KR20210129499A - Data preprocessing method for detecting work errors in the process for assembling surface mount device - Google Patents

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Abstract

As a sound data preprocessing method for a work error detection device that detects a work error by analyzing the sound data generated by sequentially repeating unit works in a surface mount device (SMD) assembly process, the present invention comprises: a step of dynamically determining a window size based on a length of the output data and a length of the waveform data preset with respect to the waveform data; a step of generating frames by windowing the waveform data with a determined window size, converting the waveform data into a time-frequency domain, and averaging on a time axis; and a step of combining the generated frames in chronological order to generate the output data. Therefore, the present invention is capable of allowing a device that detects the work error to learn quickly and effectively.

Description

표면 실장 장치 조립 공정의 작업 오류 검출을 위한 데이터 전처리 방법{DATA PREPROCESSING METHOD FOR DETECTING WORK ERRORS IN THE PROCESS FOR ASSEMBLING SURFACE MOUNT DEVICE}Data preprocessing method for detecting work errors in the assembly process of surface mount devices

음향을 기반으로 하는 오류 검출 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작업 오류를 검출하기 위해 수집되는 표면 실장 장치 조립 공정에 의한 음향 데이터를 전처리하는 방법에 관한 발명이 개시된다.The present invention relates to a sound-based error detection technology, and more particularly, to a method for pre-processing acoustic data by a surface mount device assembly process that is collected to detect an operation error.

인쇄 회로 기판(PCB)의 표면에 표면 실장 부품(Surface mounted component, SMC)를 직접 부착시켜 표면 실장 장치(Surface mounted device, SMD)를 조립하는 자동화 설비가 생산되고 있다. SMD를 조립하는 자동화 설비는 다품종의 SMD를 소량으로 조립하고, 조립 공정에서 설비의 작동 속도가 매우 빠른 특징을 가지고 있다.Automated equipment for assembling a surface mounted device (SMD) is being produced by directly attaching a surface mounted component (SMC) to the surface of a printed circuit board (PCB). Automated equipment for assembling SMDs assembles multiple types of SMDs in a small amount, and the operation speed of the equipment in the assembly process is very fast.

SMD 조립 공정은 PCB 기판 입고, 부품 집기, 부품 이동, 부품 장착, PCB 기판 출고 등을 포함하는 단위 작업들이 순차적으로 반복되는 일정한 작업 패턴을 가진다.The SMD assembly process has a certain work pattern in which unit operations including PCB board warehousing, component picking, component movement, component mounting, and PCB board release are sequentially repeated.

단위 작업들이 순차적으로 반복되는 작업 패턴을 가지므로, 어떤 단위 작업에서 장애가 발생하여 작업이 중지되면, SMD 조립 공정 전체가 영향을 받아 자동화된 조립 공정이 멈추게 된다.Since unit tasks have a work pattern that is repeated sequentially, if an operation is stopped due to a failure in a certain unit task, the entire SMD assembly process is affected and the automated assembly process stops.

따라서, SMD 조립 공정에서는 단위 작업들의 오류를 빠르게 검출하고 장애가 발생한 단위 작업을 빠르게 복구하는 것이 중요하다.Therefore, in the SMD assembly process, it is important to quickly detect errors in the unit operations and to quickly recover the unit operations in which the failure occurred.

대한민국 공개특허 제10-2019-0081594호(2019.07.09 공개)에 자동화 생산 라인에서 발생되는 음향 데이터를 딥러닝 모델인 오토 인코더(Auto-Encoder) 모델을 이용하여 분석하여 자동화 생산 라인의 작업 오류를 예측하는 방법이 개시되어 있다.In Korea Patent Publication No. 10-2019-0081594 (published on July 9, 2019), acoustic data generated in an automated production line is analyzed using an auto-encoder model, a deep learning model, to detect work errors in an automated production line. A method for predicting is disclosed.

