TW202238516A - 影像診斷分析系統及其方法 - Google Patents

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林逢傑
賴俊吉
陳金聖
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東元電機股份有限公司
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Abstract

一種影像診斷分析系統，應用於一伺服馬達驅動系統，包含一數據擷取模組、一圖形建立模組、一取樣模組、一轉換模組與一分析模組。影像診斷分析系統接收伺服馬達驅動系統的正常運轉數據與即時運轉數據，建立出正常運轉波形圖與即時運轉波形圖，採樣出正常運轉採樣數據與即時運轉採樣數據，轉換出第一RGB值與第二RGB值，並據以產生正常運轉影像與即時運轉影像。影像診斷分析系統會進一步依據正常運轉影像分析即時運轉影像，用以判斷伺服馬達驅動系統是否處於一異常狀態，藉以利用影像而達到即時偵測的功效。

Description

影像診斷分析系統及其方法
本發明係有關於一種系統及方法，尤其是指一種影像診斷分析系統及其方法。
馬達，又稱電動機、電動馬達，是一種將電能轉換成動能，可用來驅動其他裝置的電器設備，在現今生活中被廣泛地應用。馬達的原理與發電機大致相同，主要差異在於能源轉換的不同。
伺服馬達驅動系統，通常包含伺服馬達與驅動器，廣泛地應用於電梯、起重機、抽油泵等領域，其中，抽油泵所屬的油氣探勘領域算是伺服馬達系統重要的應用領域，不論是陸地油氣探勘或是海上油氣探勘。而驅動器在長時間的運轉下，通常會發生問題，例如：電容劣化、元件損壞、異物入侵等，進而導致伺服馬達驅動系統發生異常。伺服馬達驅動系統發生異常，就可能造成應用的領域、機械的安全性或是舒適度的問題，例如上述的電梯、起重機等。而油氣探勘領域的抽油泵，若是因為伺服馬達驅動系統發生異常導致停機的話，每天粗估的損失可能高達14萬美元。因此，伺服馬達驅動系統的可靠度以及即時偵測診斷日漸重要。
有鑒於在先前技術中，伺服馬達驅動系統因為長時間運轉所造成的驅動器的問題、伺服馬達驅動系統異常及其衍生出的種種問題。本發明之一主要目的係提供一種影像診斷分析系統及其方法，用以解決先前技術中的至少一個問題。
本發明為解決先前技術之問題，所採用之必要技術手段為提供一種影像診斷分析系統，係應用於一伺服馬達驅動系統，包含一數據擷取模組、一圖形建立模組、一取樣模組、一轉換模組與一分析模組。數據擷取模組接收伺服馬達驅動系統之M個正常運轉數據與M個即時運轉數據。圖形建立模組用以接收M個正常運轉數據與M個即時運轉數據，並據以建立出一正常運轉波形圖與一即時運轉波形圖。取樣模組依據正常運轉波形圖與即時運轉波形圖，分別取樣出N個正常運轉數據組與N個即時運轉數據組，每一正常運轉數據組包含O個從M個正常運轉數據採樣之正常運轉採樣數據，且每一即時運轉數據組包含O個從M個即時運轉數據採樣之即時運轉採樣數據，其中，N＜M且O＜M。轉換模組用以接收N乘以O個正常運轉採樣數據與N乘以O個即時運轉採樣數據，並將每一正常運轉採樣數據經由一色碼轉換而轉換出一第一RGB值，並將每一即時運轉採樣數據經由色碼轉換而轉換出一第二RGB值，且據以產生一正常運轉影像與一即時運轉影像。分析模組利用正常運轉影像分析即時運轉影像，並在分析出第二RGB值相較於第一RGB值之差異符合一異常條件時，產生一異常信號。其中，色碼轉換係將每一正常運轉採樣數據與每一即時運轉採樣數據之數值乘以255並轉換後，分別形成第一RGB值與第二RGB值。
在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使影像診斷分析系統中之異常條件，係指正常運轉影像之第一RGB值與即時運轉影像之第二RGB值不相符。
