kth.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Machine Learning Methods for Segmentation of Complex Metal Microstructure Features
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Materials Science and Engineering.
2022 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Machine learning is a growing topic with possibilities that seems endless with growing areas of applications. The field of metallography today is highly dependent on the operators’ knowledge and technical equipment to perform segmentation and analysis of the microstructure. Having expert dependents is both costly and very time-consuming. Some automatic segmentation is possible using SEM but not for all materials and only having to depend on one machine will create a bottleneck. In this thesis, a traditional supervised machine learning model has been built with a Random Forest (RF) classifier. The model performs automatic segmentation of complex microstructure features from images taken using light optical- and scanning electron microscopes. Two types of material, High-Strength-Low-Alloy (HSLA) steel with in-grain carbides and grain boundary carbides, and nitrocarburized steel with different amounts of porosity were analyzed in this work. Using a bank of feature extractors together with labeled ground truth data one model for each material was trained and used for the segmentation of new data. The model trained for the HSLA steel was able to effectively segment and analyze the carbides with a small amount of training. The model could separate the two types of carbides which is not possible with traditional thresholding. However, the model trained on nitrocarburized steel showcased difficulties in detecting the porosity. The result was however improved with a different approach to the labeling. The result implies that further development can be made to improve the model.

Abstract [sv]

Maskininlärning är ett växande område där möjligheterna verkar oändliga med växande applikationsområden. Området för metallografi är idag till stor utsträckning beroende av operatörens kunskap och de tekniska instrumenten som finns tillgängliga för att genomföra segmentering och analys av mikrostrukturen. Viss automatisk segmentering är möjlig genom att använda SEM, men det är inte möjligt för alla material samt att behöva vara beroende av endast en maskin kommer skapa en flaskhals. I denna uppsats har en traditionell övervakad maskininlärnings modell skapats med en Random Forest klassificerare. Modellen genomför automatisk segmentering av komplexa mikrostrukturer på bilder från både ljusoptiskt- och svepelektron-mikroskop. Två olika typer av material, Hög-Styrka-Låg-Legerat (HSLA) stål med karbider och korngräns karbider, samt nitrokarburerat stål med varierande mängd porositet analyserades i detta arbete. Genom användningen av en särdragsextraktions bank tillsammans med annoterad grundsannings data tränades en modell för vartdera materialet och användes för segmentering av ny bild data. Modellen som tränades för HSLA stålet kunde effektivt segmentera och analysera karbiderna med en liten mängd träning. Modellen kunde separera de två typerna av karbider vilket inte varit möjligt med traditionellt tröskelvärde. Den modell som tränades för det nitrokarburerade stålet visade emellertid upp svårigheter i att detektera porositeten. Resultatet kunde dock förbättras genom ett annorlunda tillvägagångssätt för annoteringen. Resultatet vittnar om att vidareutveckling kan göras för att förbättra slutresultatet.

Place, publisher, year, edition, pages
2022. , p. 45
Series
TRITA-ITM-EX ; 2022:428
Keywords [en]
Machine learning, Metallography, Automatic segmentation, Complex microstructures, Random Forest classifier.
Keywords [sv]
Maskininlärning, Metallografi, Automatisk segmentering, Komplex mikrostruktur, Random Forest klassificerare
National Category
Other Materials Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-315308OAI: oai:DiVA.org:kth-315308DiVA, id: diva2:1679770
External cooperation
Swerim AB - Kista
Subject / course
Materials and Process Design
Educational program
Master of Science in Engineering - Materials Design and Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2022-07-04 Created: 2022-07-01 Last updated: 2022-07-04Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1943 kB)778 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1943 kBChecksum SHA-512
2b42b338057205d79a067be776b0a5f4f9c34816867465badbab0c617c70d2a5e5a6300f0fced5724f5375ae98ef31d3eb2ae6dc8dcfbff6438dee0689812407
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Materials Science and Engineering
Other Materials Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 780 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 474 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf