NL9201787A - Locating malfunctions - Google Patents

Abstract

A system for locating and visually indicating malfunctions comprises: a microphone array that must be directed towards a device having at least some mechanically operating and therefore sound-emitting part or parts, for example, a machine; a presentation unit, for example a display, for depicting the device at least from roughly the direction of the microphone array, for example by means of a video camera; a central signal- processing unit to which the signals from the microphones of the array are sent and which possesses means for analysing the microphone signals and their inter- relationships, as well as learning means connected to the analysing means, for example neural networks, and such that the signal-processing unit can, after a learning period, determine permissible tolerance limits for variations of the spectra, of the amplitude levels and of the phases of the microphone signals, and determine the angle at which the microphone array observes any variations; and means for projecting a visual warning signal in the region of the observed variation into the depiction of the device by the presentation unit.

Description

LOKALISATIE VAN STORINGENLOCALIZATION OF FAULTS

Bijvoorbeeld in produktiebedrijven waar vele machines van hetzelfde of verschillend type tegelijkertijd in bedrijf zijn, kan zich het probleem voordoen, dat storingen aan een machine niet tijdig worden opgemerkt. Hierdoor bestaat het gevaar dat de schade aan een machine groter is en daardoor de reparatietijd langer en de kosten hoger, dan in het geval, waarin een storing in een vroeg stadium zou zijn gedetecteerd. Bij gebrek aan automatisch werkende middelen die in staat zijn storingen te lokaliseren neemt men gewoonlijk genoegen met een periodieke inspectie en vindt ingrijpen slechts plaats op het moment, waarop een storing manifest wordt. In het bijzonder kan het met deze bekende wijze van werken niet vermeden worden, dat vooral in lawaaiige omgevingen machines vastlopen, hetgeen stilstand en verlies aan produktiviteit met zich meebrengt.For example, in production plants where many machines of the same or different type are operating at the same time, the problem may arise that malfunctions of a machine are not noticed in time. As a result, there is a risk that the damage to a machine is greater, and therefore the repair time longer and the cost higher, than in the case where a failure would have been detected at an early stage. In the absence of automatically operating means capable of locating faults, one is usually satisfied with a periodic inspection and intervention takes place only at the moment when a fault becomes manifest. In particular, with this known way of working it cannot be avoided that machines crash especially in noisy environments, which means downtime and loss of productivity.

De uitvinding beoogt, een systeem te bieden, dat in staat is, op automatische wijze een machine te bewaken en bijvoorbeeld controlepersoneel via visuele presentatie en eventueel akoestische alarmering attent te maken op de storing met onmiddellijke indicatie van de plaats daarvan.The object of the invention is to provide a system which is able to automatically monitor a machine and, for example, to alert control personnel via visual presentation and possibly acoustic alarms to the fault with immediate indication of its location.

