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인공지능 기반 조선해양 용접 품질 정보 관리 및 결함 검사 플랫폼 개발
A Development of Welding Information Management and Defect Inspection Platform based on Artificial Intelligent for Shipbuilding and Maritime Industry 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.25 no.2, 2021년, pp.193 - 201  

황훈규 (Division of Ocean ICT & Advanced Materials Technology Research, Research Institute of Medium & Small Shipbuilding) ,  김배성 (Division of Ocean ICT & Advanced Materials Technology Research, Research Institute of Medium & Small Shipbuilding) ,  우윤태 (Division of Ocean ICT & Advanced Materials Technology Research, Research Institute of Medium & Small Shipbuilding) ,  윤영욱 (ViewOn) ,  신성철 (Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Busan University) ,  오상진 (Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Busan University)

초록
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용접은 선박 및 해양플랜트의 생산 및 건조에 있어 매우 높은 비중을 차지하는 작업이다. 용접부의 품질 검증을 위해 비파괴 검사를 수행하는데, 우리나라에서는 주로 방사선투과검사(RT)를 활용한다. 현재 대부분의 조선소에서는 용접부의 촬영을 통해 얻어진 필름을 인화하여 검사에 활용하는 아날로그 형태를 채택하고 있다. 이에 방사선 촬영에서부터 합부 판정까지 소요시간이 길고 복잡하며, 관련 분야의 자격을 보유한 검사자에 의해 수작업으로 진행되고 있는 실정이다. 본 논문에서는 이러한 문제를 개선하기 위해 조선소에서 발생하고 있는 RT 필름을 고해상도로 스캔하여 디지털화한 후, 관리 서버에 축적하고, 인공지능 기술을 적용하여 용접 결함을 판독하기 위한 플랫폼에 관한 내용을 다룬다. 이를 위한 일련의 요소인 아날로그 RT 필름 스캔장비, 용접 검사 정보 통합 관리 플랫폼, 결함 판독 알고리즘, 시각화 소프트웨어 등을 설계 및 개발하고, 개발한 각 요소를 상호 연계하여 테스트 및 검증하는 과정에 관하여 기술한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The welding has a high proportion of the production and drying of ships or offshore plants. Non-destructive testing is carried out to verify the quality of welds in Korea, radiography test (RT) is mainly used. Currently, most shipyards adopt analog-type techniques to print the films through the shoo...

주제어

표/그림 (13)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 2개의 계층에서 나온 출력을 관심 영역(RoI, region of interest) 풀링(pooling) 계층을 통해 FCL에 입력하여 학습한다. Faster R-CNNe RPN 과 RoI 풀링 계층을 도입하여 기존 모델인 R-CNN, Fast R-CNN의 연산 문제와 구조적 문제를 해결하고, 정확도와 연산 속도를 개선하기 위한 연구를 진행하였다.
  • 또한, 보다 많은 RT 필름을 확보할 뿐만 아니라, 특정 결함에 편향된 데이터를 고려하여 새로운 결함 데이터를 생성하는 확장 기법을 적용하여 용접 결함 판독 알고리즘의 정확도를 향상시키기 위한 연구가 필요하다. 나아가 최종적으로는 용접부 촬영부터 결함 판독까지 밀접하게 연계된 용접 정보 통합 수집·관리 및 자동 결함 판독 플랫폼을 구축하는 것이 목표이다.
  • 상술한 연구들은 신경망을 활용한 용접 결함 분류 또는 탐지 방안에 대하여 서술하고 있고, 88개의 RT 이미지를 대상으로 학습한 모델에 대한 자동 결함 검출 결과를 제시하고 있는 연구도 있으나 이는 구성된 트레이닝 데이터가 소량이고 결함 종류도 일부만 포함되어 적용에는 한계가 있다. 또한, 영상처리 기법의 사용은 사전에 정의되지 않은 패턴으로 나타나는 결함은 검출이 불가능하고, 비전 시스템의 경우 레이저와 카메라 등 광학 장치를 이용하여 비드 등 용접부 표면의 결함에 대한 자동 검사를 목적으로 하고 있다.
  • 백업 저장장치는 주(primary) 저장장치의 변경이 발생하면 이를 감지하여 부(secondary) 저장장치에 저장하는 형태로 동작한다[4-5]. 본 논문에서는 용접 검사 정보 보다는 스캔된 RT 필름의 관리 및 결함 판독에 보다 중점을 두어 기술한다.
  • 본 논문에서는 이러한 문제를 개선하여 생산성을 향상하기 위해 조선소에서 보유하고 있는 RT 필름을 스캔 장비를 통해 고해상도로 디지털화하여 서버에 축적하고, 이를 기반으로 인공지능 기술을 적용하여 용접 결함을 판독하기 위한 플랫폼의 개발에 관한 내용을 다룬다. 본 논문의 2장에서 관련 연구 및 선행 연구에 관해 기술하고, 3장에서 플랫폼 설계에 관해 다룬다.
  • 따라서 촬영에서부터 합부 판정까지 소요시간이 길고 복잡하다. 논문에서는 이러한 문제를 일부 해소하기 위해 조선소에서 생성되는 RT 필름을 고해상도로 스캔하여 디지털화한 후, 관리 서버에 축적하고, 용접 품질 검사 정보를 관리하며 머신러닝을 기반으로 용접 결함을 판독하기 위한 플랫폼에 관한 내용을 다루었다.
  • 진행한 바 있다[13-14]. 이는 그림 2와 같이 후보 영역 추출 네트워크(RPN, region proposal network)로 구성한 Faster R-CNNe 종대종(end-to-end)로 역전파가 가능하여 이전보다 오차를 줄이기 위한 연구를 바탕으로 하였다[15]. 여기서 RPNe 합성곱 계층과 모든 노드에 연결된 계층(FCL fully-connected layer)이 구성되어있어 학습이 가능하며, RPNe 특징 추출기로부터 256 차원 혹은 512 차원의 차원을 받아 슬라이딩 윈도우 (sliding window) 기법을 통해 중간(intermediate) 계층을 생성한다.
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참고문헌 (15)

