Procedimiento y dispositivo para clasificar procesos que generan sonidos.

Procedimiento para clasificar procesos (P) que generan sonidos con las siguientes etapas:

(a) captación (S1) de señales de sonido provocadas por procesos (P) que generan sonidos;

(b) extracción (S2) de características (m) a partir de las señales de sonido captadas para el correspondiente proceso (P);

(c) cálculo (S3) de una similitud entre las señales de sonido captadas en base a las características (m) extraídas para agrupar procesos (P) con señales de sonido similares entre sí en clusters de procesos (C);

(d) adaptación (S4) de parámetros de distribución estadísticos de un modelo de referencia en función de los parámetros de distribución estadísticos de aquellos procesos (P) contenidos en aquel cluster de procesos (C) con la máxima cantidad (Z) de procesos (P) allí agrupados, para generar un modelo adaptado; y

(e) clasificación (S5) de los procesos (P) que generan sonidos basándose en el modelo adaptado.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/052938.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: HOGE, HARALD.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de materiales por el empleo... > G01N29/14 (utilizando técnicas de emisión acústica)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de materiales por el empleo... > G01N29/44 (Procesamiento de la señal de respuesta detectada)

PDF original: ES-2549183_T3.pdf

 

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Procedimiento y dispositivo para clasificar procesos que generan sonidos.

Fragmento de la descripción:

PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA CLASIFICAR PROCESOS QUE GENERAN SONIDOS

La invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para clasificar procesos que generan sonidos, por ejemplo señales de sonidos que se generan en procesos de trabajo de una máquina o en procesos químicos de una instalación.

El documento DE 10 2004 023 824 A1 describe un procedimiento y un dispositivo para enjuiciar un grado de calidad de un objeto mediante una prueba no destructiva utilizando señales de sonido, captándose entonces las señales de sonido y extrayéndose a partir de las señales de sonido captadas características, para constituir modelos adaptados en base a modelos de referencia.

En la mayoría de los procesos se generan señales de sonido y/o de vibraciones, que caracterizan el proceso. Por ejemplo en procesos químicos pueden formarse burbujas de gas, que originan ruidos en equipos de tanques o en tuberías. Otro ejemplo lo representan máquinas y/o componentes de máquinas que en procesos de fabricación continuos o discontinuos generan en función de su estado de servicio, y dado el caso de las condiciones del entorno, señales características de sonido y/o vibración.

El análisis de datos de medida de procesos técnicos se utiliza entre otros para descubrir componentes defectuosos. El análisis de datos de medida, en particular de procesos que generan sonidos, puede realizarse mediante modelos físicos o mediante modelos estadísticos del correspondiente proceso. Estos modelos se crean por lo general en un proceso prototipo bajo condiciones de laboratorio y en campo, por ejemplo durante la utilización de un aparato en una nave de fábrica. Puede suceder entonces que los datos de medida que se obtienen en base a los procesos que generan sonidos se vean influidos por señales de un entorno que varía, por ejemplo al variar la acústica de una sala. Además puede suceder que la máquina investigada o bien el proceso investigado funcione bajo otras condiciones de servicio o con piezas de máquina modificadas. Si se utilizan sin modificaciones en campo los modelos físicos o estadísticos obtenidos de un prototipo del proceso, puede descender la calidad de los análisis tanto que no pueda lograrse una clasificación satisfactoria del proceso investigado y/o de la máquina investigada. Por ejemplo no se detecta a tiempo una pieza averiada de la máquina como defectuosa.

