導(dǎo)讀：增材制造（3D打印）正日益成為制造業(yè)的核心技術(shù)，然而，檢測(cè)其復(fù)雜部件中的缺陷一直是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。近日，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種新方法，利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)有效檢測(cè)增材制造部件中的缺陷，這一突破有望顯著提升增材制造的質(zhì)量控制能力。

在傳統(tǒng)制造業(yè)中，確保組件無(wú)缺陷是至關(guān)重要的一環(huán)。然而，增材制造由于其可以制造出具有復(fù)雜三維形狀和內(nèi)部特征的組件，使得缺陷檢測(cè)變得尤為困難。為了解決這一難題，伊利諾伊大學(xué)的研究人員利用深度機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了一種全新的缺陷檢測(cè)方法。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬生成了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的合成缺陷圖像，這些圖像被用來(lái)訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型。每個(gè)生成的缺陷圖像都有不同的大小、形狀和位置，使得模型能夠識(shí)別各種可能的缺陷并區(qū)分有缺陷和無(wú)缺陷的組件。

該方法的核心在于X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT），它能夠深入檢測(cè)增材制造部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這一過(guò)程生成了大量的橫截面圖像，這些圖像被標(biāo)記為無(wú)缺陷或有缺陷，為訓(xùn)練模型提供了豐富的數(shù)據(jù)集。

為了驗(yàn)證這一方法的有效性，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)具有內(nèi)部三維幾何形狀的噴嘴部件，并通過(guò)兩種不同的基于樹(shù)脂的增材制造工藝制造了227個(gè)部件。這些部件中，一部分沒(méi)有缺陷，另一部分則包含故意設(shè)計(jì)的缺陷。研究人員對(duì)每個(gè)部件進(jìn)行了CT掃描，生成了100,334個(gè)橫截面圖像切片，其中13.6%被標(biāo)記為有缺陷。

通過(guò)這些數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練了Vision Transformer (ViT) 模型，并在實(shí)驗(yàn)部件中的572個(gè)缺陷上進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，該模型能夠準(zhǔn)確檢測(cè)和分類缺陷部件，準(zhǔn)確率超過(guò)90%。

這一研究表明，合成數(shù)據(jù)在訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型方面具有巨大的潛力，可以有效檢測(cè)以前從未見(jiàn)過(guò)的缺陷。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、伊利諾伊大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)教授威廉·金（William King）表示：“利用計(jì)算機(jī)模擬，我們可以非常快速地建立一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以高精度識(shí)別缺陷。深度學(xué)習(xí)使我們能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到計(jì)算機(jī)以前從未發(fā)現(xiàn)過(guò)的缺陷?！?br />
這一方法不僅可以推廣到多種類型的部件設(shè)計(jì)和缺陷類型，還可以大大減少訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型的時(shí)間和成本。該研究成果發(fā)表在《智能制造雜志》上，題為《利用深度學(xué)習(xí)和X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描檢測(cè)和分類增材制造部件中的隱藏缺陷》。

此次研究的作者包括伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的Miles Bimrose、Sameh Tawfick和William King；馬里蘭大學(xué)的Davis McGregor；密歇根大學(xué)的邵晨暉；以及浙江大學(xué)的胡天翔、王炯欣和劉作柱。

導(dǎo)讀：增材制造（3D打印）正日益成為制造業(yè)的核心技術(shù)，然而，檢測(cè)其復(fù)雜部件中的缺陷一直是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。近日，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種新方法，利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)有效檢測(cè)增材制造部件中的缺陷，這一突破有望顯著提升增材制造的質(zhì)量控制能力。

在傳統(tǒng)制造業(yè)中，確保組件無(wú)缺陷是至關(guān)重要的一環(huán)。然而，增材制造由于其可以制造出具有復(fù)雜三維形狀和內(nèi)部特征的組件，使得缺陷檢測(cè)變得尤為困難。為了解決這一難題，伊利諾伊大學(xué)的研究人員利用深度機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了一種全新的缺陷檢測(cè)方法。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬生成了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的合成缺陷圖像，這些圖像被用來(lái)訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型。每個(gè)生成的缺陷圖像都有不同的大小、形狀和位置，使得模型能夠識(shí)別各種可能的缺陷并區(qū)分有缺陷和無(wú)缺陷的組件。

該方法的核心在于X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT），它能夠深入檢測(cè)增材制造部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這一過(guò)程生成了大量的橫截面圖像，這些圖像被標(biāo)記為無(wú)缺陷或有缺陷，為訓(xùn)練模型提供了豐富的數(shù)據(jù)集。

為了驗(yàn)證這一方法的有效性，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)具有內(nèi)部三維幾何形狀的噴嘴部件，并通過(guò)兩種不同的基于樹(shù)脂的增材制造工藝制造了227個(gè)部件。這些部件中，一部分沒(méi)有缺陷，另一部分則包含故意設(shè)計(jì)的缺陷。研究人員對(duì)每個(gè)部件進(jìn)行了CT掃描，生成了100,334個(gè)橫截面圖像切片，其中13.6%被標(biāo)記為有缺陷。

通過(guò)這些數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練了Vision Transformer (ViT) 模型，并在實(shí)驗(yàn)部件中的572個(gè)缺陷上進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，該模型能夠準(zhǔn)確檢測(cè)和分類缺陷部件，準(zhǔn)確率超過(guò)90%。

這一研究表明，合成數(shù)據(jù)在訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型方面具有巨大的潛力，可以有效檢測(cè)以前從未見(jiàn)過(guò)的缺陷。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、伊利諾伊大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)教授威廉·金（William King）表示：“利用計(jì)算機(jī)模擬，我們可以非常快速地建立一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以高精度識(shí)別缺陷。深度學(xué)習(xí)使我們能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到計(jì)算機(jī)以前從未發(fā)現(xiàn)過(guò)的缺陷?！?br />
這一方法不僅可以推廣到多種類型的部件設(shè)計(jì)和缺陷類型，還可以大大減少訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型的時(shí)間和成本。該研究成果發(fā)表在《智能制造雜志》上，題為《利用深度學(xué)習(xí)和X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描檢測(cè)和分類增材制造部件中的隱藏缺陷》。

此次研究的作者包括伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的Miles Bimrose、Sameh Tawfick和William King；馬里蘭大學(xué)的Davis McGregor；密歇根大學(xué)的邵晨暉；以及浙江大學(xué)的胡天翔、王炯欣和劉作柱。