In verband met deze doelstelling verschaft de inrichting een systeem voor het lokaliseren en zichtbaar maken van storingen, welk systeem omvat: een microfoon-array, dat gericht moet worden op een althans ten dele mechanisch werkende en daardoor geluidafgevende inrichting, bijvoorbeeld een machine; een presentatie-eenheid, bijvoorbeeld een beeldscherm, voor het afbeelden van die inrichting vanuit althans ongeveer de richting van het microfoon-array, bijvoorbeeld door middel van een video-camera; een centrale signaalverwerkingseenheid, waaraan de van de microfoons van het array afkomstige signalen worden toegevoerd, welke signaalverwerkingseenheid analysemiddelen omvat voor het analyseren van de microfoonsignalen en hun onderlinge samenhang, alsmede met die analysemiddelen verbonden lerende middelen, bijvoorbeeld met neuronale netwerken, een en ander zodanig dat de signaalverwerkings-eenheid na een leerfase kan vaststellen binnen welke tolerantiegrenzen afwijkingen van de spectra, de niveaus en de fasen van de microfoonsignalen toelaatbaar zijn, en onder welke hoek het microfoon-array eventuele afwijkingen waarneemt; en projectiemiddelen voor het op de afbeelding door de presentatie-eenheid projecteren van een visueel waarschuwingssignaal in het gebied van de waargenomen afwijking.In connection with this objective, the device provides a system for locating and visualizing faults, the system comprising: a microphone array to be aimed at an at least partly mechanically operating and thereby sound-emitting device, for example a machine; a presentation unit, for example a screen, for displaying that device from at least about the direction of the microphone array, for example by means of a video camera; a central signal processing unit, to which the signals originating from the microphones of the array are supplied, the signal processing unit comprising analysis means for analyzing the microphone signals and their interrelationships, as well as learning means connected to said analysis means, for instance with neuronal networks, such that the signal processing unit can determine after a learning phase within which tolerance limits deviations of the spectra, levels and phases of the microphone signals are permissible, and at what angle the microphone array detects any deviations; and projection means for projecting a visual warning signal into the region of the detected deviation on the image by the display unit.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van een figuur. Deze toont een machine 1 die een aantal bewegende onderdelen bevat en daardoor geluid afgeeft, dat informatie draagt met betrekking tot de werking van de machine. In het bijzonder de periodiciteit van bepaalde frequentiecomponenten kan belangrijke informatie zijn. Ook andere parameters zijn voor de analyse van geluid met het oog op het detecteren van storingen van belang. In het algemeen zijn dit onder meer de geluidsspectra, de relatieve niveaus bij verschillende frequenties of in verschillende frequentiebanden en fase-relaties.The invention will now be elucidated with reference to a figure. This shows a machine 1 which contains a number of moving parts and therefore emits sound, which carries information regarding the operation of the machine. In particular, the frequency of certain frequency components can be important information. Other parameters are also important for the analysis of sound with a view to detecting disturbances. In general, these include the sound spectra, the relative levels at different frequencies or in different frequency bands and phase relationships.

Op de machine 1 is een video-camera 2 gericht die op een video-monitor 3 een afbeelding 4 van de machine 1 geeft. Naast de video-camera 2 is een microfoon-array 5 opgesteld. Dit array 5 omvat een matrix-vormige structuur met rijen en kolommen van microfoons 6 met onderling bekende posities.A video camera 2 is oriented on the machine 1, which gives an image 4 of the machine 1 on a video monitor 3. A microphone array 5 is arranged next to the video camera 2. This array 5 comprises a matrix-shaped structure with rows and columns of microphones 6 with mutually known positions.

Alle signalen van de microfoons 6 worden via leidingen 7 toegevoerd aan een centrale signaalverwerkingseenheid 8 die analysemiddelen omvat voor het analyseren van de microfoonsignalen en hun onderlinge samenhang, alsmede met die analysemiddelen verbonden lerende middelen, bijvoorbeeld geheugen-achtige structuren met neuronale netwerken. Op basis van deze opbouw is de centrale signaalverwerkingseenheid 8 na een leerfase in staat, vast te stellen, binnen welke tolerantiegrenzen afwijkingen van de genoemde parameters, zoals spectra, niveaus en fasen van de microfoonsignalen toelaatbaar zijn. Bekend is verder dat microfoon-array's van het hiergenoemde en toegepaste type in staat zijn, door analyse van de fasen van specifieke frequentiecomponenten vast te stellen, onder welk azimut en elevatie de betreffende frequentiecomponent het array 5 bereikt. Door de in de figuur weergegeven opstelling is aldus het array na signaalverwerking door de centrale signaalverwerkingseenheid 5, in staat vast te stellen, onder welke hoek het microfoon-array 5 eventuele afwijkingen in het door de machine 1 afgegeven geluid waarneemt. De signaalverwerkingseenheid 6 omvat verder een signaalgenerator die een videosignaal kan genereren op basis van dit hoeksignaal. Het videosignaal wordt toegevoerd aan de video-monitor 3 en geeft daar op de afbeelding 4 van de machine 1 bijvoorbeeld een rood gekleurde, knipperende ring 9 rond de zone 10, waarin het microfoon-array de storing heeft waargenomen. Het videosignaal kan tevens worden gebruikt voor het bekrachtigen van een audio-signaalgenerator 11, die aan een schematisch weergegeven luidspreker 12 een alarmeringssignaal afgeeft, zodat personeelsleden op de gesignaleerde storing worden geattendeerd, zonder dat ze permanent de monitor 30 in het oog houden.All signals from the microphones 6 are supplied via lines 7 to a central signal processing unit 8, which comprises analysis means for analyzing the microphone signals and their interrelationships, as well as learning means connected to said analysis means, for example memory-like structures with neuronal networks. On the basis of this structure, the central signal processing unit 8 is able, after a learning phase, to determine within which tolerance limits deviations from the said parameters, such as spectra, levels and phases of the microphone signals, are permissible. It is further known that microphone arrays of the aforementioned and applied type are capable of determining, by analyzing the phases of specific frequency components, under which azimuth and elevation the relevant frequency component reaches array 5. The arrangement shown in the figure thus enables the array, after signal processing by the central signal processing unit 5, to determine under which angle the microphone array 5 detects any deviations in the sound emitted by the machine 1. The signal processing unit 6 further comprises a signal generator which can generate a video signal based on this angle signal. The video signal is applied to the video monitor 3 and there, for example, on the image 4 of the machine 1, gives a red colored, flashing ring 9 around the zone 10, in which the microphone array has detected the disturbance. The video signal can also be used to energize an audio signal generator 11, which gives an alarm signal to a schematically illustrated loudspeaker 12, so that personnel are alerted to the signaled disturbance, without continuously keeping an eye on the monitor 30.