在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使影像診斷分析系統中之異常條件，係指即時運轉影像之第二RGB值並未出現正常運轉影像之第一RGB值。
在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使影像診斷分析系統中之數據擷取模組，包含一類比數位轉換單元，且類比數位轉換單元用以將正常運轉數據與即時運轉數據之數據格式自類比格式轉換成數位格式。
在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使影像診斷分析系統中之數據擷取模組，更包含一正規化單元，正規化單元電性連接類比數位轉換單元，用以對正常運轉數據與即時運轉數據進行資料正規化。
在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使影像診斷分析系統中之數據擷取模組，更包含一標準化單元，標準化單元電性連接類比數位轉換單元，用以對正常運轉數據與即時運轉數據進行標準化。
在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使影像診斷分析系統中之取樣模組，係包含一圖框取樣單元，圖框取樣單元利用一方框分別在正常運轉波形圖與即時運轉波形圖移動，藉以分別取樣出正常運轉採樣數據與即時運轉採樣數據。
在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使影像診斷分析系統中之取樣模組，更包含一圖框設定單元，圖框設定單元電性連接圖框取樣單元，用以受操作地設定方框之一取樣寬度。
在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使影像診斷分析系統，更包含一顯示模組，顯示模組電性連接轉換模組，用以接收並顯示正常運轉影像與即時運轉影像。
在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使影像診斷分析系統，更包含一警示模組，警示模組電性連接分析模組，用以在接收到異常信號時，產生一警示資訊。
本發明為解決先前技術之問題，所採用之必要技術手段為另外提供一種影像診斷分析方法，並包含以下步驟：利用數據擷取模組接收M個正常運轉數據與該M個即時運轉數據；利用圖形建立模組，接收M個正常運轉數據與M個即時運轉數據，並據以建立出正常運轉波形圖與即時運轉波形圖；利用取樣模組，依據正常運轉波形圖與即時運轉波形圖，取樣出O個正常運轉採樣數據與O個即時運轉採樣數據；利用轉換模組，接收O個正常運轉採樣數據與O個即時運轉採樣數據，轉換出第一RGB值與第二RGB值，並據以產生正常運轉影像與即時運轉影像；利用分析模組，在分析出第二RGB值相較於第一RGB值之差異符合異常條件時，產生異常信號。
在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使影像診斷分析方法，更包含以下步驟：利用一顯示模組，顯示正常運轉影像與即時運轉影像。
承上所述，本發明所提供之影像診斷分析系統及其方法，利用數據擷取模組、圖形建立模組、取樣模組、轉換模組與分析模組，相較於先前技術，本發明可以利用正常運轉影像與即時運轉影像，即時地分析出第二RGB值與第一RGB值的差異是否符合異常條件，藉以進一步地得知伺服馬達驅動系統是否處於異常狀態，進而即時地針對異常狀態進行維修與處理。
下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