  1. B. S. Kim, H. G. Hwang, C. S. Song, and K. T. Lee, "A development of automatic extraction system for welding inspection information based on shipbuilding and maritime CAD," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 24, no. 1, pp. 28-36, Jan. 2020. 

  2. C. S. Song, J. H. Cho, and B. S. Kim, "A Design of artificial intelligence reading platform for radiographic testing of welds," in Proceeding of the 42th Korean Society of Maine Engineering Fall Conference, Busan, pp. 223, 2018. 

  3. B. S. Kim, J. H. Cho, and H. G. Hwang, "An implementation of integrated platform for management of welding quality in shipbuilding and marine engineering," in Proceeding of the 44th Korean Society of Maine Engineering Fall Conference, Online, pp. 170, 2020. 

  4. B. S. Kim, J. H. Cho, C. S. Song, and H. G. Hwang, "An implementation of integrated welding inspection information management system for ships and offshore plant," in Proceeding of the 43th Korean Society of Maine Engineering Fall Conference, Busan, pp. 156, 2019. 

  5. N. Nacereddine, M. Zelmat, S. S. Belaifa, and M. Tridi, "Weld defect detection in industrial radiography based digital image processing," International Journal of Computer and Information Engineering, vol. 1, no. 2, Jan. 2007. 

  6. S. E. Florence, R. V. Samsingh, and V. Babureddy, "Artificial intelligence based defect classification for weld joints," in Proceeding of the 2nd International Conference on Advances in Mechanical Engineering, Chennai, pp. 1-13, 2018. 

  7. W. Hou, Y. Wei, Y. Jin, and C. Zhu, "Automatic detection of welding defects using deep neural network," in Proceeding of the 10th International Conference on Computer and Electrical Engineering, Edmonton, pp. 1-10, 2017. 

  8. S. M. Shin, C. N. Jin, J. Y. Yu, and S. H. Rhee, "Real-time detection of weld defects for automated welding process base on deep neural network," Journal of Multidisciplinary Digital Publishing Institute, vol. 10, no. 3, pp. 1-16, Mar. 2020. 

  9. Y. J. Cruz, M. Rivas, R. Quiza, G. Beruvides, and R. E. Haber, "Computer vision system for welding inspection of liquefied petroleum gas pressure vessels based on combined digital image processing and deep learning techniques," Journal of Multidisciplinary Digital Publishing Institute, vol. 20, no. 16, pp. 1-13, Aug. 2020. 

  10. R. K. Kountchev, S. H. Rubin, V. T. Todorov, and R. A. Kountcheva, "A detection of welding defects," in International Journal of Reasoning-based Intelligent Systems, vol. 3, no. 1, pp. 34-43, Dec. 2011. 

  11. M. Sundaram, J. P. Jose, and G. Jaffino, "Welding defects extraction for radiographic images using c-means segmentation method," in Proceeding of the International Conference on Communication and Network Technologies, Sivakasi, pp. 79-83, 2014. 

  12. H. G. Hwang, B. S. Kim, J. H. Cho, and C. S. Song, "A requirements analysis of integrated data platform for automatic testing of welding quality based on artificial intelligence in shipbuilding and maritime domain," in Proceeding of the 43th Korean Society of Maine Engineering Spring Conference, Mokpo, pp. 272, 2019. 

  13. S. J. Oh, B. C. Park, D. S. Shin, C. O. Lim, and S. C. Shin, "Automatic detection of welding area using deep learning," in Proceeding of the Joint Academic Conference of the Korean Association of Ocean Science and Technology Societies, Jeju, pp. 454-460, 2018. 

  14. S. J. Oh, B. C. Park, C. O. Lim, and S. C. Shin, "Automatic detection of welding defects using faster R-CNN," in Proceeding of the Society of Naval Architects of Korea Annual Autumn Conference, Changwon, pp. 236-240, 2018. 

  15. S. Ren, K. He, R. Girshick, and J. Sun, "Faster R-CNN : Towards real-time object detection with region proposal networks," Advances in neural information processing systems (NIPS), 2015. 

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