故障預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種儀器設(shè)備的故障預(yù)警系統(tǒng)，用于監(jiān)控工作機(jī)臺的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并在發(fā)生異常時通知監(jiān)控人員，包括：一訊號總線，在故障預(yù)警系統(tǒng)內(nèi)傳遞數(shù)據(jù)以及控制邏輯；一收音裝置，與訊號總線連接并持續(xù)接收機(jī)臺運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的運(yùn)作聲音；一聲音處理單元，與訊號總線連接，以將收音裝置取得的運(yùn)作聲音轉(zhuǎn)換為語音特征向量；一儲存單元，與訊號總線連接并將語音特征向量儲存為歷史數(shù)據(jù)；一比對單元，與訊號總線連接并將實時的語音特征向量與歷史數(shù)據(jù)比對，以判斷機(jī)臺是否產(chǎn)生異狀；以及，一預(yù)警單元，與訊號總線連接并在機(jī)臺異常時向監(jiān)控人員發(fā)出警告。
【專利說明】故障預(yù)警系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種儀器設(shè)備的故障預(yù)警系統(tǒng)，尤指一種以聲紋辨識判斷儀器設(shè)備是否發(fā)生異常的故障預(yù)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]為了達(dá)到大量生產(chǎn)的目的，在生產(chǎn)在線會使用各種的儀器設(shè)備來制造生產(chǎn)，然而無論何種儀器設(shè)備在長時間的運(yùn)轉(zhuǎn)之下都會發(fā)生機(jī)械老化疲乏的現(xiàn)象。當(dāng)儀器設(shè)備發(fā)生老化疲乏的現(xiàn)象之后將會使產(chǎn)品的良率下降，若未能及時察覺維修而讓機(jī)臺持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下甚至?xí)箼C(jī)臺及其中的模具損傷故障，造成整條生產(chǎn)線嚴(yán)重的損失。
[0003]因此，若能在生產(chǎn)用的儀器設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重故障之前實時察覺，并在故障仍屬輕微的情形下及早停機(jī)修復(fù)檢查，將可有效的把損失降到最低。
[0004]現(xiàn)今市面上雖有各種故障檢測方式，例如針對模具內(nèi)部進(jìn)行的影像檢查、壓力檢測、溫度檢測、合模壓力檢測等，或是針對儀器設(shè)備進(jìn)行的機(jī)械震動強(qiáng)度偵測，但以上各種檢測方式均只針對單一種特定的物理量進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)工具機(jī)臺的加工方式及種類不同時就必須重新設(shè)計監(jiān)控的物理量。且此類既有的檢測裝置無法對儀器設(shè)備與模具之間互相配合作動的情況進(jìn)行偵測。因此當(dāng)故障的狀況未對上述檢測監(jiān)控的物理量造成影響時，便難以發(fā)揮早期預(yù)警的效果了。
[0005]以塑料射出成形機(jī)為例，當(dāng)射出成形機(jī)中的模具發(fā)生輕微變形的異狀時，對于射料的壓力、溫度或合模壓力并不會有明顯的改變。因此難以用目前既有的檢測方式判斷這類的異常，而多半是檢測到產(chǎn)品上的缺陷后才會停機(jī)對機(jī)臺及模具進(jìn)行檢修，然確已造成產(chǎn)在線嚴(yán)重的損失。
[0006]有鑒于上述缺點(diǎn)，實有必要對現(xiàn)有的故障預(yù)警系統(tǒng)加以改進(jìn)，提供一種可以更廣泛的察覺不同異常狀況的故障預(yù)警系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的在提供一種能夠監(jiān)控各式不同儀器設(shè)備，以及各種不同異常狀況的故障預(yù)警系統(tǒng)。在機(jī)臺發(fā)生故障的初期便能夠發(fā)出警告通知相關(guān)人員，及早將出狀況的機(jī)臺停機(jī)維修。
