KR20210129942A - 이음 검사 장치 및 그 검사 방법 - Google Patents

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이성욱
김성철
박주현
이병호
조완제
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현대자동차주식회사
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기아 주식회사
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Abstract

이음 검사 장치 및 그 검사 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른, 이음 검사 장치는 복수의 어레이 마이크가 일정 간격을 두고 배치된 어레이 마이크부 및 사전에 상기 어레이 마이크부가 설치된 위치를 기준으로 주변에서 발생된 음향 신호를 수집하여 분석된 이음을 정량화하여 표준화된 기준 데이터를 구축하고 상기 어레이 마이크부를 통해 주변의 음향 신호를 측정하여 상기 기준 데이터를 기반으로 소음 발생여부와 상기 소음이 발생된 음원 위치를 추정하는 제어부를 포함한다.

Description

이음 검사 장치 및 그 검사 방법{ACOUSTIC INSPECTION DEVICE AND INSPECTION METHOD THEREOF}
본 발명은 이음 검사 장치 및 그 검사 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량공장의 생산라인이나 주행 중 차량에서 수신되는 음향신호를 토대로 이음을 검출하고 소음이 발생된 위치를 추정하는 이음 검사 장치 및 그 검사 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량공장의 생산 라인에는 기계류의 다양한 설비가 운용되고 있으며, 각 설비 별 작동에 따른 특유의 소리로 변별력을 가지는 이음(異音)이 발생된다. 이 때, 각 설비의 정상작동 시 발생되는 이음(음향)과 비정상 작동 시 발행되는 소음이 구별되므로 그 판정을 통해 설비의 이상 여부 예측이 가능하다.
또한, 차량은 다양한 기계장치와 구동계 등의 부품을 구동하여 도로를 주행하는 특성상 엔진음, 구동계 진동음 및 풍절음 등의 발생이 불가피하며, 반면에 차량의 정숙성은 고객이 제품을 선택하는데 중요한 요소로 작용되고 있다.
그러므로, 차량공장에서는 완성된 차량의 주행 중 발생되는 음향에서 다양한 사유로 발생되는 소음을 파악하기 위한 차량 주행 검사를 실시하고 있다. 이는 차량이 다양한 부품과 기계 장치가 조립된 제품이기 때문에 조립불량이나 장치의 작동불량 등의 다양한 사유로 소음이 발생되는 것을 최종 검사하는 것이다.
예컨대, 종래의 차량 주행 검사는 작업자가 차량을 운전하면서 양쪽 귀를 통해 이음/소음의 발생여부와 그 위치를 대략적으로 추정하고 있다. 그러나 종래의 검사 방법은 숙련도가 다른 작업자의 감성에 의존하는 비정형적인 기준에 의한 이음/소음 판단으로 휴먼 에러를 유발하여 주행검사 품질의 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 엔진과 같은 기계 장치와 연결된 구동계(예; 구동 샤프트 등)의 각 부위에 다수의 마이크를 설치하여 어느 부위에서 이음/소음이 발생하는지 측정하는 방법이 연구된바 있다.
그러나, 이러한 방법을 위해서는 해당 기계 장치의 다양한 측정 부위에 일일이 마이크를 세팅한 후 음향을 측정하고, 측정이 끝나면 다시 수거해야 하므로 작업공수와 작업시간이 과다하게 발생되는 단점이 있다. 이로 인하여 차량이 지속적으로 생산되는 차량공장에서는 실질적으로 적용이 불가한 문제점이 있다. 또한, 차량마다 매번 마이크를 세팅 시 마이크의 위치 오차가 발생될 수 있으며 이는 음향 측정조건이 매번 달라지는 휴먼에러로 측정신뢰도가 떨어지는 문제점이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 복수의 어레이 마이크를 배치하여 차량공장의 공정라인 설비나 차량의 주행 중 발생된 소리를 수집하여 시각화 및 수치화를 통해 표준화된 기준데이터를 생성하고, 상기 기준데이터를 기반으로 소음의 발생여부와 그 음원 위치를 추정하는 이음 검사 장치 및 그 검사 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이음 검사 장치는 복수의 어레이 마이크가 일정 간격을 두고 배치된 어레이 마이크부; 및 사전에 상기 어레이 마이크부가 설치된 위치를 기준으로 주변에서 발생된 음향 신호를 수집하여 분석된 이음을 정량화하여 표준화된 기준 데이터를 구축하고, 상기 어레이 마이크부를 통해 주변의 음향 신호를 측정하여 상기 기준 데이터를 기반으로 소음 발생여부와 상기 소음이 발생된 음원 위치를 추정하는 제어부를 포함한다.
여기에, 상기 이음 검사 장치는, 상기 어레이 마이크부의 작동 시 각 마이크에서 수신된 음향 신호를 수집하는 음향 수집부; 사전에 상기 설치된 위치나 검사 환경에서 수집되는 잡음 신호를 모델링하여 저장하고 상기 수신된 음향 신호에서 상기 잡음 신호를 필터링하는 필터부; MES(Manufacturing Execution System) 또는 차량 내 무선 OBD와 통신하는 통신부; 이음 검사를 위한 작업자 입력메뉴(UI)를 제공하는 디스플레이부; 상기 기준 데이터 및 상기 이음 검사에 따른 결과 데이터를 저장하는 메모리; 및 상기 각부가 장착되거나 내장되는 본체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 통신부는 상기 무선 OBD와의 연결을 통해 차종 및 옵션정보를 취득하여 이에 매칭된 기준 데이터를 설정하고, 이음 검사가 완료되면 해당 차량 ID와 검사 결과 데이터를 매칭하여 상기 MES으로 전송할 수 있다.
또한, 상기 음향 수집부는 상기 복수의 어레이 마이크에 배치된 각 마이크와 연결된 신호라인으로부터 수신된 음향 신호를 마이크 ID 별로 분류할 수 있다.
또한, 상기 어레이 마이크부는 각각 육각형으로 6개의 마이크가 배치된 제1 어레이 마이크 및 제2 어레이 마이크가 본체의 평면에 일직선으로 설치된 형태로 모듈화될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제1 어레이 마이크 및 제2 어레이 마이크에서 수신된 음향 신호를 토대로 이음을 파악하고, 상기 일직선을 기준으로 반평면 상에 존재하는 음원 위치를 추정할 수 있다.