Por ello se adaptan tradicionalmente los modelos físicos y/o estadísticos del proceso a investigar a condiciones que varían, para garantizar una calidad suficiente de los análisis. Si se investiga por ejemplo un proceso de trabajo de una pieza de una máquina, puede tomarse en consideración en base a la señal de sonido provocada por la pieza de máquina una determinada característica de la señal de sonido captada para la clasificación. Una posible característica de la señal de sonido es la intensidad de la señal de sonido o de la señal de ruido. Si la intensidad de la señal de ruido sobrepasa un valor de umbral predeterminado, se clasifica la pieza de máquina investigada como defectuosa y se señaliza la correspondiente falta. Desde luego cuando varían las condiciones del entorno, por ejemplo debido a un aparato adicional colocado junto a la pieza de una máquina, por ejemplo un ventilador que provoca una señal de ruido adicional, se sobrepasa el nivel de intensidad o el umbral previamente ajustado y una pieza de la máquina sin faltas se clasifica erróneamente como defectuosa. Por ello en la forma de proceder tradicional el ajuste de un valor de umbral o criterio de clasificación suficientemente expresivo es costoso y lleva mucho tiempo, ya que en determinadas circunstancias tienen que medirse también señales de ruidos de piezas de máquina defectuosas que al respecto han de instalarse adicionalmente en la máquina para ajustar un valor de umbral adecuado. Un inconveniente adicional de la manera de proceder tradicional consiste en que cuando varían muy rápidamente las señales del entorno la necesaria adaptación de los modelos físicos y estadísticos tiene lugar a menudo con demasiada lentitud, con lo que no puede lograrse a tiempo la calidad necesaria en los análisis.

Por ello es un objetivo de la presente invención lograr un procedimiento y un dispositivo para clasificar procesos que generan sonidos que realicen una adaptación automática del modelo con un reducido coste de cálculo y que garanticen una clasificación correcta de los procesos que generan sonidos, incluso cuando las condiciones del entorno varíen rápidamente.

Este objetivo se logra en el marco de la invención mediante un procedimiento con las características indicadas en la reivindicación 1.

La invención logra un procedimiento para clasificar procesos que generan sonidos con las siguientes etapas:

- captación de señales de sonido provocadas por procesos que generan sonidos, -extracción de características predeterminadas a partir de las señales de sonido captadas para el correspondiente proceso generador de sonidos, -cálculo de una similitud entre las señales de sonido captadas en base a las características extraídas para agrupar procesos con señales de sonido similares entre sí en clusters de procesos,

- adaptación de parámetros de distribución estadísticos de un modelo de referencia en función de los parámetros de distribución estadísticos de aquellos procesos contenidos en aquel cluster de procesos con la máxima cantidad de procesos allí agrupados, para generar un modelo adaptado, -clasificación de los procesos que generan sonidos basándose en el modelo adaptado.

En una forma de ejecución del procedimiento correspondiente a la invención se genera la señal de sonido mediante un proceso de trabajo de una máquina.

En una forma de ejecución del procedimiento correspondiente a la invención se genera la señal de sonido mediante un proceso químico de una instalación.

En una forma de ejecución del procedimiento correspondiente a la invención se forma la señal de sonido mediante una señal de sonido a través del aire o mediante una señal de sonido a través de cuerpos sólidos.

En una forma de ejecución del procedimiento correspondiente a la invención se transforma la señal de sonido captada mediante un sensor en una señal eléctrica.

En una forma de ejecución del procedimiento correspondiente a la invención se filtra la señal eléctrica en un filtro pasobajo.

En una forma de ejecución del procedimiento correspondiente a la invención se transforma la señal filtrada en un pasobajo mediante un convertidor analógico-digital en una señal digital.

En una forma de ejecución del procedimiento correspondiente a la invención se someten ventanas de tiempo predeterminadas de la señal de sonido digitalizada a una transformación de frecuencias para generar un espectro de señales de sonidos.

En una forma de ejecución del procedimiento correspondiente a la invención se extraen características de la señal de sonido a partir de la gama de tiempos o a partir de la gama de frecuencias.

En una forma de ejecución del procedimiento correspondiente a la invención se forman para cada proceso generador de sonidos en diversos instantes de medida vectores de características, que presentan las características extraídas.

En una forma de ejecución del procedimiento correspondiente a la invención se calculan a partir de varios vectores de características de un proceso para cada característica parámetros de distribución estadísticos.