[0008]為達(dá)上述目的，本發(fā)明的故障預(yù)警系統(tǒng)系監(jiān)聽機(jī)臺運(yùn)作聲音的方式，以實時監(jiān)控機(jī)臺的各種異常狀況，其中包括:一訊號總線，在故障預(yù)警系統(tǒng)內(nèi)傳遞數(shù)據(jù)以及控制邏輯；一收音裝置，與訊號總線連接并持續(xù)接收機(jī)臺運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的運(yùn)作聲音；一聲音處理單元，與訊號總線連接以將收音裝置取得的運(yùn)作聲音轉(zhuǎn)換為語音特征向量；一儲存單元，與訊號總線連接并將語音特征向量儲存為歷史數(shù)據(jù)；一比對單元，與訊號總線連接并將實時的語音特征向量與儲存于儲存單元中的歷史數(shù)據(jù)比對，以判斷機(jī)臺是否產(chǎn)生異狀；以及一預(yù)警單元，與訊號總線連接并在判斷出機(jī)臺發(fā)生異常時向監(jiān)控人員發(fā)出異常警告。
[0009]在一較佳實施例中，所述收音裝置設(shè)為一指向性麥克風(fēng)，而所述預(yù)警單元設(shè)為一顯示器。
[0010]本發(fā)明的故障預(yù)警方法詳細(xì)步驟如下:
首先，以麥克風(fēng)對正常運(yùn)作中的機(jī)臺進(jìn)行收音，接收正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的運(yùn)作聲音，并經(jīng)聲音處理單元轉(zhuǎn)換為對照語音特征向量后儲存于儲存單元之中，建立歷史數(shù)據(jù)庫；持續(xù)以收音裝置對運(yùn)作中的機(jī)臺進(jìn)行收音，以取得機(jī)臺工作時的運(yùn)作聲音；將運(yùn)作聲音經(jīng)聲音處理單元轉(zhuǎn)換為語音特征向量，并與歷史數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)比對；以及當(dāng)語音特征向量與歷史數(shù)據(jù)比對的結(jié)果機(jī)臺異常時，將語音特征向量存入歷史數(shù)據(jù)庫中并透過預(yù)警單元向監(jiān)控人員發(fā)出異常警告。
[0011]在一較佳實施例中，將運(yùn)作聲音轉(zhuǎn)換為語音特征向量的步驟包含:對運(yùn)作聲音進(jìn)行端點(diǎn)偵測，取出有聲段數(shù)據(jù)；將有聲段資料音框化，使有聲段資料分割為許多短時距的音框，各個音框中均包含一小段聲音數(shù)據(jù)；對音框中的聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)強(qiáng)調(diào)處理，使聲音數(shù)據(jù)通過濾波器以強(qiáng)調(diào)音框中所需頻率的共振峰值，并消除其他的噪聲；對音框中的聲音數(shù)據(jù)加上窗；對窗化的音框進(jìn)行快速傅立葉變換，使聲音數(shù)據(jù)由時域轉(zhuǎn)換至頻域；利用梅爾濾波器組及離散余弦轉(zhuǎn)換求取各個音框中聲音數(shù)據(jù)的梅爾倒頻譜系數(shù)及語音特征向量。
[0012]在一較佳實施例中，比對語音特征向量與歷史數(shù)據(jù)的方式是以動態(tài)時間校正方式計算，判斷待測語音特征向量與歷史數(shù)據(jù)中機(jī)臺正常運(yùn)作時的語音特征向量的差異程度。
[0013]在另一較佳實施例中，故障預(yù)警方法的步驟進(jìn)一步包含當(dāng)語音特征向量與歷史數(shù)據(jù)比對的結(jié)果顯示機(jī)臺異常時，將工作機(jī)臺自動停機(jī)，并且將語音特征向量與機(jī)臺異常時的歷史數(shù)據(jù)比對以判斷機(jī)臺異常的原因。
[0014]在另一較佳實施例中，故障預(yù)警方法的步驟進(jìn)一步包含當(dāng)語音特征向量與歷史數(shù)據(jù)比對的結(jié)果顯示機(jī)臺正常運(yùn)作時，將語音特征向量存入歷史數(shù)據(jù)庫中。
[0015]在一較佳實施例中，將音框加上窗的步驟中采用漢明窗，以加強(qiáng)音框左右兩端資料的連續(xù)性。
[0016]綜上所述，本發(fā)明用監(jiān)聽運(yùn)作聲音的方式監(jiān)控工作機(jī)臺是否產(chǎn)生異狀。因此能夠提供更為全面的故障監(jiān)控。且所有運(yùn)作聲音的語音特征向量均被儲存進(jìn)數(shù)據(jù)庫中作為歷史數(shù)據(jù)，因此當(dāng)異常發(fā)生時本發(fā)明能夠判斷可能的故障原因，減少檢修時間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)方塊圖。
[0018]圖2是本發(fā)明配合工作機(jī)臺裝設(shè)的示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明進(jìn)行故障監(jiān)控的流程圖。