SMD 조립 공정의 SMD 조립 설비가 다양한 제품을 조립하는 경우 다양한 조립 환경에 매우 빠르게 적응할 수 있는 오류 검출 모델이 필요하나, 오토 인코더를 이용하는 모델은 학습에 사용되는 매개 변수가 많아 학습에 소요되는 시간이 다소 긴 경향이 있다. 따라서, SMD 조립 설비가 조립하는 대상 제품을 자주 변경하고 새로운 대상 제품으로 변경하는데 필요한 준비 시간보다 학습 시간이 긴 경우에는 실제 조립 공정에 적용하기가 곤란할 수 있다.When the SMD assembly equipment of the SMD assembly process assembles various products, an error detection model that can adapt very quickly to various assembly environments is required. It tends to be rather long. Therefore, if the target product to be assembled by the SMD assembly facility is frequently changed and the learning time is longer than the preparation time required to change to a new target product, it may be difficult to apply to the actual assembly process.

제10-2019-0081594호No. 10-2019-0081594

본 발명은 SMD 조립 공정에서 발생되는 음향 데이터를 분석하여 작업 오류를 검출하는 장치가 빠르고 효과적으로 학습할 수 있도록 음향 데이터를 전처리하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method of pre-processing acoustic data so that an apparatus for detecting an operation error by analyzing acoustic data generated in an SMD assembly process can learn quickly and effectively.

추가로, 본 발명은 서로 다른 길이의 주기를 갖는 단위 동작들의 파형 데이터로부터 고정된 길이의 시퀀스 데이터를 생성하여 단위 동작들의 주기가 달라도 작업 오류 검출을 위한 딥 러닝 모델이 주기성을 갖는 음향 데이터로 작업 상황을 판단할 수 있게 하는 전처리 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention generates sequence data of a fixed length from waveform data of unit operations having periods of different lengths, so that a deep learning model for detecting operation errors has periodicity even if the periods of unit operations are different. Another purpose is to provide a pre-processing method that allows you to judge the situation.

본 발명의 일 양상에 따르면, 표면 실장 장치(SMD) 조립 공정에서 단위 작업들이 순차적으로 반복되어 발생되는 음향 데이터를 분석하여 작업 오류를 검출하는 작업 오류 검출 장치를 위한 음향 데이터 전처리 방법은 파형(waveform) 데이터에 대하여 미리 설정된 출력 데이터의 길이와 파형 데이터의 길이에 기초하여 윈도우 사이즈를 동적으로 결정하는 단계와, 파형 데이터에 대하여 결정된 윈도우 사이즈로 윈도윙(windowing)하며 파형 데이터를 시간-주파수 도메인으로 변환하고 시간 축으로 평균하여 프레임들을 생성하는 단계와, 생성된 프레임들을 시간 순으로 결합하여 출력 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, an acoustic data preprocessing method for an operation error detection apparatus for detecting an operation error by analyzing acoustic data generated by sequentially repeating unit operations in a surface mount device (SMD) assembly process is a waveform (waveform) ) dynamically determining a window size based on the length of the waveform data and the length of the output data preset for the data, and windowing the waveform data with the determined window size to convert the waveform data into the time-frequency domain It includes the steps of generating frames by transforming and averaging on a time axis, and generating output data by combining the generated frames in chronological order.

이때, 파형 데이터는 표면 실장 장치 조립 공정에서 수집된 음향 데이터를 반복되는 작업의 주기에 해당하는 길이로 분할된 데이터이다.In this case, the waveform data is data obtained by dividing the acoustic data collected in the surface mounting device assembly process into a length corresponding to a cycle of a repeated operation.

본 발명에 의하면 SMD 조립 공정에서 발생되는 음향 데이터를 분석하여 작업 오류를 검출하는 장치가 빠르고 효과적으로 학습할 수 있도록 음향 데이터를 전처리할 수 있다.According to the present invention, it is possible to pre-process the acoustic data so that an apparatus for detecting an operation error by analyzing the acoustic data generated in the SMD assembly process can learn quickly and effectively.

추가로, 본 발명은 서로 다른 길이의 주기를 갖는 단위 동작들의 파형 데이터로부터 단위 동작들의 주기가 달라도 딥 러닝 모델이 학습할 고정된 길이의 시퀀스 데이터를 생성할 수 있다.In addition, the present invention can generate sequence data of a fixed length for the deep learning model to learn from waveform data of unit operations having periods of different lengths even when the periods of unit operations are different.