또한, 상기 본체는 수평한 상면 양측에 일정 간격으로 배치되어 각각 상기 제1 어레이 마이크 및 제2 어레이 마이크가 결합되는 복수의 마운트; 및 하면에 상기 차량에 탈부착 가능하게 결합되는 거치부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 거치부는 운전석과 보조석의 햇빛 가리개 사이에 각각 삽입되는 양측 날개 또는 차량의 앞 유리에 부착되는 흡착판으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 사전에 공장라인 또는 차량의 설치 환경에 따라 발생되는 음향 신호를 분석하여 정상적으로 발생되는 이음과 그 음원 위치를 정량화하여 복수의 음장 영역으로 구분된 3D 음향 맵(MAP)을 생성할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 음장 영역별로 존재하는 음원에서 발생되는 정상음 패턴과 음원 위치를 수치화하여 표준화된 상기 기준 데이터를 생성할 수 있다.
또한, 상기 기준 데이터는 이음 검사가 실시되는 공정라인 별, 다차종 및 다옵션 차량 별로 구축될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 실시간으로 수신되는 음향 신호를 분석하여 상기 기준 데이터에 정의되지 않은 불특정 이음이 검출되면 소음 이벤트를 발생하거나, 상기 정의된 이음이라도 일정 소음 기준 레벨을 초과하면 소음 이벤트를 발생할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 음압 세기 차이(Interaural level difference, ILD) 방식 및 도달 시간 차이(Time difference of Arrival, TDoA) 방식을 결합한 음원 추정 알고리즘 결과의 신뢰도에 따른 가중치를 선정하여 마이크 페어별로 측정된 결과값의 최소거리(minimum distance)를 기반으로 상기 소음 이벤트가 발생된 음원 위치를 추정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 복수의 어레이 마이크가 일정 간격을 두고 배치된 이음 검사 장치가 차량의 주행 상태를 검사하는 방법은, a) 사전에 다차종 및 다옵션 차량별 음향 신호를 수집하여 이음을 분석하고 시각화와 수치화를 통해 정량화하여 표준화된 기준 데이터를 구축하는 단계; b) 일정 간격으로 배치된 제1 어레이 마이크 및 제2 어레이 마이크를 통해 차량의 주행 중 음향 신호를 수집하는 단계; c) 상기 제1 어레이 마이크 및 제2 어레이 마이크에 구성된 모든 마이크 페어 별로 수신된 각 음향 신호를 분석하여 음장 영역별로 상기 음향 신호의 이음 패턴을 파악하는 단계; 및 d) 상기 기준 데이터에 정의되지 않은 불특정 이음 패턴이 검출되면 소음 이벤트를 발생하고 소음이 발생된 음원 위치를 추정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 a) 단계와 b) 단계 사이에, 상기 이음 검사 장치가 차량에 장착되면 해당 차량의 무선 OBD와 연결을 통해 획득된 차량 ID에 대응되는 상기 기준 데이터를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 b) 단계는, 상기 제1 어레이 마이크 및 제2 어레이 마이크에 각각 설치된 마이크 ID별로 수신된 음향 신호를 분류하고, 상기 음향 신호에서 상기 기준 데이터에 모델링된 잡음 신호를 필터링 하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계는, 상기 음향 신호의 이음 패턴이 정의된 이음으로 판단된 상태에서 상기 음향 신호의 파워가 일정 소음 기준 레벨을 초과하면 상기 소음 이벤트를 발생할 수 있다.
또한, 상기 음원 위치를 추정하는 단계는, d-1) 상기 제1 어레이 마이크 및 제2 어레이 마이크에 수신된 음향 신호의 상관관계(Correlation) 특성을 통해 해당 음장 영역을 선택하는 단계; d-2) 상기 선택된 음장 영역에서 수신된 음향 신호를 통해 각 마이크 페어별 음압 세기 차이(ILD) 및 도달 시간 차이(TDoA) 알고리즘에 따른 하나 이상의 추정 지점과 그 거리가 포함된 결과값을 획득하는 단계; d-3) 상기 선택된 음장 영역에 해당되는 상기 ILD 및 TDoA를 결합한 음원 추정 알고리즘 결과의 신뢰도에 따른 가중치를 상기 각 마이크 페어별 결과값에 적용하는 단계; 및 d-4) 상기 각 마이크 페어별로 가중치가 적용된 결과값 중 최소 거리를 가지는 추정 지점을 소음 음원 위치로 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 음원 추정 알고리즘은 마이크i 에서 들어온 신호를 si(t)라고 하고
Figure pat00001
를 마이크i의 위치라고 할 때 다음의 수학식 1,
Figure pat00002
(여기서,
Figure pat00003
는 비용 함수(Cost function),
Figure pat00004
,
Figure pat00005
는 마이크m과 마이크n 사이의 도달 시간 차이, v는 현재 환경에서 소리의 속도,
Figure pat00006
는 음압 세기 차이 기반 가중치,
Figure pat00007
는 도달 시간 차이 기반 가중치를 각각 의미함)을 이용하여 상기 마이크 페어별 추정 지점을 산출할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계 이후에, 추정된 상기 소음 음원 위치를 디스플레이부에 표시하는 단계; 및 상기 소음 이벤트 및 소음 음원 위치를 차량 ID와 매칭하여 메모리에 저장하고 MES(Manufacturing Execution System)로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 어레이 마이크가 모듈화 배치된 이음 검사 장치를 통해 차량의 설치 환경에 적합한 기준 데이터를 생성하고 이를 기반으로 수신된 음향 신호의 정상음 여부를 판단함으로써 종래 차량의 주행 검사 시 작업자에 의존된 휴먼 에러를 예방하고 측정신뢰도를 향상시킬 수 있다.
또한, 이음 검사 장치의 설치 환경에 따른 마이크 페어별 적절한 가중치를 선정하여 음원 위치를 추정함으로써 잔향 및 잡음이 존재하는 환경에서의 음원 위치 추정 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 음압 세기 차이(ILD) 기반 기법과 도달 시간 차이(TDoA) 기반 기법을 결합한 음원 위치 추정 알고리즘을 통해 모든 마이크 페어별 음원 위치를 구하고 최소거리(minimum distance)를 기반으로 음원의 위치를 추정함으로써 음원 위치 추정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이음 검사 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 주행 검사를 위해 이음 검사 장치가 설치된 상태를 타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공정라인에 이음 검사 장치가 설치된 상태를 타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3D 음향 맵의 예시를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 음압 세기 차이(ILD) 기반 음원 위치 추정 실험과 그 결과를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 도달 시간 차이(TDoA) 기반 음원 위치 추정 실험과 그 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 조향 응답 파워(SRP) 기반 음원 위치 추정 실험과 그 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 음원 추정 알고리즘의 신뢰도 향상을 위해 가중치를 설정하는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 실험을 통한 음원 위치 추정 결과를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 음원 추정 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 이음 검사 장치를 이용한 차량 주행 검사방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결된다'거나 '접속된다'고 언급되는 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결된다'거나 '직접 접속된다'고 언급되는 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 아니하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 이음 검사 장치 및 그 검사 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이음 검사 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 주행 검사를 위해 이음 검사 장치가 설치된 상태를 타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공정라인에 이음 검사 장치가 설치된 상태를 타낸 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이음 검사 장치(100)는 어레이 마이크부(110), 음향 수집부(120), 필터부(130), 통신부(140), 디스플레이부(150), 메모리(160) 및 제어부(170)를 포함한다. 상기 각부는 본체(180)에 장착되거나 내장되어 작업자가 휴대할 수 있는 이음 검사 단말기 혹은 키트 형태로 제작될 수 있다.