[0020]圖4是本發(fā)明計算運(yùn)作聲音的聲音特征向量的流程圖。
[0021]圖中各附圖標(biāo)記說明如下。
[0022]故障預(yù)警系統(tǒng)10訊號總線11 收音裝置 12 聲音處理單元 13
儲存單元14比對單元15
預(yù)警單元16工作機(jī)臺20
合模裝置21模具22
射出裝置23。
【具體實施方式】
[0023]為詳細(xì)說明本發(fā)明之技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，以下茲舉例并配合圖式詳予說明。
[0024]現(xiàn)請參閱圖1及圖2，本發(fā)明中的故障預(yù)警系統(tǒng)10采取監(jiān)聽工作機(jī)臺20運(yùn)轉(zhuǎn)聲音的方式判斷工作機(jī)臺20運(yùn)轉(zhuǎn)是否發(fā)生異常。該故障預(yù)警系統(tǒng)10中包括:一訊號總線11，裝設(shè)于故障預(yù)警系統(tǒng)10之中以交換各種訊號及控制邏輯；一收音裝置12，連接訊號總線11且持續(xù)對工作機(jī)臺20收音以取得實時的運(yùn)作聲音；一聲音處理單元13，連接訊號總線11，并將收音裝置12取得的運(yùn)作聲音轉(zhuǎn)換為語音特征向量；一儲存單元14，連接訊號總線11并將轉(zhuǎn)換后的聲音特征向量儲存為歷史數(shù)據(jù)；一比對單元15，連接訊號總線11，并將實時收音取得的語音特征向量與歷史數(shù)據(jù)比對，以判斷工作機(jī)臺20是否產(chǎn)生異狀；以及一預(yù)警單元16，與訊號總線11連接并在判斷工作機(jī)臺20發(fā)生異常時向監(jiān)控人員發(fā)出警告。
[0025]由上可知，本發(fā)明以監(jiān)聽運(yùn)轉(zhuǎn)聲音與歷史數(shù)據(jù)比對下是否正常的方式監(jiān)控工作機(jī)臺20。因此可適用于各種不同的工作機(jī)臺20，而且不須重新設(shè)計其中所裝設(shè)的傳感器及監(jiān)控物理量。
[0026]現(xiàn)請參閱圖2，在此一實施例中的工作機(jī)臺20設(shè)為一射出成形機(jī)，為了能夠詳細(xì)監(jiān)控射出成形機(jī)各部位的運(yùn)作狀況，本發(fā)明中的故障預(yù)警系統(tǒng)10包含多個收音裝置12，并分別裝設(shè)在合模裝置21、模具22以及射出裝置23等各部。而且為了減少環(huán)境雜音的影響，上述各收音裝置12均設(shè)為指向性麥克風(fēng)，利用指向性麥克風(fēng)定向收音的特性準(zhǔn)確的監(jiān)控工作機(jī)臺20中特定部位的運(yùn)作聲音。
[0027]而預(yù)警單元16則設(shè)為一顯示器，顯示出目前工作機(jī)臺20的運(yùn)作情形，并提供監(jiān)控人員一控制故障預(yù)警系統(tǒng)10的輸出接口。
[0028]請參閱圖2及圖3，利用本發(fā)明監(jiān)控工作機(jī)臺20是否產(chǎn)生異常的步驟如下:
為了判斷工作機(jī)臺20是否正常運(yùn)作，首先需要建立工作機(jī)臺20正常運(yùn)作時的歷史數(shù)據(jù)以供對照。因此在實際開始監(jiān)控前將會收集正常運(yùn)作中的工作機(jī)臺20以及模具22 —定次數(shù)或時距的運(yùn)作聲音。事先收集到的運(yùn)作聲音經(jīng)過聲音處理單元13計算求取其語音特征向量后，便儲存在儲存單元14中以建立對照用的歷史數(shù)據(jù)。
[0029]歷史數(shù)據(jù)庫建立完成后，便可讓工作機(jī)臺20繼續(xù)生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時以本發(fā)明的故障預(yù)警系統(tǒng)10持續(xù)對工作機(jī)臺20進(jìn)行收音監(jiān)控。各個收音裝置12所收錄的運(yùn)作聲音將同樣經(jīng)過聲音處理單元13以數(shù)學(xué)算法求取語音特征向量，并與歷史數(shù)據(jù)比對。
[0030]若是運(yùn)作聲音與歷史資料的比對結(jié)果相近，并顯示工作機(jī)臺20為正常運(yùn)作中，則將該段聲音數(shù)據(jù)的語音特征向量儲存為歷史數(shù)據(jù)并繼續(xù)監(jiān)控；反之若是運(yùn)作聲音與歷史資料的比對結(jié)果明顯不同且顯示工作機(jī)臺20誤動作或是模具22產(chǎn)生異狀，則將異常運(yùn)作時的語音特征向量儲存為歷史數(shù)據(jù)后，接著利用預(yù)警單元16通知監(jiān)控人員到場查看。且在此一實施例中，故障預(yù)警系統(tǒng)10在發(fā)現(xiàn)工作機(jī)臺20異常時將自動停止工作機(jī)臺20的運(yùn)作、并進(jìn)一步將語音特征向量與歷史數(shù)據(jù)庫中工作機(jī)臺20異常時的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，協(xié)助監(jiān)控人員判斷工作機(jī)臺20異常的原因。
[0031]請參閱圖4，比對工作機(jī)臺20運(yùn)轉(zhuǎn)聲音的一可行步驟如下:
為求取運(yùn)轉(zhuǎn)聲音的語音特征向量，需要先將運(yùn)作聲音轉(zhuǎn)換至頻域，而將運(yùn)作聲音由時域轉(zhuǎn)換至頻域的步驟如下:
首先將收音裝置12取得的運(yùn)作聲音進(jìn)行端點(diǎn)偵測(End Point Detection)，并取出其中的有聲段數(shù)據(jù)。接著將有聲段資料音框化(Frame Blocking)，使有聲段資料分割為許多短時距的音框(Frame)，且各個音框中均包含一小段聲音數(shù)據(jù)。經(jīng)過音框化的處理后，連續(xù)的運(yùn)作聲音被分割為有限數(shù)量的音框以便于分析比對。每個音框中都包含了一定時距內(nèi)的聲音數(shù)據(jù)，因此只要依序?qū)⒐ぷ鳈C(jī)臺20運(yùn)作時收音取得的音框與歷史數(shù)據(jù)庫中的音框加以比對便能得知目前工作機(jī)臺20運(yùn)作的聲音是否正常。
[0032]但收音時除了工作機(jī)臺20及模具22所發(fā)出的聲音之外，也有可能收錄到環(huán)境中的雜音。為了避免雜音影響判斷結(jié)果，因此接著對各個音框進(jìn)行預(yù)強(qiáng)調(diào)處理(Pre-emphasis)，使聲音數(shù)據(jù)通過濾波器以強(qiáng)調(diào)音框中所需頻率的共振峰值，并消除其他的噪聲。
[0033]接著便可將音框中的聲音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至頻域。為了進(jìn)行轉(zhuǎn)換，首先需要將音框加上窗(Windowing),在此實施例中的窗采用漢明窗(Hamming Window)以加強(qiáng)音框左右兩端資料的連續(xù)性。接著取各個音框的對數(shù)量值并對窗化的音框進(jìn)行快速傅立葉變換(FastFourier Transform),使聲音數(shù)據(jù)由時域轉(zhuǎn)換至頻域。
[0034]接著再使轉(zhuǎn)換至頻域后的聲音數(shù)據(jù)通過梅爾濾波器組(Mel-filter Band)并取對數(shù)能量值，接著進(jìn)行離散余弦轉(zhuǎn)換(Discrete Cosine Transform),并使用對數(shù)能量值求取各個音框中聲音數(shù)據(jù)的梅爾倒頻譜系數(shù)(Mel-scale Frequency Cepstral Coefficients)及語音特征向量。
[0035]以上述步驟求得的待測聲音數(shù)據(jù)的語音特征向量以及歷史數(shù)據(jù)中的語音特征向量將以動態(tài)時間校正(Dynamic Time Warping)的方式比對計算,判斷待測語音特征向量與歷史數(shù)據(jù)中工作機(jī)臺20正常運(yùn)作時的語音特征向量的差異程度。
[0036]而要判斷工作機(jī)臺20異常原因時，便是將待測語音特征向量與歷史數(shù)據(jù)中異常發(fā)生時的歷史數(shù)據(jù)逐一透過動態(tài)時間校正的方式計算比對，并將較為相近的異常運(yùn)作聲音的異常原因列表給監(jiān)控人員參考。
[0037]藉此，本發(fā)明用監(jiān)聽運(yùn)作聲音的方式監(jiān)控工作機(jī)臺是否產(chǎn)生異狀。因此能夠提供更為全面的故障監(jiān)控。且所有的運(yùn)作聲音均被儲存進(jìn)歷史數(shù)據(jù)庫中作為對照數(shù)據(jù)，因此當(dāng)異常發(fā)生時本發(fā)明能夠判斷可能的故障原因，減少檢修時間。
【權(quán)利要求】
1.一種故障預(yù)警系統(tǒng)，用于監(jiān)控工作機(jī)臺的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并在異常發(fā)生時通知監(jiān)控人員，其特征在于:其中包括: 一訊號總線，在故障預(yù)警系統(tǒng)內(nèi)傳遞數(shù)據(jù)以及控制邏輯； 一收音裝置，與訊號總線連接并持續(xù)接收機(jī)臺運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的運(yùn)作聲音； 一聲音處理單元，與訊號總線連接以將收音裝置取得的運(yùn)作聲音轉(zhuǎn)換為語音特征向量; 一儲存單元，與訊號總線連接并將語音特征向量儲存為歷史數(shù)據(jù)； 一比對單元，與訊號總線連接并將實時的語音特征向量與儲存于儲存單元中的歷史數(shù)據(jù)比對，以判斷機(jī)臺是否產(chǎn)生異狀；以及 一預(yù)警單元，與訊號總線連接并在判斷出機(jī)臺發(fā)生異常時向監(jiān)控人員發(fā)出異常警告。
2.如權(quán)利要求1所述的故障預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述收音裝置設(shè)為一指向性麥克風(fēng)。
3.如權(quán)利要求1所述的故障預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述預(yù)警單元設(shè)為一顯示器。
4.一種故障預(yù)警方法，其特征在于:包括以下步驟: 首先，以麥克風(fēng)對正常運(yùn)作中的機(jī)臺進(jìn)行收音，接收正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的運(yùn)作聲音，并經(jīng)聲音處理單元轉(zhuǎn)換為對照語音特征向量后儲存于儲存單元之中，建立歷史數(shù)據(jù)庫； 其次，持續(xù)以收音裝置對運(yùn)作中的機(jī)臺進(jìn)行收音，以取得機(jī)臺工作時的運(yùn)作聲音； 然后，將運(yùn)作聲音經(jīng)聲音處理單元轉(zhuǎn)換為語音特征向量，并與歷史數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)比對；以及 最后，若語音特征向量與歷史數(shù)據(jù)比對的結(jié)果顯示機(jī)臺異常時，將語音特征向量存入歷史數(shù)據(jù)庫中并透過預(yù)警單元向監(jiān)控人員發(fā)出異常警告。
5.如權(quán)利要求4所述的故障預(yù)警方法，其特征在于:將運(yùn)作聲音轉(zhuǎn)換為語音特征向量的步驟包含: 對運(yùn)作聲音進(jìn)行端點(diǎn)偵測，取出有聲段數(shù)據(jù)； 將有聲段資料音框化，使有聲段資料分割為許多短時距的音框，各個音框中均包含一小段聲音數(shù)據(jù)； 對音框中的聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)強(qiáng)調(diào)處理，使聲音數(shù)據(jù)通過濾波器以強(qiáng)調(diào)音框中所需頻率的共振峰值，并消除其他的噪聲； 對音框中的聲音數(shù)據(jù)加上窗； 對窗化的音框進(jìn)行快速傅立葉變換，使聲音數(shù)據(jù)由時域轉(zhuǎn)換至頻域； 利用梅爾濾波器組及離散余弦轉(zhuǎn)換求取各個音框中聲音數(shù)據(jù)的梅爾倒頻譜系數(shù)及語音特征向量。
6.如權(quán)利要求4所述的故障預(yù)警方法，其特征在于:比對語音特征向量與歷史數(shù)據(jù)的方式是以動態(tài)時間校正方式計算，判斷待測語音特征向量與歷史數(shù)據(jù)中機(jī)臺正常運(yùn)作時的語音特征向量的差異程度。
7.如權(quán)利要求4所述的故障預(yù)警方法，其特征在于:當(dāng)語音特征向量與歷史數(shù)據(jù)比對的結(jié)果顯示機(jī)臺異常時，進(jìn)一步將工作機(jī)臺自動停機(jī)，并且將語音特征向量與機(jī)臺異常時的歷史數(shù)據(jù)比對以判斷機(jī)臺異常的原因。
8.如權(quán)利要求4所述的故障預(yù)警方法，其特征在于:當(dāng)語音特征向量與歷史數(shù)據(jù)比對的結(jié)果顯示機(jī)臺正常運(yùn)作時，進(jìn)一步將語音特征向量存入歷史數(shù)據(jù)庫中。
9.如權(quán)利要求5所述的故障預(yù)警方法，其特征在于:將音框加上窗的步驟采用漢明窗，以加強(qiáng)音框左右兩端資料的連續(xù)性。
【文檔編號】G10L25/00GK104049037SQ201310084118
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】方炫棋, 呂健羽, 邱奕豪, 周承康 申請人:東莞富強(qiáng)電子有限公司, 正崴精密工業(yè)股份有限公司