Kalite kontrol sistemi için derin öğrenme tabanlı bir model önerisi
A deep learning-based model proposal for a quality control system
Yazar: YAREN ÇELİK
Danışman: PROF. DR. BERNA DENGİZ
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering
Dizin: Ahşap endüstrisi = Wood industry ; Derin öğrenme = Deep learning ; Evrişimli sinir ağları = Convolutional neural networks ; Görüntü işleme = Image processing ; Kalite kontrol = Quality control ; Kusur tespiti = Flaw detection ; Sınıflandırma = Classification

Özet:
Ahşap hammaddeler günümüzde birçok endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Ahşap hammadde üzerinde olan ve gözden kaçan istenmeyen görüntüler elde edilen ürünü görsel ve dayanıklılık açısından negatif etkilemekte, satışını engellemektedir. Bu nedenle bu tür hammaddelerin üretim sürecine girmeden belirlenmesi veya üretim hattına kurulacak bir otomasyon sistemi ile hatalı hammaddelerin belirlenerek üretim dışında bırakılması istenir. Kusurlu hammaddenin elle ve gözle kontrolü zor ve yanıltıcıdır. Sürekli gelişen dijital teknoloji ve sistemler sayesinde bu tür kontroller için otomasyon sistemleri geliştirilmektedir. Son yıllarda araştırmacılar görüntü işleme tabanlı denetim sistemlerini kullanarak kalite kontrol uygulamaları geliştirmektedirler. Bu teknolojiler sayesinde hammadde üzerinde olan kusurlar üretimin erken aşamalarında fark edilerek oluşacak son ürünün kusurlu veya hatalı olması engellenebilir. Böylece işgücü ve malzeme kayıpları nedeniyle oluşacak maliyetler ve harcanan zaman azaltılabilmektedir. 
Bu çalışmada, üretim hattı üzerinde kurulacak özel bir kamera sistemi ile elde edilen görüntüler üzerindeki kusurları belirleyecek model derin öğrenme yöntemleri ile elde edilmiş ve kusurlu kusursuz ayrımı yapan sistem önerisi geliştirilmiştir. Kusurların tespiti için görüntü işlemede ayrım tabanlı bir yöntem olan Evrişimsel Sinir Ağı (ESA), en uygun yöntemlerden biri olması nedeniyle tercih edilmiştir. Ayrıca ShuffleNet, AlexNet, GoogleNet gibi farklı ESA mimarileri ve parametreleri denenerek probleme en uygun olan mimari belirlenmeye çalışılmıştır. Ahşap ürünlerinde kusurlu ve kusursuz ayrımı yapan kalite kontrol sistemleri için çalışmada dikkate alınan ESA yönteminde, MobileNet, DenseNet ve Inception mimarileri umut verici sonuçlar vermektedir. Ayrıca ESA yöntemi denemelerine görüntü çoğaltma ve görüntü iyileştirme yöntemleri hem ayrı ayrı hem de bir arada eklenerek bu yöntemlerin performans metriklerini nasıl etkilediği incelenmiştir. Yapılan her denemede parametreler değiştirilmiş performans metrikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Böylece en iyi performansı veren parametre seti ile ESA mimarisine karar verilmiştir.

Abstract:
Wood as a raw material is currently used in many industries. Unsightly texture and other defects on the wood make it less visually appealing and impact its durability as a material. Blemishes on the wood reduce its value, and defective material should be identified and removed from production. Since it's difficult to spot defects through visual or manual inspection, an automated system integrated into the production system is a viable option. With the help of advanced digital technology, automated systems for such controls are being developed. In recent years, researchers have been developing quality control applications using image processing-based inspection systems. By means of these technologies, defects in the raw material can be spotted in the early stages of production. Early identification of defects will prevent the production of faulty end products and will reduce labor and material losses in production. 
In this study, an integrated system is proposed to identify defective material. The proposed system acquires images of the raw material through a special camera installed on the production line. Digital images will be analyzed by deploying deep learning methods, and defective materials will be set apart. Convolutional Neural Network (CNN), a distinction-based method in image processing for detecting defects, was preferred because of its suitability. In addition, different CNN architectures such as ShuffleNet, AlexNet, GoogleNet, and parameters associated with these architectures were tested to identify the most suitable architecture for this problem. In the CNN method, considered in the study for quality control systems to separate out defective wood products, MobileNet, DenseNet, and Inception architectures gave promising results. In addition, image augmentation and image enhancement methods were added to the CNN method experiments, both separately and together, and their effect on performance metrics was examined. In each trial, parameters were modified, and the impact of parameters on the performance metrics was examined. Consequently, CNN architecture was selected with the parameter set giving the best performance.