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Title: Implementação de monitoramento inteligente para detecção e classificação de defeitos superficiais em pré-formas obtidas por manufatura aditiva por deposição a arco.
Other Titles: Implementation of intelligent monitoring for detection and classification of surface defects in preforms obtained by additive manufacturing by arc deposition.
???metadata.dc.creator???: DIAS, Yuri Emanoel Pereira.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: CASTRO, Walman Benício de.
???metadata.dc.contributor.advisor-co1???: LIMA, Jefferson Segundo de.
???metadata.dc.contributor.referee1???: MELO, Raphael Henrique Falcão de.
???metadata.dc.contributor.referee2???: SILVA, Sérgio Natan.
Keywords: Processos Mecânicos Metalúrgicos (PMM);Manufatura Aditiva por Deposição a Arco (MADA);Aprendizado de máquina – Modelo YOLO;Rede neural;Processo de classificação e reconhecimento;Metallurgical Mechanical Processes (MMP);Additive Manufacturing by Arc Deposition (MADA);Machine Learning – YOLO Model;Classification and recognition process;Neural network
Issue Date: 26-Feb-2025
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: DIAS, Yuri Emanoel Pereira. Implementação de monitoramento inteligente para detecção e classificação de defeitos superficiais em pré-formas obtidas por manufatura aditiva por deposição a arco. 2025. 77 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2025.
???metadata.dc.description.resumo???: No momento em que se fala de flexibilidade somado a uma rapidez de produção e economia de material, é bem sabido que tais características fazem da Manufatura Aditiva (MA), conhecida como impressão 3D, ganhar destaque na indústria. Dentre os processos de MA de metais, a Manufatura Aditiva por Deposição a Arco (MADA) se utiliza de um arco elétrico com fonte de calor para possibilitar a fusão do material, o que gera uma alta eficiência de deposição e a possibilidade de operação automatizada com um baixo custo. Em contraste, o repetitivo aquecimento pela sobreposição de camadas e o calor excessivo gerado na MADA podem levar a geração de defeitos, tais como alto nível de tensões residuais trativas, distorções, acabamento superficial prejudicado, desestabilização da geometria de deposição ao longo das camadas, além de rugosidade superficial e porosidade. Assim, modelos de redes neurais para controle visual estão sendo cada vez mais usados nas linhas de produção para atendimento da demanda por alta qualidade nos produtos fabricados. Por conseguinte, este trabalho teve como objetivo a implementação de um monitoramento in situ de defeito superficiais de porosidade, humping e respingos em paredes finas fabricadas por MADA, através da aplicação de Aprendizado de Máquina por meio do modelo YOLO (You Only Look Once). O processo de classificação e reconhecimento foi validado por meio de comparação com resultados obtidos de forma manual e aplicado através de uma interface gráfica com o usuário concebida com algoritmos em Python. Utilizando-se do modelo pré-treinado YOLOv8n, disponível no site da ultralytics ultralitics, foi possível fazer o treinamento com aprendizado por transferência. O treinamento foi realizado com 300 épocas em três modelos diferentes, B1, B2 e B3 que diferiam em quantidade de imagens. Através das técnicas de aumento artificial, foi possível ampliar a quantidade dos bancos de dados para uma melhor performance. Além disso, foi aplicado a técnica de tuning, que utiliza combinações de hiperparâmetros para encontrar uma configuração ideal para o modelo. Para o entendimento da efetividade da rede foram aplicados os conceitos de métricas de avaliação e matriz de confusão empregados foram os seguintes: mAP, Recall, Precision. Através da análise dos resultados obteve-se que o banco B1 obteve melhor performance geral na detecção de defeitos, obtendo 74.5% para precisão, 61.2%, recall, 65,7% para o mAP e . De forma geral a rede 12 neural concebida no algoritmo se mostrou uma ferramenta em potencial para classificação e localização de defeitos.
Abstract: At a time when flexibility, combined with production speed and material economy, it is well known that such characteristics make Additive Manufacturing (AM), also known as 3D printing, gain prominence in the industry. Among metal AM processes, Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) uses an electric arc as a heat source to enable material fusion, which generates high deposition efficiency and the possibility of automated operation at a low cost. In contrast, repetitive heating by layer superposition and excessive heat generated in WAAM can lead to the generation of defects such as high levels of tensile residual stresses, distortions, poor surface finish, destabilization of deposition geometry along the layers, as well as surface roughness and porosity. Thus, neural network models for visual control are increasingly being used in production lines to meet the demand for high-quality manufactured products. Consequently, this work aimed to implement in-situ monitoring of surface defects such as porosity, humping, and spatters in thin walls manufactured by WAAM, through the application of Machine Learning using the YOLO (You Only Look Once) model. The classification and recognition process was validated by comparison with manually obtained results and applied through a graphical user interface designed with Python algorithms. Using the pre-trained YOLOv8n model, available on the Ultralytics website, it was possible to perform training with transfer learning. The training was carried out for 300 epochs in three different models, B1, B2, and B3, which differed in the quantity of images. Through artificial augmentation techniques, it was possible to expand the amount of data in the databases for better performance. In addition, the tuning technique was applied, which uses combinations of hyperparameters to find an ideal configuration for the model. For understanding the effectiveness of the network, the concepts of evaluation metrics and confusion matrix were applied, specifically mAP, Recall, and Precision. Through the analysis of the results, it was obtained that database B1 achieved the best overall performance in defect detection, with 74.5% for precision, 61.2% recall, 65.7% for mAP, and 71.5% for the model. Overall, the neural network designed in the algorithm proved to be a potential tool for defect classification and localization.
Keywords: Processos Mecânicos Metalúrgicos (PMM)
Manufatura Aditiva por Deposição a Arco (MADA)
Aprendizado de máquina – Modelo YOLO
Rede neural
Processo de classificação e reconhecimento
Metallurgical Mechanical Processes (MMP)
Additive Manufacturing by Arc Deposition (MADA)
Machine Learning – YOLO Model
Classification and recognition process
Neural network
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Mecânica.
URI: https://dspace.sti.ufcg.edu.br/jspui/handle/riufcg/42650
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