En una forma de ejecución del procedimiento correspondiente a la invención presentan los parámetros de distribución estadísticos de una característica un valor medio y una varianza de la correspondiente característica.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para clasificar procesos (P) que generan sonidos con las siguientes etapas:

(a) captación (S1) de señales de sonido provocadas por procesos (P) que generan sonidos;

(b) extracción (S2) de características (m) a partir de las señales de sonido captadas para el correspondiente proceso (P) ;

(c) cálculo (S3) de una similitud entre las señales de sonido captadas en base a las características

(m) extraídas para agrupar procesos (P) con señales de sonido similares entre sí en clusters de procesos (C) ;

(d) adaptación (S4) de parámetros de distribución estadísticos de un modelo de referencia en función de los parámetros de distribución estadísticos de aquellos procesos (P) contenidos en aquel cluster de procesos (C) con la máxima cantidad (Z) de procesos (P) allí agrupados, para generar un modelo adaptado; y

(e) clasificación (S5) de los procesos (P) que generan sonidos basándose en el modelo adaptado.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la señal de sonido se genera mediante un proceso de trabajo de una máquina.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la señal de sonido se genera mediante un proceso químico de una instalación.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la señal de sonido se genera mediante una señal de sonido a través del aire o mediante una señal de sonido a través de sólidos.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la señal de sonido captada mediante un sensor (2) se convierte en una señal eléctrica.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que la señal eléctrica se filtra en pasobajo mediante un filtro pasobajo (9) .

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la señal filtrada en pasobajo se transforma mediante un convertidor analógico-digital (10) en una señal digital.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que ventanas de tiempo predeterminadas de la señal de sonido digitalizada se someten a una transformación de frecuencias para generar un espectro de señales de sonido.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que se extraen características (m) de la señal de sonido a partir de la gama de tiempos o a partir de la gama de frecuencias.

10. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que para cada proceso (P) que genera sonidos se forman en diversos instantes de medida (t) vectores de características (V) que presentan las características (m) extraídas.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que a partir de varios vectores de características (V) de un proceso (P) se calculan para cada característica (m) parámetros de distribución estadísticos.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que los parámetros de distribución estadísticos de una característica (m) presentan un valor medio () y una varianza (2) de la correspondiente característica (m) .

13. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se calcula una distancia () entre los parámetros de distribución estadísticos de diversas señales de sonido para determinar una similitud entre las señales de sonido.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que se agrupan señales de sonido de procesos (P) similares entre sí, cuyos parámetros de distribución estadísticos presentan una pequeña distancia entre sí, en un cluster (C) de procesos.

15. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los parámetros de distribución estadísticos del modelo de referencia se calculan en base a características extraídas de una señal de sonido emitida por un prototipo.

16. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que en cada caso se determina una cantidad (Z) de procesos dentro de diversos clusters (C) de procesos formados.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que se selecciona aquel cluster (C) de procesos cuya cantidad (Z) de procesos (P) allí agrupados es máxima.

18. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la clasificación de los procesos (P) que generan sonidos se realiza basándose en el modelo adaptado mediante un procedimiento Maximum-Likelihood (de máxima probabilidad) .

19. Equipo para clasificar procesos (P) que generan sonidos con:

(a) al menos un sensor (2) para captar señales de sonidos, provocadas por los procesos (P) que generan sonidos;

(b) una memoria (6) para memorizar un modelo de referencia que presenta parámetros de distribución estadísticos para características (m) predeterminadas de una señal de sonido;

(c) una unidad de adaptación (4) para extraer las características (m) a partir de las señales de sonidos captadas de los procesos (P) y para calcular una similitud entre las señales de sonidos captadas en base a las características (m) extraídas para agrupar los procesos (P) en diversos clusters (C) de procesos con señales de sonidos similares entre sí, adaptando la unidad de adaptación (4) el modelo de referencia memorizado en función de parámetros de distribución estadísticos de aquellos procesos (P) contenidos en aquel cluster (C) de procesos con la máxima cantidad (Z) de procesos (P) ;

(d) y con una unidad de clasificación (7) que clasifica los procesos (P) generadores de sonidos basándose en el modelo adaptado.

20. Programa de computadora para realizar el procedimiento según la reivindicación 18.

21. Soporte de datos que memoriza el programa de computadora según la reivindicación 20.