도 1은 길이가 다른 파형 데이터부터 고정된 길이의 시퀀스 데이터를 생성하는 절차의 개념을 도시한 개념도이다.
도 2는 전처리된 시퀀스 데이터를 학습하는 딥 러닝 모델의 예시이다.
도 3은 일 양상에 따른 작업 오류 검출 장치를 위한 음향 데이터 전처리 방법의 절차를 도시한 절차도이다.
1 is a conceptual diagram illustrating a concept of a procedure for generating sequence data of a fixed length from waveform data of different lengths.
2 is an example of a deep learning model for learning preprocessed sequence data.
3 is a flowchart illustrating a procedure of a method for pre-processing sound data for an apparatus for detecting an operation error according to an aspect.

전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시 예들을 통해 구체화된다. 각 실시 예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시 예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 블록도의 각 블록은 어느 경우에 있어서 물리적인 부품을 표현할 수 있으나 또 다른 경우에 있어서 하나의 물리적인 부품의 기능의 일부 혹은 복수의 물리적인 부품에 걸친 기능의 논리적인 표현일 수 있다. 때로는 블록 혹은 그 일부의 실체는 프로그램 명령어들의 집합(set)일 수 있다. 이러한 블록들은 전부 혹은 일부가 하드웨어, 소프트웨어 혹은 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.The foregoing and additional aspects are embodied through the embodiments described with reference to the accompanying drawings. It is understood that various combinations of elements in each embodiment are possible within the embodiments as long as there is no contradiction between them or other mentions. Each block in the block diagram may in some cases represent a physical component, but in other cases may be a part of the function of one physical component or a logical representation of a function across a plurality of physical components. Sometimes a block or part of an entity may be a set of program instructions. All or a part of these blocks may be implemented by hardware, software, or a combination thereof.

본 발명의 일 양상에 따르면, 표면 실장 장치(SMD) 조립 공정에서 단위 작업들이 순차적으로 반복되어 발생되는 음향 데이터를 분석하여 작업 오류를 검출하는 작업 오류 검출 장치를 위한 음향 데이터 전처리 방법은 윈도우 사이즈 동적 결정 단계와, 평균 프레임 생성 단계와, 출력 데이터 생성 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, an acoustic data preprocessing method for an operation error detection apparatus for detecting operation errors by analyzing acoustic data generated by sequentially repeating unit operations in a surface mount device (SMD) assembly process is a window size dynamic It includes a determining step, an average frame generation step, and an output data generation step.

SMD(Surface Mounted Device)는 PCB(Printed Circuit Board) 위에 작은 전자부품들이 부착된 장치이다. SMD 조립 공정은 자동화된 생산 라인에서 작동하는 SMD 조립 장비를 통해 다품종의 SMD를 소량으로 생산하는 공정이다. SMD 조립 공정에서 하나의 기기에서 장애가 발생하여 멈추게 되면 해당 기기뿐만 아니라 자동화 생산 라인 전체가 영향을 받아 SMD 조립을 멈추게 된다. 따라서, SMD 조립 공정에서는 오류를 빠르게 검출할 수 있어야 한다.A surface mounted device (SMD) is a device in which small electronic components are attached on a printed circuit board (PCB). The SMD assembly process is a process of producing various types of SMD in small quantities through SMD assembly equipment operating in an automated production line. In the SMD assembly process, if one device fails and stops, not only the device but the entire automated production line will be affected and the SMD assembly will stop. Therefore, the SMD assembly process should be able to detect errors quickly.