請參閱第一圖，第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之影像診斷分析系統之方塊圖。如圖所示，一種影像診斷分析系統1，應用於一伺服馬達驅動系統2，並包含一數據擷取模組11、一圖形建立模組12、一取樣模組13、一轉換模組14與一分析模組15。在本實施例中，影像診斷分析系統1更包含一顯示模組16與一警示模組17。伺服馬達驅動系統2通常包含一伺服馬達與一驅動器，其中，驅動器普遍採用變頻器，與先前技術並無不同，故不多加贅述。
數據擷取模組11用以接收擷取伺服馬達驅動系統2的M個正常運轉數據與M個即時運轉數據，並包含一類比數位轉換單元111、一正規化單元112與一標準化單元113。
類比數位轉換單元111用以將接收擷取到的正常運轉數據與即時運轉數據的數據格式，自類比格式轉換成數位格式，以利後續作業。
正規化單元112係用以對正常運轉數據與即時運轉數據進行資料正規化，以利後續作業。資料正規化為常見的資料處理手段，用以將數值轉換成0到1之間，且不會改變資料的分布情形。
標準化單元113與正規化單元112相似，用以對正常運轉數據與即時運轉數據進行標準化，以利後續作業。標準化為統計學常用的手段，用以利用公式將數值轉換成0到1之間，且不會改變資料的分布情形。
需說明的是，標準化單元113與正規化單元112對於資料處理的行為相似，圖式雖然繪製兩個同時存在，但僅是為了說明，影像診斷分析系統可包含兩者中的一者即可。
圖形建立模組12電性連接數據擷取模組11，用以接收M個正常運轉數據與M個即時運轉數據，並據以建立出一正常運轉波形圖與一即時運轉波形圖。
取樣模組13電性連接圖形建立模組12，依據正常運轉波形圖與即時運轉波形圖，分別取樣出N個正常運轉數據組與N個即時運轉數據組，每一正常運轉數據組包含O個從M個正常運轉數據採樣的正常運轉採樣數據，且每一即時運轉數據組包含O個從M個即時運轉數據採樣的即時運轉採樣數據，其中，N＜M且O＜M。在本實施例中，取樣模組13更包含一圖框取樣單元131與一圖框設定單元132。
轉換模組14電性連接取樣模組13，用以接收N乘以O個正常運轉採樣數據與N乘以O個即時運轉採樣數據，並將每一正常運轉採樣數據經由一色碼轉換而轉換出一第一RGB值，並將每一即時運轉採樣數據經由色碼轉換而轉換出一第二RGB值，且據以產生一正常運轉影像與一即時運轉影像。
分析模組15電性連接轉換模組14，利用正常運轉影像分析即時運轉影像，並在分析出上述的第二RGB值相較於上述之第一RGB值的差異符合一異常條件時，產生一異常信號。
其中，色碼轉換係將該正常運轉採樣數據與即時運轉採樣數據之數值乘以255並轉換分別形成上述第一RGB值與上述第二RGB值。
接著，請一併參閱第一圖至第五B圖，其中，第二圖係顯示圖形建立模組建立之正常運轉波形圖；第三圖係顯示圖形建立模組建立之另一正常運轉波形圖；第四圖係顯示取樣模組依據正常運轉波形圖取樣之示意圖；以及，第五A圖與第五B圖係顯示正常運轉影像之示意圖。如圖所示，數據擷取模組11會接收擷取伺服馬達驅動系統2的M個正常運轉數據。其中，正常運轉數據可能是電壓值、電流值或是脈波寬度調變等數據，第二圖標示電流值示意，並不以此為限。
圖形建立模組12會依據M個正常運轉數據建立出正常運轉波形圖。當M個正常運轉數據未經過資料正規化或標準化時，圖形建立模組12會建立出如第二圖的正常運轉波形圖FN；較佳者，當M個正常運轉數據經過資料正規化或標準化，使得數值介於0至1之間時，圖形建立模組12會建立出如第三圖的正常運轉波形圖FN’。
接著，取樣模組13會利用一方框S在正常運轉波形圖FN’上，沿著一取樣方向D移動，藉以取樣出正常運轉採樣數據。需說明的是，方框S每次會取樣出一個正常運轉數據組，而每個正常運轉數據組會包含複數個自上述M個正常運轉數據所採樣出來的正常運轉採樣數據。圖框設定單元132用以受操作地設定方框S的一取樣寬度T，實務上，取樣寬度T會被設定成與波形週期相同或是波形週期的四分之一、二分之一等。
