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基于AlexNet-SVM模型微型钢球表面缺陷快速识别方法

栗琳 王仲 吴秀丽

栗琳, 王仲, 吴秀丽. 基于AlexNet-SVM模型微型钢球表面缺陷快速识别方法[J]. 制造技术与机床, 2024, (3): 161-167. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.023
引用本文: 栗琳, 王仲, 吴秀丽. 基于AlexNet-SVM模型微型钢球表面缺陷快速识别方法[J]. 制造技术与机床, 2024, (3): 161-167. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.023
LI Lin, WANG Zhong, WU Xiuli. Fast recognition method of surface defects on micro-steel balls based on improved AlexNet-SVM convolutional neural network[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (3): 161-167. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.023
Citation: LI Lin, WANG Zhong, WU Xiuli. Fast recognition method of surface defects on micro-steel balls based on improved AlexNet-SVM convolutional neural network[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (3): 161-167. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.023

基于AlexNet-SVM模型微型钢球表面缺陷快速识别方法

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.023
基金项目: 国家自然科学基金资助(52175449);国家重点研发计划(2022YFB3402701)
详细信息
    作者简介:

    栗琳,女,1986年生,博士,讲师,研究方向为精密测量技术、机器视觉与模式识别。E-mail:lilian@ustb.edu.cn

    通讯作者:

    栗琳,女,1986年生,博士,讲师,研究方向为精密测量技术、机器视觉与模式识别。E-mail:lilian@ustb.edu.cn

  • 中图分类号: TP391

Fast recognition method of surface defects on micro-steel balls based on improved AlexNet-SVM convolutional neural network

  • 摘要: 微型钢球由于高反射、球体需要全覆盖的特点,其表面缺陷的质量控制尤为困难。针对人工检测方法效率低且准确度不足的问题,文章提出一种改进的AlexNet的卷积神经网络和SVM模型的钢球表面缺陷快速识别方法。该模型删减了后3个卷积层,保留全连接层FC7提取的特征,采用SVM代替原始Softmax分类器以防止过拟合,提高模型泛化能力。此外,研究了基于K-CV的改进网络搜索算法确定分类器最佳参数。实验采用混淆矩阵对提出模型的识别结果进行性能评估,结果表明,该方法平均准确率达到99.43%,运算时间为17.2 ms。对比原模型及其他网络模型,具有较高的准确度和推理速度,能够满足工业现场检测的需求。

     

  • 图  1  AlexNet 模型

    图  2  结合AlexNet模型的网格搜索算法SVM参数寻优

    图  3  提出的AlexNet-SVM模型

    图  4  微型钢球表面缺陷采集与分选实验装置

    图  5  钢球分选装置结构原理图

    图  6  微型钢球表面缺陷图像数据集样本

    图  7  第一层卷积权重

    图  8  大步长参数选择

    图  9  大步长3D网格搜索精度

    图  10  小步长参数选择

    图  11  小步长3D网格搜索精度

    表  1  经典AlexNet模型的混淆矩阵

    目标类型
    输出类型 样品 孔伤 凹坑 开裂 锈蚀 磨损
    孔伤 171 0 5 0 0
    凹坑 0 173 3 0 0
    开裂 0 3 173 0 0
    锈蚀 0 0 0 170 6
    磨损 0 0 2 4 170
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    表  2  本文AlexNet-SVM模型实验混淆矩阵

    目标类型

    输出类型
    样品 孔伤 凹坑 开裂 锈蚀 磨损
    孔伤 176 0 0 0 0
    凹坑 0 176 0 0 0
    开裂 0 1 175 0 0
    锈蚀 0 0 0 174 2
    磨损 0 0 0 2 174
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    表  3  提出AlexNet-SVM模型性能对比

    指标 精度/(%) 召回率/(%) F1分数
    提出模型 改进前 提出模型 改进前 提出模型 改进前
    孔伤 100 97.16 100 97.16 1 0.971 6
    凹坑 100 96.64 99.43 98.30 0.997 0.974 6
    开裂 99.43 93.01 100 98.30 0.997 0.955 8
    锈蚀 100 96.60 98.86 96.60 0.9886 0.966 0
    磨损 98.86 93.41 98.86 96.60 0.9886 0.938 6
    下载: 导出CSV

    表  4  网络模型对比

    模型 特征提取模型 分类器 mAP/(%) 时间/ms
    CNN CNN CNN 99.05 13.2
    DST_GLCM +SVM DST_GLCM SVM 96 24.8
    BGP +SVM BGP SVM 99.11 25.23
    AlexNet CNN CNN 98.4 21.31
    提出的AlexNet+SVM CNN SVM 99.43 17.2
    下载: 导出CSV
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  • 录用日期:  2024-01-11
  • 修回日期:  2023-11-13

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