작업 오류 검출 장치는 자동화된 SMD 조립 공정에서 발생하는 오류를 검출하는 장치로 본 발명은 SMD 조립 공정에서 발생되는 소리 즉, 음향 데이터를 이용하여 오류를 검출하는 장치에 적용할 수 있는 방법이다. SMD 조립 공정은 PCB 입고, 부품 취득, 부품 부착, PCB 출고 등을 포함하는 단위 작업들이 사전에 설정된 프로그램에 따라 반복되는 공정이다. SMD 조립 공정에 사용되는 SMD 조립 장비들은 사전에 설정된 프로그램 순서에 따라 작동하므로 오류나 부품 부족에 의한 정지 등의 예외적인 상황을 제외하면 항상 일정하게 동작한다. 따라서, SMD 조립 장비의 작동 소리로부터 오류를 검출할 수 있으며, 작동 소리로부터 오류를 검출하는 작업 오류 검출 장치들이 딥 러닝 기술을 기초로 연구되고 있다. SMD 조립 공정은 다품종의 SMD를 소량으로 생산하는 공정이므로 생산하는 대상 제품의 전환이 빠르게 발생한다. 따라서, 딥 러닝 기술에 기초한 오류 검출 장치들이 새로운 제품의 생산 공정을 빠르게 학습할 필요가 있으며, 빠른 학습을 위하여 음향 데이터를 그대로 사용하지 않고 전처리하여 학습에 걸리는 시간을 줄이는 방향으로 연구되고 있다.The work error detection device is a device for detecting an error occurring in an automated SMD assembly process, and the present invention is a method applicable to a device for detecting an error using sound, that is, acoustic data generated in the SMD assembly process. The SMD assembly process is a process in which unit operations including PCB warehousing, component acquisition, component attachment, and PCB shipment are repeated according to a preset program. SMD assembly equipment used in the SMD assembly process operates according to a preset program sequence, so it always operates consistently except for exceptional circumstances such as a stop due to an error or lack of parts. Therefore, it is possible to detect an error from the operation sound of the SMD assembly equipment, and work error detection devices for detecting the error from the operation sound are being studied based on deep learning technology. Since the SMD assembly process is a process of producing multiple types of SMD in a small amount, the conversion of the target product to be produced occurs quickly. Therefore, it is necessary for error detection devices based on deep learning technology to quickly learn the production process of a new product, and for rapid learning, research is being conducted in a direction to reduce the learning time by preprocessing the acoustic data without using it as it is.

오류 검출 장치들이 사용하는 딥 러닝 기술에는 제한이 없다. 지도학습 모델에 기반할 수도 있고, 비지도학습 모델에 기반할 수도 있다. There is no limit to the deep learning techniques used by error detection devices. It may be based on a supervised learning model or it may be based on an unsupervised learning model.

지도학습 모델에 기반한 것으로 SVM(Support Vector Machine) 또는 CNN(Convolution Neural Network)과 같은 분류 모델을 이용하여 음향 기반으로 오류를 검출하는 모델이 있다. 이들 분류 모델은 잘 알려진 클래스를 분류할 때 높은 성능을 보여준다. 다만, SVM 및 CNN과 같은 지도학습 모델을 학습시키기 위해서는 모든 종류의 정상 및 비정상 데이터를 수집해야 하는 문제가 있으며, 일부 비정상 상태에 대한 데이터 수집은 실질적으로 불가능할 수 있는 문제가 있다. 이럴 경우 SVM 및 CNN 모델은 새로운 정상 상태의 데이터에 대하여 비정상 상태로 분류할 수 있으며, 그 반대의 경우로 새로운 비정상 상태를 정상 상태로 분류할 수 있어, 새로운 데이터에 대하여 분류 오류를 일으킬 가능성이 있다.Based on the supervised learning model, there is a model that detects errors based on acoustics using a classification model such as SVM (Support Vector Machine) or CNN (Convolution Neural Network). These classification models show high performance when classifying well-known classes. However, there is a problem in that it is necessary to collect all kinds of normal and abnormal data in order to train supervised learning models such as SVM and CNN, and there is a problem that data collection for some abnormal states may be practically impossible. In this case, the SVM and CNN models can classify the new steady-state data as an abnormal state, and vice versa, can classify the new abnormal state as a steady state, resulting in a classification error for new data. .