이음 검사 장치(100)는 도 2의 실시 예와 같이 차량공장에서 조립이 완성된 차량에 임시로 배치하여 차량의 주행에 따른 이음/소음을 검출하거나, 도 3의 실시 예와 같이 공정라인에 배치되어 설비에서 발생되는 이음/소음을 검출할 수 있다.
이 때, 이음 검사 장치(100)는 설치된 환경(위치)의 주변에서 발생된 음향 신호를 수집하여 이음을 분석하고, 이를 통해 정량화된 데이터를 시각화 및 수치화를 통해 표준화된 기준데이터를 생성한다. 그리고, 이음 검사 장치(100)는 상기 기준 데이터를 기반으로 주변의 소음 발생여부와 그 음원의 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다.
이하 명세서 전체에서, 이음 검사 장치(100)의 설치된 환경(위치)에 따른 차량 내부나 공정라인 등에서 작동되는 특정 부품이나 기계류 장치 등의 음원(Sound source) 혹은 그 음원이 위치한 영역에서 발생되는 표준화된 이음을 '정상음'이라 명명한다. 또한, 상기 표준화로 정의된 기준 데이터를 기반으로 정의되지 않은 이음(음향)이나 정의된 이음이라도 일정 소음 기준 레벨을 초과하면 '소음'이라 명명한다.
상기 기준 데이터는 이음 검사가 실시되는 공정라인 별, 다차종 및 다옵션 차량 별로 표준화된 데이터를 구축하여 적용될 수 있다.
어레이 마이크부(110)는 제1 어레이 마이크(111) 및 제2 어레이 마이크(112)를 포함한다.
제1 어레이 마이크(111) 및 제2 어레이 마이크(112)는 각각 정육각형 기판의 각 꼭지점에 육각형으로 6개의 마이크(M1~M6)가 배치되고, 두 개의 어레이 마이크가 평면에 일직선으로 설치된 형태로 모듈화된다. 이때, 어레이 마이크의 마이크 간 거리는 5cm이고, DoA(Direction of Arrival), BF(Beam-Forming), AEC (Acoustic Echo Cancellation) 기능이 적용될 수 있다.
제1 어레이 마이크(111) 및 제2 어레이 마이크(112)는 평행한 본체(180)의 상면에 형성된 마운트(181)에 의해 일직선의 간격을 두고 고정 장착되며, 장착된 위치에서 반평면 상에 존재하는 음원 위치를 추정한다. 이하, 상기 음원 위치의 추정은 음원 위치와 그 장치/설비의 종류를 추적하는 것과 동일한 의미를 갖는다.
이음 검사 장치(100)가 설치된 환경에서 이음 발생을 검출하고 나아가 이음이 발생되는 음원 위치를 추정하기 위해서는 동일한 위치와 환경 조건에서 정량적인 음향 신호를 측정하여 표준화된 기준 데이터를 생성하고, 이와 동일한 환경 조건에서 이음 검사를 수행하는 것이 매우 중요하다.
본체(180)는 수평한 상면 양측에 일정간격으로 배치되어 각각 어레이 마이크가 결합되는 복수의 마운트(181), 하부에 탈부착 가능하게 결합되는 거치부(182)를 포함한다. 여기서, 거치부(182)는 다차종에 대응하여 이음 검사 장치(100)가 항시 동일한 위치의 환경조건에 설치될 수 있도록 하기 위하여 마련된다.
예컨대, 도 2를 살펴보면, 거치부(182)는 이음측정방향을 고려하여 운전석과 보조석의 햇빛 가리개 사이에 삽입되는 양측 날개(182a, 182b)로 구비될 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고 거치부(182)는 차량의 앞 유리의 지정된 위치에 부착될 수 있도록 흡착판(미도시)으로 구비될 수 있다. 따라서, 항상 동일한 환경 조건의 이음 검사 위치에 설치되어 작업자의 설치 편의성 향상과 이음의 측정 오차를 예방할 수 있다.
제1 어레이 마이크(111) 및 제2 어레이 마이크(112)는 각 마이크(M1~M6)가 배치된 위치에 따라 ID가 부여되고, 각 마이크(M1~M6)의 신호라인은 음향 수집부(120)와 연결된다. 이 때, 상기 마이크(M1~M6)는 음향신호를 전기적 신호로 변환하는 고감도 마이크로폰(Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS)으로 구성될 수 있다.
음향 수집부(120)는 어레이 마이크부(110)의 작동 시 각 마이크에서 수신된 음향 신호를 수집한다.
음향 수집부(120)는 제1 어레이 마이크(111) 및 제2 어레이 마이크(112)의 각 마이크(M1~M6)와 연결된 신호라인으로부터 수신된 음향 신호를 마이크 ID 별로 분류할 수 있다.
필터부(130)는 사전에 이음 검사 장치(100)가 설치된 위치나 검사 환경에서 수집될 수 있는 잡음 신호를 모델링하여 저장하고, 상기 수신된 음향 신호에서 잡음 신호를 필터링 한다. 가령 공정라인이나 차량 주행 검사 시 발생되는 잔향이나 작업자의 목소리 혹은 기침소리와 같은 주변 잡음이 언제든지 발생될 수 있으므로 잡음 모델로 저장하여 필터링 할 수 있다. 따라서, 주변 잡음으로 인해 불필요한 이음이 검출 이벤트를 예방할 수 있다.
통신부(140)는 도 3에서와 같이 무선통신수단을 통해 이음 검사 장치(100)의 운용을 관리하는 MES(Manufacturing Execution System)와 통신을 연결하여 설치된 환경 조건에서의 이음 검사를 위한 데이터를 송수신한다. 여기서, MES는 이음 검사 장치(100)의 운용상태 및 단말 ID별 배치를 관리하고, 각 이음 검사 장치(100)가 적용되는 공정라인 또는 다차종 및 다옵션 차량 별 이음 검사를 위한 기준 데이터를 전송한다. 또한, MES는 설치 환경에 설비(장치)가 추가되거나 교체 시 변경되는 경우 해당 이음 검사 장치(100)의 기준 데이터를 업데이트 할 수 있다.
