξινόμησης στα υπερφασματικά δεδομένα Μείωση υπολογιστικού χρόνου της προτεινόμενης μεθοδολογίας Μεγαλύτερος αριθμός πειραμάτων για την περαιτέρω επιβεβαίωση του συστήματος Επέκταση του συστήματος για τη μέτρηση φθοράς κατά τις κατεργασίες της τόρνευσης και της διάτρησης Μελλοντικές Επεκτάσεις 0 Bάση Συστήματος Ολο-οπτικός μονοχρωμάτορας απεικόνισης Φασματικές Εικόνες nm FWHM 0 nm - 0 nm 0 nm πλάτος Κάμερα Σύστημα Φωτισμού CCD 90 x 80 frames/sec Λάμπες Αλογόνου () 0 W MuSIS Καταστάσεις Λειτουργίας Φασματοσκοπία Φασματομετρία Υπερφασματικός κύβος εδομένα εκπαίδευσης Ταξινόμηση Υπερφασματική Απεικόνιση (/)

22 0 nm 0 nm 0 nm 80 nm 00 nm 0 nm 0 nm 0 nm 80 nm 00 nm 0 nm 0 nm 0 nm 80 nm 00 nm 0 nm 0 nm 0 nm 80 nm 800 nm 80 nm 80 nm 80 nm 880 nm 900 nm 90 nm 90 nm 90 nm 980 nm 000 nm Υπερφασματική Απεικόνιση (/) Υπερφασματική Απεικόνιση (/)

23 0 nm Υπερφασματική Απεικόνιση (/) Ευχαριστώ για την προσοχή σας! Dept. of Production Eng. & Management Micromachining & Manufacturing Modeling Lab Prof. Aristomenis Antoniadis