비지도학습 모델에 기반한 것으로 오토인코더(Auto-Encoder) 또는 RNN(Recurrent Neural Network) 인코더-디코더 모델을 이용하여 음향 기반으로 오류를 검출하는 모델이 있다. 지도학습 모델과는 달리 비지도학습 모델은 클래스 구분 없이 정상 상태 데이터만 사용하여 학습할 수 있다. 비지도학습 모델의 경우에도 조립 공정을 통해 정상 상태 데이터를 수집할 수 있기 때문에 조립 공정을 거치지 않은 특정 SMD에 대한 정상 상태 데이터를 수집하는 것은 불가능하다. 따라서, 조립할 대상제품 전환을 위한 대기시간 내에 빠르게 학습할 수 있도록 하는 전처리 방법이 필요하다.Based on the unsupervised learning model, there is a model that detects errors based on sound using an auto-encoder or a recurrent neural network (RNN) encoder-decoder model. Unlike supervised learning models, unsupervised learning models can be trained using only steady-state data without class distinction. Even in the case of an unsupervised learning model, since steady-state data can be collected through the assembly process, it is impossible to collect steady-state data for a specific SMD that has not undergone the assembly process. Therefore, there is a need for a pre-processing method that enables rapid learning within the waiting time for conversion of a target product to be assembled.

일반적으로 딥 러닝 모델의 입력 데이터들은 고정된 길이를 사용한다. 따라서, 음향 데이터를 이용하여 작업 공정의 오류를 검출하는 장치들 또한 고정된 길이의 음향 데이터를 입력 데이터로 처리한다. SMD 조립 장치 들을 비롯한 산업 현장의 기계 장치들은 연속하여 동일한 작업을 반복하는 경우가 많기 때문에 장치에서 발생되는 음향도 일정한 주기를 갖는 경우가 많다. 하지만, 딥 러닝 모델들의 학습 및 오류 검출을 위해 음향 데이터를 고정된 길이로 분할하여 사용하면 작동 상태의 정보가 충분히 전달되지 않을 수 있다. 따라서, 주기성을 갖는 음향 데이터로부터 작동 상태를 파악하기 위해서는 주기 단위로 음향 데이터를 입력 데이터로 처리하는 것이 필요하다. 이때의 주기 단위의 작업은 단위 작업이 될 수도 있고, SMD 장치 하나를 조립하는 작업이 될 수도 있다.In general, the input data of a deep learning model uses a fixed length. Accordingly, devices for detecting an error in a work process using sound data also process sound data of a fixed length as input data. Mechanical devices in industrial sites, including SMD assembly devices, often repeat the same operation continuously, so the sound generated from the device often has a certain period. However, when acoustic data is divided into fixed lengths and used for training and error detection of deep learning models, information on the operating state may not be sufficiently transmitted. Therefore, in order to grasp the operating state from the sound data having periodicity, it is necessary to process the sound data as input data in units of a period. In this case, the operation of the cycle unit may be a unit operation or an operation of assembling one SMD device.

본 발명의 일 양상에 따르는 음향 데이터 전처리 방법은 컴퓨팅 장치에서 실행되는 프로그램 명령어 세트로 구현될 수 있으며, 해당 방법이 실행되는 장치는 PC, 서버 등을 포함하는 컴퓨팅 장치이다. 발명의 양상에 따라서는 오류 검출 장치에서 실행될 수도 있다.The acoustic data preprocessing method according to an aspect of the present invention may be implemented as a program instruction set executed in a computing device, and the device executing the method is a computing device including a PC, a server, and the like. According to an aspect of the invention, it may be implemented in an error detection device.

도 1은 길이가 다른 파형 데이터부터 고정된 길이의 시퀀스 데이터를 생성하는 절차의 개념을 도시하고 있다. 본 발명의 일 양상에 따르는 전처리 방법을 적용하기 위해 주기 단위로 음향 데이터가 분할되어 있어야 한다.1 shows the concept of a procedure for generating sequence data of a fixed length from waveform data of different lengths. In order to apply the pre-processing method according to an aspect of the present invention, sound data must be divided in period units.