통신부(140)는 공정라인에 배치된 무선 안테나를 통해 MES와 통신하거나, 주행 검사의 경우 차량 내 탑재된 무선 OBD와의 연결을 통해 MES와 통신할 수 있다. 이 때, 통신부(140)는 상기 무선 OBD와의 연결을 통해 차종 및 옵션(사양)정보를 취득하여 이에 매칭된 기준 데이터를 설정할 수 있다.
또한, 통신부(140)는 무선 OBD를 통해 수신된 차량의 시동 온/오프(ON/OFF) 신호를 제어부(170)로 전달하여 차량의 이음 검사 시작 및 종료를 자동으로 입력할 수 있다.
또한, 통신부(140)는 이음 검사가 완료되면 해당 차량 ID와 검사 결과 데이터를 매칭하여 MES으로 전송할 수 있다.
디스플레이부(150)는 터치스크린으로 구성되어 이음 검사를 위한 작업자 입력메뉴(UI)를 제공한다. 또한, 이음 검사 장치(100)의 작동에 따라 생성되는 정보와 검사 결과를 작업자가 확인할 수 있도록 시각적으로 표시할 수 있다.
메모리(160)는 이음 검사 장치(100)의 운용을 위한 각종 프로그램 및 데이터를 저장하고, 그 운용에 따라 생성되는 데이터를 저장한다.
예컨대, 메모리(160)는 공정라인 또는 다차종 다옵션 차량 별 이음 검사를 위한 기준 데이터를 저장하고, 그 이음 검사에 따른 결과 데이터를 저장할 수 있다.
제어부(170)는 본 발명의 실시 예에 따른 이음 검사 장치(100)의 운용을 위한 적어도 하나의 프로세서를 포함하며, 그 이음 검사를 위한 상기 각부의 동작을 제어한다.
제어부(170)는 평면에 일직선으로 설치된 제1 어레이 마이크(111) 및 제2 어레이 마이크(112)에서 수신된 음향 신호를 토대로 이음을 파악하고, 상기 일직선을 기준으로 반평면 상에 존재하는 음원 위치를 추정한다.
특히, 제어부(170)는 음압 세기 차이(Interaural level difference, ILD) 방식 및 도달 시간 차이(Time difference of Arrival, TDoA) 방식을 결합한 음원 추정 알고리즘 결과의 신뢰도에 따른 가중치(weight)를 선정하여 모든 마이크 페어별로 측정된 결과값의 최소거리(minimum distance)를 기반으로 음원 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다.
이하, 이러한 제어부(170)의 음원 추정 알고리즘에 대해 구체적으로 설명한다.
제어부(170)는 이음 검사가 개시되어 시간에 따라 주변에서 발생된 음향 신호를 수집하여 제1 어레이 마이크(111) 및 제2 어레이 마이크(112)의 마이크 ID 별로 수신된 음향 신호를 분석한다.
제어부(170)는 분석된 음향 신호의 주파수, 음압 세기 차이(ILD), 도달 시간 차이(TDoA) 및 조향 응답 파워(Steered Response Power, SRP) 중 적어도 하나를 활용하여 이음을 판별하고 그 이음의 음원 위치를 추정한다.
이 때, 제어부(170)는 음원 위치 추정을 위해 미리 공장라인 또는 차량 내부의 설치 환경에 따라 발생되는 음향을 분석하여 정상적으로 발생되는 이음과 그 음원 위치를 파악할 수 있다. 그리고, 상기 이음과 음원 위치를 정량화하여 복수의 음장 영역으로 구분된 3D 음향 맵(MAP)을 생성할 수 있다.
예컨대, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3D 음향 맵의 예시를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이음 검사 장치(100)가 설치된 환경의 주변에서 발생된 음향 신호를 수집하고 이음을 분석하여 정량화된 데이터를 3D 음향 맵(MAP)으로 시각화한 상태를 보여준다.
상기 3D 음향 맵(MAP)은 이음 검사 장치(100)가 설치된 환경의 주변에서 검출되는 이음의 음원 위치를 추정하고 이를 그룹화한 하나이상의 음장 영역(A1~A6)를 포함한다. 가령, 상기 음장 영역은 차량의 경우 엔진류, 변속기류, 배기류, 공조기류, 휠 류 등의 음원으로부터 발생되는 다양한 패턴의 이음 그룹핑하여 구분한 것이다. 상기 음장 영역에는 각 류에 속하는 하나 이상의 기계 부품 및 장치에서 정상적으로 발생되는 다양한 패턴의 이음이 존재할 수 있다.
제어부(170)는 상기 음장 영역별로 존재하는 음원 정보를 참조한 실험을 통해 실측된 상기 음원에서 발생되는 정상음 패턴과 음원 위치를 수치화하여 표준화된 기준 데이터를 생성한다.
제어부(170)는 상기 기준 데이터를 메모리(160)에 저장하고, 실시간으로 수신되는 음향 신호를 분석하여 상기 표준화로 정의된 기준 데이터를 기반으로 정의되지 않은 불특정 이음이 검출되면 소음 이벤트를 발생한다. 이에 한정되지 않고 제어부(170)는 수신된 음향 신호가 상기 정의된 이음이라도 일정 소음 기준 레벨을 초과하면 소음 이벤트를 발생할 수 있다.
제어부(170)는 상기 소음 이벤트가 발생되면 상기 불특정 이음(즉 소음)이 발생되는 음원 위치를 추정하여 디스플레이부(150)를 통해 표시한다. 또한, 그 이음 검사 결과를 공정라인 ID나 차량 ID에 매칭하여 메모리(160)에 저장하고 통신부(140)를 통해 MES로 전송할 수 있다.
이러한 이음 검사 장치(100)는 잡음이나 잔향이 많은 환경에서 사용되는 특성상 이음 검사 성능 및 신뢰성 확보를 위해서는 소음 이벤트의 검출뿐만 아니라 그 소음 발생 원인인 음원 위치를 추정하는 하는 것이 매우 중요하다.
그러므로, 본 발명의 실시 예에 따른 잔향에 강인하게 개선된 음원 위치 추정의 원리에 대하여 좀더 구체적으로 설명하도록 한다.
음향이 발생되는 음원 위치를 추정하는 방법에는 음압 세기 차이(ILD), 도달 시간 차이(TDoA) 및 조향 응답 파워(Steered Response Power, SRP)가 활용될 수 있다.
예컨대, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 음압 세기 차이(ILD) 기반 음원 위치 추정 실험과 그 결과를 나타낸다.
도 5를 참조하면, ILD는 사람의 양쪽 위에 들어오는 음향의 에너지 레벨 차이를 위치 추정기법에 적용하기 위하여 음원으로부터 두 개의 마이크에 들어오는 음향 신호를 측정한 결과를 보여준다.