De aandacht wordt erop gevestigd dat ook andere uitvoeringen van het systeem volgens de uitvinding binnen het kader van deze uitvinding vallen.Attention is drawn to the fact that other embodiments of the system according to the invention also fall within the scope of this invention.

Bijvoorbeeld kan onder omstandigheden worden volstaan met een één-dimensionaal microfoon-array, dat zich uitstrekt in dwarsrichting ten opzichte van detectiezones waarbinnen storingen kunnen worden gelokaliseerd.For example, a one-dimensional microphone array, which extends transversely to detection zones within which disturbances can be located, will suffice under certain conditions.

Verder is het niet noodzakelijk gebruik te maken van een video-camera en een video-monitor, maar kan bijvoorbeeld ook worden volstaan met een afbeelding van de betreffende machine, en andere visuele presentatiemiddelen, zoals een aantal in deze afbeelding aanwezige LEDs.Furthermore, it is not necessary to use a video camera and a video monitor, but an image of the machine in question and other visual presentation means, such as a number of LEDs present in this image, may suffice, for example.

Claims (1)

1. Systeem voor het lokaliseren en zichtbaar maken van storingen, welk systeem omvat: een microfoon-array, dat gericht moet worden op een althans ten dele mechanisch werkende en daardoor geluidafgevende inrichting, bijvoorbeeld een machine; een presentatie-eenheid, bijvoorbeeld een beeldscherm, voor het afbeelden van die inrichting vanuit althans ongeveer de richting van het microfoon-array, bijvoorbeeld door middel van een video-camera; een centrale signaalverwerkingseenheid, waaraan de van de microfoons van het array afkomstige signalen worden toegevoerd, welke signaalverwerkingseenheid analysemiddelen omvat voor het analyseren van de microfoonsignalen en hun onderlinge samenhang, alsmede met die analysemiddelen verbonden lerende middelen, bijvoorbeeld met neuronale netwerken, een en ander zodanig dat de signaalverwerkingseenheid na een leerfase kan vaststellen binnen welke tolerantiegrenzen afwijkingen van de spectra, de niveaus en de fasen van de microfoonsignalen toelaatbaar zijn, en onder welke hoek het microfoon-array eventuele afwijkingen waarneemt; en projectiemiddelen voor het op de afbeelding door de presentatie-eenheid projecteren van een visueel waarschuwingssignaal in het gebied van de waargenomen afwijking.System for locating and making faults visible, the system comprising: a microphone array to be aimed at an at least partly mechanically operating and therefore sound-emitting device, for example a machine; a presentation unit, for example a screen, for displaying that device from at least about the direction of the microphone array, for example by means of a video camera; a central signal processing unit, to which the signals originating from the microphones of the array are applied, the signal processing unit comprising analysis means for analyzing the microphone signals and their interrelationships, as well as learning means connected to these analysis means, for example with neuronal networks, such that the signal processing unit can determine after a learning phase within which tolerance limits deviations of the spectra, the levels and the phases of the microphone signals are permissible, and at which angle the microphone array detects any deviations; and projection means for projecting a visual warning signal into the region of the detected deviation on the image by the display unit.