윈도우 사이즈 동적 결정 단계는 파형(waveform) 데이터에 대하여 미리 설정된 출력 데이터의 길이와 파형 데이터의 길이에 기초하여 윈도우 사이즈를 동적으로 결정하는 단계이다. 이때, 파형 데이터는 표면 실장 장치 조립 공정에서 수집된 음향 데이터를 단위 작업 별로 단위 작업의 주기에 해당하는 길이로 분할된 데이터이다. 추가적으로, 윈도우 사이즈 동적 결정은 미리 설정된 출력 데이터의 길이와 파형 데이터의 길이 외에 오버랩 비율을 더 고려하여 결정될 수 있다.The window size dynamic determination step is a step of dynamically determining a window size based on a length of output data preset for waveform data and a length of the waveform data. In this case, the waveform data is data obtained by dividing the acoustic data collected in the surface mounting device assembly process into a length corresponding to the cycle of the unit operation for each unit operation. Additionally, the dynamic determination of the window size may be determined in consideration of an overlap ratio in addition to a preset length of output data and a length of waveform data.

도 1에 도시된 예에서는 대상제품의 조립 주기를 주기 단위로 하여 다른 주기로 데이터가 입력될 때의 처리과정이 도시되어 있다. 도 1에 주기가 8초인 조립 공정과 16초인 조립 공정이 예시로 제시되어 있다. 도 1의 예에서는 출력 데이터의 길이 T는 32, 오버랩 비율은 50%로 설정되어 있다. 이때 좌측의 8초 주기의 파형 데이터에 대한 윈도우 사이즈가 길이가 500ms가 되고, 우측 16초 주기의 파형 데이터에 대한 윈도우 사이즈는 길이가 1000ms가 된다.In the example shown in FIG. 1 , a processing process when data is input at different cycles by using the assembling cycle of the target product as a cycle unit is illustrated. 1 shows an assembly process with a cycle of 8 seconds and an assembly process with a cycle of 16 seconds as examples. In the example of Fig. 1, the length T of the output data is set to 32, and the overlap ratio is set to 50%. In this case, the window size for the waveform data of the left 8-second period is 500 ms in length, and the window size of the waveform data of the right 16-second period is 1000 ms in length.

평균 프레임 생성 단계는 파형 데이터에 대하여 결정된 윈도우 사이즈로 윈도윙(windowing)하며 파형 데이터를 시간-주파수 도메인으로 변환하고 시간 축으로 평균하여 프레임들을 생성한다. 윈도윙은 신호처리 등에서 신호의 일부분만을 보여주기 위하여 윈도우 함수를 원래의 신호에 곱해주는 것을 말한다. 이때 적용되는 윈도우 함수는 제한이 없으나 해닝(Hanning) 윈도우 함수를 적용할 수 있다. 시간-주파수 도메인의 변환의 예로 국소 푸리에 변환(Short-Time Furier Transform, STFT)이 사용될 수 있다. 즉, 변환된 프레임은 STFT로 변환된 스펙트로그램(Spectrogram)일 수 있다. 출력 데이터의 길이가 고정되더라도 윈도우 함수가 적용되어 시간-주파수 도메인으로 변환된 프레임은 조립 주기의 길이에 따라 크기가 달라진다. 따라서, 딥 러닝 학습 모델이 이 프레임 데이터를 입력 데이터로 하여 학습하는 것이 어렵다. 변환된 프레임을 시간 축으로 평균하여 프레임의 크기를 일정하게 만든다.The average frame generation step generates frames by windowing the waveform data with a determined window size, converting the waveform data into a time-frequency domain, and averaging on the time axis. Windowing refers to multiplying the original signal by a window function in order to show only a part of the signal in signal processing, etc. There is no limitation on the window function applied at this time, but a Hanning window function may be applied. As an example of the time-frequency domain transformation, a Short-Time Furier Transform (STFT) may be used. That is, the converted frame may be a spectrogram converted by STFT. Even if the length of the output data is fixed, the size of the frame converted to the time-frequency domain by applying the window function varies according to the length of the assembly cycle. Therefore, it is difficult for the deep learning learning model to learn using this frame data as input data. The transformed frames are averaged on the time axis to make the frame size constant.