이는 무선 통신의 수신 신호 세기(Received Signal Strength, RSS)를 활용한 위치 추정 기법과 유사하며 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00008
(여기서, Ei는 에너지, s(t)는 신호, n(t)는 잡음, d는 거리를 각각 의미한다.)
위 수학식1의 마지막 항을 무시하면,
Figure pat00009
로써 각 마이크와 음원의 거리를 획득할 수 있고 삼각측량에 의한 음원 위치를 추정할 수 있다.
그러나, ILD 방식에 있어서 마이크는 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)변화에 취약하여 음향 잔향 환경에서 낮은 정확도를 보이는 단점이 있다. 또한, 녹음하는 샘플링 레이트의 영향이 크고 예상치 못한 상황에서 임의로 발생하는 음향에 대한 정확도가 떨어지는 단점이 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 도달 시간 차이(TDoA) 기반 음원 위치 추정 실험과 그 결과를 나타낸다.
도 6을 참조하면, TDoA 방식은 목표 음원과 배치된 두 개의 마이크간 거리로 인한 도달 시간 차이를 구하여 음원 위치를 추정하는 방식을 보여준다.
상기 도달 시간 차이는 각 마이크로 수신되는 두 개의 음향신호 사이의 상호 상관(Cross Correlation)을 이용하여 구할 수 있다.
가령, 아래의 수학식 2를 통해 잔향이 낮은 환경에서 두 개 마이크로부터 취득한 음향 신호의 상호 상관을 구하여 피크가 뜨는 지점을 도출하면 도달 시간 차이를 검출할 수 있다.
Figure pat00010
(여기서, d1, d2는 각 마이크와 음원까지의 거리, i는 상관 피크 인텍스, fs는 샘플링 주파수, v는 소리의 속도를 각각 의미한다.)
위 수학식 2의 조건을 만족하는 결과를 그래프로 그리면 직선 혹은 쌍곡선의 한쪽이 나오며 이를 통해 도달 시간 차이 기반 음원 위치를 추정할 수 있다.
그러나, TDoA 방식은 잔향과 잡음이 많은 환경에서 정확한 도달 시간 차이의 계산이 어려운 단점이 있고, 마이크 녹음 시 높은 샘플링 레이트가 요구된다. 또한, 온도, 습도, 풍향 등에 따라 음향의 속도가 달라지므로 음파의 정확한 속도 계산이 쉽지 않다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 조향 응답 파워(SRP) 기반 음원 위치 추정 실험과 그 결과를 나타낸다.
도 7을 참조하면, SRP 방식은 목표 음원과 배치된 두 개의 마이크간 거리로 인한 도달 음향 파워 차이를 반영한 변수를 고려하여 음원 위치를 추정하는 방식을 보여준다.
SRP 를 활용한 음원 위치추정 기법은 음향 신호를 주파수 영역으로 변환 시 적절한 가중치(Weight) 설정을 통해 음향 잔향 및 잡음의 영향을 낮출 수 있으며, 수식적으로 표현하면 아래의 수학식 3, 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00011
(여기서, P(x)는 조향 응답 파워, wi는 i번째 마이크의 가중치, τ(x,i)는 위치 위치 x와 i번째 마이크 사이의 시간 지연 mi(t)는 i번째 마이크의 측정 신호, M은 마이크의 개수, T는 시간 윈도우를 각각 의미한다.)
Figure pat00012
(여기서, P'(x)는 주파수 영역에서 조향 응답 파워, W*(ω)는 주파수 영역에서 가중치, Mk(ω)는 주파수 영역에서 k번째 마이크의 측정 신호를 각각 의미한다.)
이러한 SRP 방식은 광대역 신호에 대한 음원 위치 추정 성능이 떨어지며, 잔향이 많은 환경에서 성능이 저하되는 단점이 있다.
이상의 설명에서 ILD, TDoA 및 SRP 방식은 잔향 및 잡음 환경에서의 성능이 떨어지므로 공정라인이나 차량 검사에 그대로 적용하기엔 검사 신뢰도가 떨어진다.
이에, 본 발명의 실시 예에서는 이음 검사 장치(100)의 설치 환경을 고려한 음원 추정 알고리즘 및 어레이 마이크부(110)의 마이크 페어의 신뢰도에 따른 가중치를 설정하여 개선된 이음 검사 방법을 제공한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 음원 추정 알고리즘의 신뢰도 향상을 위해 가중치를 설정하는 개념도이다.
도 8을 참조하면, 이음 검사 장치(100)의 제어부(170)는 설치된 환경에서 실험을 통한 음향 신호의 분석으로 정량화된 데이터베이스와 어레이 마이크부(110)에서 수신된 음향 신호의 특징을 이용하여 모든 마이크 페어의 신뢰도에 따른 가중치를 설정한다. 예컨대, 상기 신뢰도에 따른 가중치는 상관 관계의 피크 값, 상관 관계의 피크의 인덱스, 수신된 음향 신호의 파워, 마이크와 음원의 LOS(Line Of Sight) 중 적어도 하나의 음향 신호의 특징에 따라 설정될 수 있다.
제어부(170)는 상기 음향 신호의 특징에 따라 각각 6개의 마이크가 배치된 제1 어레이 마이크(111) 및 제2 어레이 마이크(112)에 적용 가능한 마이크 페어에 대한 가중치를 각각 설정한다. 다시 말하면, 제1 어레이 마이크(111)와 제2 어레이 마이크(112)에 각각 배치된 마이크 개수에 따른 모든 경우의 수 마이크 페어에 대한 가중치를 설정하는 것이다.
예를 들면, 음향 신호가 수신되는 마이크간 시간 동기화가 요구되는 도달 시간 차이(TDoA) 기반 알고리즘의 경우 어레이 마이크 에서 2개의 마이크를 선택해야 하므로 2ㅧC(6,2)=30개의 적용 가능한 마이크 페어가 존재한다. 또한, 시간 동기화가 요구되지 않는 음압 세기 차이(ILD) 기반 알고리즘의 경우에는 C(12,2)=66가지의 마이크 페어가 존재하므로 총30+66=96개의 가중치가 설정될 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 마이크 페어 별 가중치와 그 설정 이유에 대하여 설명한다.
어레이 마이크부(110)는 마이크 마다 서로 다른 다중 경로를 통해 음향 신호가 들어오므로 가장 잔향에 의한 영향을 덜 받는 마이크 페어를 이용하여 알고리즘을 수행하여 가장 정확한 음원 위치를 추정할 수 있다. 상기 가중치 설정의 경우 미리 해당 설치 위치를 특정한 후 측정 실험을 통해 음원의 위치 기반 음장 영역 별로 어떤 마이크 페어가 가장 정확한 음원 위치를 추정 하는지 결과를 보고 설정할 수 있다.
