[發明專利]一種基于信號時頻分解的聲音數據分類方法

在審

• 申請號: 201810443175.8
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN108899048A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 韓威;周松斌;劉憶森;李昌;劉偉鑫
• 申請（專利權）人: 廣東省智能制造研究所
• 主分類號: G10L25/51
• 分類號: G10L25/51;G10L25/30;G10L25/18;G01N29/04;G01N29/12
• 代理公司: 廣州容大專利代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 劉新年;潘素云

本發明公開了一種基于信號時頻分解的聲音數據分類方法，該方法包括：對被檢金屬罐裝產品施加激勵，使其振動；收集被檢產品振動產生的聲音，并進行采樣處理得到數字化的聲信號；處理聲信號，得到其頻譜信號；對聲信號和其頻譜信號分別進行信號分解，得到能表征產品質量的時域特征矩陣W₁和頻域特征W₂；將{W₁,W₂}作為產品質量特征數據，輸入到產品質量計算模型進行運算，該模型的運算結果為產品質量參數R；計算R與合格產品質量標準值δ的差值的絕對值D；如果D小于閾值T，則被檢產品合格，反之，被檢產品不合格。本發明用于基于聲發射技術的金屬罐裝產品質量檢測，能有效提高檢測正確率。

技術領域

本發明涉及基于聲發射技術的金屬罐裝產品質量檢測領域，更具體地說，是涉及一種基于信號時頻分解的聲音數據分類方法。

背景技術

金屬罐一般用作容器對產品進行包裝，可以起到密封、美觀等作用，廣泛應用于食品行業，而金屬罐裝食品不合格很可能導致食品質量出現問題，一旦被消費者食用，極易導致生病或中毒等危險情況。雖然幾乎所有金屬罐裝產品在出廠之前都要進行質量檢測，但是由于有些產品只進行抽檢，或者全檢過程中的漏檢、誤檢等原因，少數次品并沒有被檢出而流向市場。因此研究準確高效的金屬罐裝產品質量在線檢測方法很有必要。本申請基于聲發射技術提供一種基于信號時頻分解的聲音數據分類方法，用于檢測金屬罐裝產品質量。

目前，關于金屬罐裝產品質量在線檢測方法，除聲發射技術外，還有機器視覺法、超聲波法、電渦流法、光學法(或稱光反射法)等。機器視覺法一般用于檢測產品外觀如日期、噴碼、廠家Logo等，或者通過檢測金屬罐外形來判斷產品質量，而對于不易變形的罐就無法進行正確檢測，且檢測精度易受產品振動、光線等因素影響；超聲波法是通過檢測罐中液體是否有氣泡來判斷罐內食品是否變質，準確率低，晃動、振動引起的氣泡都會引起誤檢，且檢測過程需要超聲波耦合劑作為波的傳導介質，不適合高速在線檢測；電渦流法也是通過檢測金屬罐的被檢面是否變形來判斷產品質量，與機器視覺法有相同的缺點，檢測精度易受產品振動的影響，且對于不同的金屬材料，檢測性能也有差異；光學法將平行光束投射于金屬罐蓋上，由于蓋的變形度不同而使反射光的傳播方向不同，光電轉換裝置接收到的反射光量就會有差異，從而產生不同的光電流，再由光電管檢測光電流的大小，根據光電流的大小來判斷金屬罐裝產品質量，但材質不均勻和被測對象振動都會帶來測量誤差。

基于聲發射技術的金屬罐裝產品質量檢測原理如下：對于同種合格產品，它們的固有頻率比較接近；而比較同種合格產品和不合格產品，它們的固有頻率會有明顯差異；因此，對每個產品施加一合適的的激勵信號致其振動，由于固有頻率不同，振動發出的聲音也不相同，所以可根據聲音信號來判斷產品的質量。現有的基于聲發射技術的金屬罐裝產品質量檢測文獻簡述如下。

黃光周和蔡德全在《華南工學院學報(自然科學版)》1987年04期發表的《食品罐頭內真空度的無損檢測》一文中，采用多頻率連續掃描強迫起振方法對罐頭蓋施加激勵，當強迫振蕩的頻率與罐蓋的自然頻率相近時，就可得到最大的振幅，傳感器檢測的信號為最大；傳感器檢測到的信號送到檢測裝置，檢測裝置將此信號與一固定電平進行比較，根據比較結果對合格罐和不合格罐進行分類而將不合格罐剔除。

申請號為CN85106707的中國發明專利中提出用掃頻信號發生器產生和輸出一占空比為1：4的大功率掃頻方波信號去激勵電磁線圈，以產生強弱變化的磁場，進而使被檢測罐頭的罐蓋產生振幅、頻率都變化的強迫共振，再由傳感器上的拾音器把罐蓋振動的聲信號轉變成電信號，輸入到信號檢測電路進行放大、濾波，接著把有用信號檢波后，在比較顯示電路中與固定電平比較，高于固定電平的為次品，低于固定電平的為合格品。

上述兩種方案雖然都是采用激勵使被檢品振動，從而發出聲音，但是其實質只是根據時域的聲音信號的強弱來判斷被檢品是否合格，時域聲音易受噪聲干擾，且檢測結果對聲音信號采集探頭與金屬罐的距離比較敏感，在實際應用中存在著不足之處。