출력 데이터 생성 단계는 생성된 프레임들을 시간 순으로 결합하여 출력 데이터를 생성하는 단계이다. 출력 데이터의 길이는 설정된 출력 데이터의 크기 T와 동일하다.The output data generating step is a step of generating output data by combining the generated frames in chronological order. The length of the output data is equal to the size T of the set output data.

도 2는 전처리된 시퀀스 데이터를 학습하는 딥 러닝 모델의 예시이다. 도 2에 도시된 딥 러닝 모델은 Bidirectional Long Short Term Memory(BLSTM)에 기반한 RNN 인코더-디코더 모델이다. 입력 벡터 xi는 SMD 조립 공정에서 발생되는 음향 데이터의 일정 구간의 주파수 성분이고, 중간 벡터(latent vector) zi는 인코더의 출력으로 압축된 공간에서 음향 데이터들의 특성을 표현한다. 디코더는 중간 벡터 시퀀스를 입력 데이터로 하여 출력 벡터 yi를 생성하며, yi와 xi의 차이를 최소화하는 방향으로 학습된다. BLSTM은 순방향 LSTM과 역방향 LSTM으로 구성된다. 전처리된 시퀀스 데이터를 학습하는 모델은 다른 딥 러닝 모델일 수 있으며, RNN 인코더-디코더 모델이면서 BLSTM 대신 LSTM을 사용하여 구성될 수도 있다.2 is an example of a deep learning model for learning preprocessed sequence data. The deep learning model shown in FIG. 2 is an RNN encoder-decoder model based on Bidirectional Long Short Term Memory (BLSTM). The input vector xi is a frequency component of a certain section of the acoustic data generated in the SMD assembly process, and the intermediate vector zi expresses the characteristics of the acoustic data in a compressed space as an output of the encoder. The decoder generates an output vector yi using the intermediate vector sequence as input data, and is trained in a direction that minimizes the difference between yi and xi. BLSTM consists of forward LSTM and backward LSTM. The model for learning the preprocessed sequence data may be another deep learning model, and it may also be an RNN encoder-decoder model and constructed using LSTMs instead of BLSTMs.

도 3은 일 양상에 따른 작업 오류 검출 장치를 위한 음향 데이터 전처리 방법의 절차를 도시한 절차도이다. 도 3을 참조하여 설명하면, 음향 데이터 전처리 장치는 먼저 사용자 인터페이스 등을 통해 출력 데이터의 길이와 오버랩 비율을 입력 받아 설정한다(S1000). 이때 오버랩 비율이 고정되어 있는 경우에는 오버랩 비율은 입력 받지 않을 수도 있다. 음향 데이터 전처리 장치는 대상제품들의 조립 주기를 기준으로 SMD 조립 공정에서 발생한 음향 데이터를 분할한다(S1020). 음향 데이터 전처리 장치는 설정된 출력 데이터 길이, 오버랩 비율 및 분할된 파형 데이터의 길이를 기준으로 윈도우 사이즈를 결정하고(S1040), 결정된 윈도우 사이즈를 갖는 윈도우로 파형 데이터를 윈도윙한다(S1060). 이때, 적용되는 윈도우 함수는 해닝 윈도우 함수일 수 있다. 음향 데이터 전처리 장치는 윈도윙된 파형 데이터를 STFT 변환, 즉 시간-주파수 도메인으로 변환한다(S1080). 음향 데이터 전처리 장치는 윈도윙되어 STFT 변환된 데이터를 시간 축으로 평균하여 하나의 프레임으로 생성한다(S1100). 주기에 따라 윈도윙되어 STFT 변환된 데이터의 길이가 달라지나 시간 축으로 평균함으로써 주기와 관계없이 일정한 크기의 프레임 데이터를 생성할 수 있다. 음향 데이터 전처리 장치는 생성된 프레임들을 시간 순서로 구성하여 출력 데이터를 생성한다(S1120). 출력 데이터가 전처리된 데이터로 오류 검출 장치의 입력 데이터로 사용될 수 있다.3 is a flowchart illustrating a procedure of a method for pre-processing sound data for an apparatus for detecting an operation error according to an aspect. Referring to FIG. 3 , the sound data preprocessing apparatus first receives and sets the length and overlap ratio of output data through a user interface or the like ( S1000 ). In this case, when the overlap ratio is fixed, the overlap ratio may not be input. The acoustic data pre-processing apparatus divides the acoustic data generated in the SMD assembly process based on the assembly cycle of the target products (S1020). The sound data preprocessing apparatus determines a window size based on the set output data length, overlap ratio, and the length of the divided waveform data (S1040), and windows the waveform data into a window having the determined window size (S1060). In this case, the applied window function may be a Hanning window function. The sound data preprocessor converts the windowed waveform data into STFT transform, that is, time-frequency domain (S1080). The sound data preprocessor generates one frame by averaging the windowed STFT-converted data on the time axis (S1100). Although the length of the windowed and STFT-converted data varies depending on the period, frame data of a constant size can be generated regardless of the period by averaging on the time axis. The sound data pre-processing apparatus generates output data by configuring the generated frames in a time order ( S1120 ). The output data is pre-processed data and may be used as input data of the error detection device.