상기 가중치를 선정하는 이유는 어레이 마이크부(110)를 활용한 음원 위치 추정 실험결과를 봤을 때, 각 마이크 페어 별로 알고리즘의 결과가 충돌하는 경우가 많기 때문이다. 또 다른 이유는 각 알고리즘의 결과 별로 오차의 범위가 다르기 때문에 알고리즘의 결과를 일방적으로 정규화(normalize)하여 사용할 수 없기 때문이다. 그러므로, 제어부(170)는 ILD 및 TDoA를 결합한 음원 추정 알고리즘 결과의 신뢰도에 따른 가중치(weight)를 선정하여 최소거리(minimum distance)를 기반으로 음원 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다.
그러므로, 제어부(170)는 각 마이크 페어 별로 서로 다른 오차의 범위를 반영한 가중치를 설정하여 최소거리(minimum distance)를 기반으로 가장 확률적으로 높은 음원 위치를 추정할 수 있다. 상기 가중치는 설치된 환경에 구분된 음장 영역별로 설정되거나 상기 음장 영역에 위치하는 특정 음원 별로 가능한 모든 마이크 페어에 설정될 수 있다.
이처럼, 이음 검사 장치(100)의 설치 환경을 고려한 음원 추정 알고리즘은 마이크 페어 별 가중치를 설정에 따라 종래 음원 추정 방식들에 비해 실제 환경 속에서 더 정확한 음원 위치를 추정할 수 있다. 특히, 공정라인이나 차량의 주행검사와 같이 동일한 환경 조건에서 반복적인 음원 위치를 추정해야 하는 경우 더 효과적이다.
이러한, 본 발명의 실시 예에 따른 음원 추정 알고리즘은 마이크i 에서 들어온 신호를 si(t)라고 하고
Figure pat00013
를 마이크i의 위치라고 가정할 때 다음의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다
Figure pat00014
(여기서,
Figure pat00015
는 비용 함수(Cost function),
Figure pat00016
,
Figure pat00017
는 마이크m과 마이크n 사이의 도달 시간 차이, v는 현재 환경에서 소리의 속도,
Figure pat00018
는 음압 세기 차이 기반 가중치,
Figure pat00019
는 도달 시간 차이 기반 가중치를 각각 의미한다.)
상기 수학식 5에 있어서, 첫 번째 수식은 마이크 i,j에 대한 음압 세기 차이(ILD) 기반 알고리즘 결과에 가중치를 곱해준 것이다.
이 때, 상기
Figure pat00020
는 거리 차에 따른 파워의 비율과 마이크 취득 음향 신호의 에너지 비율의 차이로써 참값에 가까울수록 값이 작아진다.
또한,
Figure pat00021
는 지점
Figure pat00022
에 있어서 각 마이크 사이의 유클리드 거리 차와 도달 시간 차이(TDoA)를 거리로 변환한 값의 차이로써, 상기 지점
Figure pat00023
와 실제 음원 위치가 일치할수록 값이 더 작아진다.
상기 수학식 5에 있어서, 두 번째 수식은 마이크 m,n에 대한 도달 시간 차이(TDoA) 알고리즘의 결과에 가중치를 곱해준 것이다.
이 때, 두 번째 수식에서 TDoA 알고리즘을 적용하기 위해서는 마이크 간의 시간 동기화가 요구되기 때문에 마이크m과 마이크n이 동기화 되어 있지 않을 경우
Figure pat00024
값이 0으로 설정될 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 실험을 통한 음원 위치 추정 결과를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 5개의 각 그래프에는 x축과 y축의 위치 좌표계를 설정하고, 제1 어레이 마이크(111) 및 제2 어레이 마이크(112)를 포함하는 어레이 마이크부(110)가 설치된 원점(0,0)의 x축을 기준으로 음원(예; 스피커)의 위치를 반시계방향(30ㅀ, 60ㅀ,90ㅀ,120ㅀ, 150ㅀ)으로 바꿔가면서 음원 위치를 추정한 결과를 보여준다.
제어부(170)는 하나의 마이크 페어에 대한 각도 별 음원 위치와 추정 지점의 거리 오차를 결과표에 나타낸 것과 같이 m 단위로 측정할 수 있다. 이처럼 제어부(171)는 음장 영역 별로 존재하는 음원 위치를 추정하고, 상기 음장 영역별 음원 추정 결과의 정확도가 높은 순서에 따라 마이크 페어 별 가중치를 높게 설정할 수 있다.
이러한 제어부(170)는 음원 추정 알고리즘에 따라 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 아래 도 10의 음원 추정 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍 된 것일 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 음원 추정 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 제어부(170)는 제1 어레이 마이크(111) 및 제2 어레이 마이크(112)에 수신된 음향 신호의 상관관계(Correlation) 특성을 통해 해당 음장 영역을 선택한다(S1). 예컨대, 제어부(170)는 도 4와같이 미리 6개의 음장 영역이 설정된 경우 좌우에 배치된 어레이 중 어느 마이크로 먼저 음향 신호가 들어오는지 파악하고 마이크 페어를 기준으로 음원 이 존재하는 음장 영역을 선택할 수 있다.
제어부(170)는 상기 선택된 음장 영역에서 수신된 음향 신호를 통해 각 마이크 페어별 ILD 및 TDoA 알고리즘에 따른 하나 이상의 추정 지점과 그 거리가 포함된 결과값을 획득한다(S2). 이 때, 제어부(170)는 상기 선택된 음장 영역에 해당되는 모든 추정 지점과 거리를 결과값으로 획득할 수 있다.
제어부(170)는 음원 추정 알고리즘에 따라 상기 선택된 음장 영역에 해당되는 가중치를 상기 각 마이크 페어 별로 획득된 결과값에 적용한다(S3).
제어부(170)는 상기 가중치가 적용된 결과값이 최소 거리를 가지는 추정 지점을 최종 음원 위치로 추정한다(S4).
한편, 전술한 이음 검사 장치(100)의 구성을 바탕으로 본 발명의 실시 예에 따른 이음 검사 방법을 아래의 도 11을 통해 설명한다. 다만, 도 11의 설명에 있어서 이음 검사 장치(100)를 주체로 하고 이해를 돕기 위해 차량의 주행 검사 시나리오를 가정하여 설명하도록 한다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 이음 검사 장치를 이용한 차량 주행 검사방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 이음 검사 장치(100)는 차량의 주행 검사를 위해 사전에 다차종 및 다옵션 차량 별로 주변에서 발생된 음향 신호를 수집하여 이음을 분석하고 이를 시각화 및 수치화를 통해 정량화하여 표준화된 기준 데이터를 구축한다(S101).
이음 검사 장치(100)는 차량의 주행 검사 시 작업자에 의해 차량에 장착되면, 해당 차량 ID에 대응하는 기준 데이터를 설정한다(S102). 이 때, 이음 검사 장치(100)는 설치된 차량의 무선 OBD와의 연결을 통해 획득된 차량 ID에 기초한 차종 및 옵션(사양)정보에 매칭된 기준 데이터를 메모리(160)에서 읽어 들여 로딩할 수 있다.
이음 검사 장치(100)는 일정 간격으로 배치된 제1 어레이 마이크(111) 및 제2 어레이 마이크(112)를 통해 차량의 주행 중 음향 신호를 수집한다(S103).
이음 검사 장치(100)는 제1 어레이 마이크(111) 및 제2 어레이 마이크(112)에 설치된 마이크 ID별로 수신된 음향 신호를 분류하고, 상기 음향 신호에서 상기 기준 데이터에 모델링된 잡음 신호를 필터링 한다(S104).
이음 검사 장치(100)는 제1 어레이 마이크(111) 및 제2 어레이 마이크(112)에 구성된 모든 마이크 페어 별로 수신된 각 음향 신호를 분석하여 발생된 음장 영역을 파악하고(S105), 상기 음장 영역별로 발생된 상기 음향 신호의 이음 패턴을 파악한다(S106).
이음 검사 장치(100)는 상기 음향 신호의 이음 패턴과 해당 차량에 설정된 상기 기준 데이터의 일치하고(S107; 예), 상기 음향 신호의 파워가 일정 소음 기준 레벨을 초과하지 않으면(S108; 예), 정상음으로 판단하고 판단 결과를 디스플레이부(150)에 표시한다(S109). 이 때, 이음 검사 장치(100)는 상기 정상음 판단 결과를 차량 ID와 매칭하여 메모리(160)에 저장 및 MES로 전송한 후 주행 검사를 종료할 수 있다.
반면, 이음 검사 장치(100)는 상기 음향 신호의 이음 패턴이 상기 기준 데이터와 일치하지 않으면(S107; 아니요), 상기 기준 데이터에 정의되지 않은 불특정 이음으로 판단하고 소음 이벤트를 발생할 수 있다(S110).
또한, 이음 검사 장치(100)는 상기 음향 신호의 이음 패턴이 정의된 이음으로 판단되더라도(S107; 예), 상기 음향 신호의 파워가 일정 소음 기준 레벨을 초과하면(S108; 아니오), 소음 이벤트를 발생할 수 있다(S110).
이음 검사 장치(100)는 상기 소음 이벤트가 발생되면 음원 추정 알고리즘에 따른 소음 음원 위치를 추정하여 디스플레이부(150)에 표시하고, 상기 소음 이벤트 및 소음 음원 위치를 차량 ID와 매칭하여 메모리(160)에 저장 및 MES로 전송할 수 있다(S111). 이 때, 상기 소음 음원 위치를 추정은 앞서 도 10을 통해 설명된 음원 추정 방법을 활용할 수 있으며, 이를 통해 추정된 음원 위치에 설치된 기계류의 이상을 진단할 수 있다.
이후, 이음 검사 장치(100)는 상기한 판단에 따른 이음 검사가 완료되면 차량으로부터 탈착 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 어레이 마이크가 모듈화 배치된 이음 검사 장치를 통해 차량의 설치 환경에 적합한 기준 데이터를 생성하고 이를 기반으로 수신된 음향 신호의 정상음 여부를 판단함으로써 종래 차량의 주행 검사 시 작업자에 의존된 휴먼 에러를 예방하고 측정신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 이음 검사 장치의 설치 환경에 따른 마이크 페어별 적절한 가중치를 선정하여 음원 위치를 추정함으로써 잔향 및 잡음이 존재하는 환경에서의 음원 위치 추정 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래의 음압 세기 차이(ILD) 기반 기법과 도달 시간 차이(TDoA) 기반 기법을 결합한 음원 위치 추정 알고리즘을 통해 모든 마이크 페어별 음원 위치를 구하고 최소거리(minimum distance)를 기반으로 음원의 위치를 추정함으로써 음원 위치 추정의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.
예컨대, 도 11에 도시한 본 발명의 실시 예에서는 차량의 주행 검사 시나리오를 가정하여 설명하였으나 이에 한정되지 않으며, 도 3과 같이 공정라인에서의 이음 검사를 실시할 수 있다. 따라서, 공정라인에서의 기준 데이터를 구축 및 복수의 음장 영역을 구분하고 다양한 설비 운용에 따른 소음 이벤트 발생을 검출 및 그 음원 위치를 추정함으로써 음향을 통해 공정라인 상태를 감시하는 스마트 팩토리를 구현할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 이음 검사 장치 110: 어레이 마이크부
111: 제1 어레이 마이크 112: 제2 어레이 마이크
120: 음향 수집부 130: 필터부
140: 통신부 150: 디스플레이부
160: 메모리 170: 제어부
180: 본체 181: 마운트
182: 거치부 182a, 182b: 양측 날개

Claims (20)

  1. 복수의 어레이 마이크가 일정 간격을 두고 배치된 어레이 마이크부; 및
    사전에 상기 어레이 마이크부가 설치된 위치를 기준으로 주변에서 발생된 음향 신호를 수집하여 분석된 이음을 정량화하여 표준화된 기준 데이터를 구축하고, 상기 어레이 마이크부를 통해 주변의 음향 신호를 측정하여 상기 기준 데이터를 기반으로 소음 발생여부와 상기 소음이 발생된 음원 위치를 추정하는 제어부;
    를 포함하는 이음 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어레이 마이크부의 작동 시 각 마이크에서 수신된 음향 신호를 수집하는 음향 수집부;
    사전에 상기 설치된 위치나 검사 환경에서 수집되는 잡음 신호를 모델링하여 저장하고 상기 수신된 음향 신호에서 상기 잡음 신호를 필터링하는 필터부;
    MES(Manufacturing Execution System) 또는 차량 내 무선 OBD와 통신하는 통신부;
    이음 검사를 위한 작업자 입력메뉴(UI)를 제공하는 디스플레이부;
    상기 기준 데이터 및 상기 이음 검사에 따른 결과 데이터를 저장하는 메모리; 및
    상기 각부가 장착되거나 내장되는 본체;
    를 더 포함하는 이음 검사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 통신부는
    상기 무선 OBD와의 연결을 통해 차종 및 옵션정보를 취득하여 이에 매칭된 기준 데이터를 설정하고, 이음 검사가 완료되면 해당 차량 ID와 검사 결과 데이터를 매칭하여 상기 MES으로 전송하는 이음 검사 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 음향 수집부는
    상기 복수의 어레이 마이크에 배치된 각 마이크와 연결된 신호라인으로부터 수신된 음향 신호를 마이크 ID 별로 분류하는 이음 검사 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어레이 마이크부는
    각각 육각형으로 6개의 마이크가 배치된 제1 어레이 마이크 및 제2 어레이 마이크가 본체의 평면에 일직선으로 설치된 형태로 모듈화되는 이음 검사 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 어레이 마이크 및 제2 어레이 마이크에서 수신된 음향 신호를 토대로 이음을 파악하고, 상기 일직선을 기준으로 반평면 상에 존재하는 음원 위치를 추정하는 이음 검사 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 본체는
    수평한 상면 양측에 일정 간격으로 배치되어 각각 상기 제1 어레이 마이크 및 제2 어레이 마이크가 결합되는 복수의 마운트; 및
    하면에 상기 차량에 탈부착 가능하게 결합되는 거치부;
    를 포함하는 이음 검사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 거치부는
    운전석과 보조석의 햇빛 가리개 사이에 각각 삽입되는 양측 날개 또는 차량의 앞 유리에 부착되는 흡착판으로 구비되는 이음 검사 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    사전에 공장라인 또는 차량의 설치 환경에 따라 발생되는 음향 신호를 분석하여 정상적으로 발생되는 이음과 그 음원 위치를 정량화하여 복수의 음장 영역으로 구분된 3D 음향 맵(MAP)을 생성하는 이음 검사 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 음장 영역별로 존재하는 음원에서 발생되는 정상음 패턴과 음원 위치를 수치화하여 표준화된 상기 기준 데이터를 생성하는 이음 검사 장치.