이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시 예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형 예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형 예들을 포괄하도록 의도되었다.Although the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited thereto, and it should be construed to encompass various modifications that can be apparent from those skilled in the art. The claims are intended to cover such variations.

Claims (3)

표면 실장 장치(Surface mounted device, SMD) 조립 공정에서 단위 작업들이 순차적으로 반복되어 발생되는 음향 데이터를 분석하여 작업 오류를 검출하는 작업 오류 검출 장치를 위한 음향 데이터 전처리 방법에 있어서,
파형(waveform) 데이터에 대하여 미리 설정된 출력 데이터의 길이와 파형 데이터의 길이에 기초하여 윈도우 사이즈를 동적으로 결정하는 단계;
파형 데이터에 대하여 결정된 윈도우 사이즈로 윈도윙(windowing)하며 파형 데이터를 시간-주파수 도메인으로 변환하고 시간 축으로 평균하여 프레임들을 생성하는 단계; 및
생성된 프레임들을 시간 순으로 결합하여 출력 데이터를 생성하는 단계;
를 포함하되,
파형 데이터는 표면 실장 장치 조립 공정에서 수집된 음향 데이터를 반복되는 작업의 주기에 해당하는 길이로 분할된 데이터인 작업 오류 검출 장치를 위한 음향 데이터 전처리 방법.
In the sound data preprocessing method for a work error detection device that detects work errors by analyzing sound data generated by sequentially repeating unit tasks in a surface mounted device (SMD) assembly process, the method comprising:
dynamically determining a window size based on a length of output data preset with respect to waveform data and a length of the waveform data;
generating frames by windowing the waveform data with a determined window size, converting the waveform data into a time-frequency domain and averaging on the time axis; and
generating output data by combining the generated frames in chronological order;
including,
Waveform data is an acoustic data preprocessing method for a work error detection device, which is data obtained by dividing the acoustic data collected in the surface mounting device assembly process into a length corresponding to the cycle of the repeated operation.
제 1 항에 있어서,
윈도우 사이즈의 동적 결정은 미리 설정된 출력 데이터의 길이 및 오버랩 비율과 파형 데이터의 길이에 기초하여 결정되는 작업 오류 검출 장치를 위한 음향 데이터 전처리 방법.
The method of claim 1,
The dynamic determination of the window size is an acoustic data preprocessing method for a work error detection apparatus that is determined based on a preset length and overlap ratio of output data and a length of waveform data.
제 1 항에 있어서,
윈도윙은 해닝(Hanning) 윈도우 함수를 적용하여 수행되는 작업 오류 검출 장치를 위한 음향 데이터 전처리 방법.
The method of claim 1,
Windowing is an acoustic data preprocessing method for a work error detection device performed by applying a Hanning window function.
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Citations (3)

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KR20060005587A (en) * 2004-07-13 2006-01-18 학교법인 울산공업학원 Fault diagnosis system and method of operating machines using lpc coefficients
KR101996489B1 (en) * 2017-12-28 2019-07-04 한국외국어대학교 연구산학협력단 Working error detecting apparatus for automatic manufacturing line
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