  11. 제1항 또는 제10항에 있어서,
    상기 기준 데이터는
    이음 검사가 실시되는 공정라인 별, 다차종 및 다옵션 차량 별로 구축되는 이음 검사 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는
    실시간으로 수신되는 음향 신호를 분석하여 상기 기준 데이터에 정의되지 않은 불특정 이음이 검출되면 소음 이벤트를 발생하거나, 상기 정의된 이음이라도 일정 소음 기준 레벨을 초과하면 소음 이벤트를 발생하는 이음 검사 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는
    음압 세기 차이(Interaural level difference, ILD) 방식 및 도달 시간 차이(Time difference of Arrival, TDoA) 방식을 결합한 음원 추정 알고리즘 결과의 신뢰도에 따른 가중치를 선정하여 마이크 페어별로 측정된 결과값의 최소거리(minimum distance)를 기반으로 상기 소음 이벤트가 발생된 음원 위치를 추정하는 이음 검사 장치.
  14. 복수의 어레이 마이크가 일정 간격을 두고 배치된 이음 검사 장치가 차량의 주행 상태를 검사하는 방법에 있어서,
    a) 사전에 다차종 및 다옵션 차량별 음향 신호를 수집하여 이음을 분석하고 시각화와 수치화를 통해 정량화하여 표준화된 기준 데이터를 구축하는 단계;
    b) 일정 간격으로 배치된 제1 어레이 마이크 및 제2 어레이 마이크를 통해 차량의 주행 중 음향 신호를 수집하는 단계;
    c) 상기 제1 어레이 마이크 및 제2 어레이 마이크에 구성된 모든 마이크 페어 별로 수신된 각 음향 신호를 분석하여 음장 영역별로 상기 음향 신호의 이음 패턴을 파악하는 단계; 및
    d) 상기 기준 데이터에 정의되지 않은 불특정 이음 패턴이 검출되면 소음 이벤트를 발생하고 소음이 발생된 음원 위치를 추정하는 단계;
    를 포함하는 차량의 주행 검사 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 a) 단계와 b) 단계 사이에,
    이음 검사 장치가 차량에 장착되면 해당 차량의 무선 OBD와 연결을 통해 획득된 차량 ID에 대응되는 상기 기준 데이터를 설정하는 단계를 포함하는 차량의 주행 검사 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 제1 어레이 마이크 및 제2 어레이 마이크에 각각 설치된 마이크 ID별로 수신된 음향 신호를 분류하고, 상기 음향 신호에서 상기 기준 데이터에 모델링된 잡음 신호를 필터링 하는 단계를 포함하는 차량의 주행 검사 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    상기 음향 신호의 이음 패턴이 정의된 이음으로 판단된 상태에서 상기 음향 신호의 파워가 일정 소음 기준 레벨을 초과하면 상기 소음 이벤트를 발생하는 차량의 주행 검사 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 음원 위치를 추정하는 단계는,
    d-1) 상기 제1 어레이 마이크 및 제2 어레이 마이크에 수신된 음향 신호의 상관관계(Correlation) 특성을 통해 해당 음장 영역을 선택하는 단계;
    d-2) 상기 선택된 음장 영역에서 수신된 음향 신호를 통해 각 마이크 페어별 음압 세기 차이(ILD) 및 도달 시간 차이(TDoA) 알고리즘에 따른 하나 이상의 추정 지점과 그 거리가 포함된 결과값을 획득하는 단계;
    d-3) 상기 선택된 음장 영역에 해당되는 상기 ILD 및 TDoA를 결합한 음원 추정 알고리즘 결과의 신뢰도에 따른 가중치를 상기 각 마이크 페어별 결과값에 적용하는 단계; 및
    d-4) 상기 각 마이크 페어별로 가중치가 적용된 결과값 중 최소 거리를 가지는 추정 지점을 소음 음원 위치로 추정하는 단계;
    를 포함하는 차량의 주행 검사 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 음원 추정 알고리즘은
    마이크i 에서 들어온 신호를 si(t)라고 하고
    Figure pat00025
    를 마이크i의 위치라고 할 때 다음의 수학식 1,
    Figure pat00026

    (여기서,
    Figure pat00027
    는 비용 함수(Cost function),
    Figure pat00028
    ,
    Figure pat00029
    는 마이크m과 마이크n 사이의 도달 시간 차이, v는 현재 환경에서 소리의 속도,
    Figure pat00030
    는 음압 세기 차이 기반 가중치,
    Figure pat00031
    는 도달 시간 차이 기반 가중치를 각각 의미함)
    을 이용하여 상기 마이크 페어별 추정 지점을 산출하는 차량의 주행 검사 방법.
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 d) 단계 이후에,
    추정된 상기 소음 음원 위치를 디스플레이부에 표시하는 단계; 및
    상기 소음 이벤트 및 소음 음원 위치를 차량 ID와 매칭하여 메모리에 저장하고 MES(Manufacturing Execution System)로 전송하는 단계를 더 포함하는 차량의 주행 검사 방법.
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