一般來說，為了取樣的連續性，所有正常運轉採樣數據的數量會大於正常運轉數據的數量。以數學舉例來說，正常運轉數據所形成的數值矩陣可能會是一個9728乘以1的矩陣（M=9278），而正常運轉採樣數據所形成的數值可能會是一個3243乘以1298的矩陣（N=1298，O=3243）。
轉換模組14會將每個正常運轉數據組的每個正常運轉採樣數據經由色碼轉換形成第一RGB值，並依據第一RGB值產生正常運轉影像。每個正常運轉數據組都會形成一個正常運轉影像，如圖所示，轉換模組14依據其中一組正常運轉數據組產生一正常運轉影像IN1，並依據另一組正常運轉數據組產生另一正常運轉影像IN2。
實務上，色碼轉換較為簡單的作法可以利用Microsoft系統內的小算盤的「程式設計人員/程式設計師」的介面進行轉換，將正常運轉採樣數據乘以255形成色碼再轉換形成第一RGB值。色碼轉換也會被稱為影像色彩數值化，用以將數值轉換成對應的RGB值，以呈現該RGB值所對應的顏色。
接著，請一併參閱第一圖、第六圖至第九B圖，其中，第六圖係顯示圖形建立模組建立之即時運轉波形圖；第七圖係顯示圖形建立模組建立之另一即時運轉波形圖；第八圖係顯示取樣模組依據即時運轉波形圖取樣之示意圖；以及，第九A圖與第九B圖係顯示即時運轉影像之示意圖。如圖所示，數據擷取模組11會接收擷取伺服馬達驅動系統2的M個即時運轉數據。
圖形建立模組12會依據M個即時運轉數據建立出即時運轉波形圖。當M個即時運轉數據未經過資料正規化或標準化時，圖形建立模組12會建立出如第六圖的即時運轉波形圖F1；較佳者，當M個正常運轉數據經過資料正規化或標準化，使得數值介於0至1之間時，圖形建立模組12會建立出如第七圖的即時運轉波形圖F1’。需說明的是，第七圖僅顯示發生異常時的即時運轉波形圖F1’
接著，取樣模組13會利用方框S在即時運轉波形圖F1’上，沿著取樣方向D移動，藉以取樣出即時運轉採樣數據。需說明的是，方框S每次會取樣出一個即時運轉數據組，而每個即時運轉數據組會包含複數個自上述M個即時運轉數據所採樣出來的即時運轉採樣數據。
轉換模組14會將每個即時運轉數據組的每個即時運轉採樣數據經由色碼轉換形成第二RGB值，並依據第二RGB值產生即時運轉影像。每個即時運轉數據組都會形成一個即時運轉影像，如圖所示，轉換模組14依據其中一組即時運轉數據組產生一即時運轉影像I1，並依據另一組即時運轉數據組產生另一即時運轉影像I2。
顯示模組16會顯示正常運轉影像（如第五A圖與第五B圖的正常運轉影像IN1、IN2）與即時運轉影像（如第九A圖與第九B圖的即時運轉影像I1、I2），用以供一使用者觀看。比較第五A圖、第五B圖、第九A圖與第九B圖，第九A圖與第九B圖的即時運轉影像I1、I2中，明顯沒有呈現出黃色。因此，使用者可以從觀看影像中即時的得知，伺服馬達驅動系統2目前可能處於一異常狀態。
分析模組15也會利用正常運轉影像（如第五A圖與第五B圖的正常運轉影像IN1、IN2）分析即時運轉影像（如第九A圖與第九B圖的即時運轉影像I1、I2）。當分析模組15分析出第二RGB值相較於第一RGB值的差異符合異常條件時，則會產生異常信號。舉例來說，分析模組15可以逐一比對第二RGB值與第一RGB值，在第二RGB值與第一RGB值相異的數量達到一數量門檻值時，分析出符合異常條件；分析模組15也可以整理所有第一RGB值與第二RGB值的色階範圍，並在第二RGB值的色階範圍小於第一RGB值的色階範圍，且差異達到一範圍門檻值時，分析出符合異常條件。
需說明的是，依照審查基準，因應本發明主要是利用具有色彩的影像進行分析與顯示，故相對應的第五A圖、第五B圖、第九A圖與第九B圖具有使用彩色圖片的必要性，也能更清楚呈現本發明的技術內容。
當警示模組17接收到異常信號時，便會產生一警示資訊，用以即時地提醒與警示使用者，伺服馬達驅動系統2目前可能處於一異常狀態。警示資訊可以是聲音、文字、燈光等用以警示的資訊。
最後，請參閱第十圖，第十圖係顯示本發明較佳實施例所提供之影像診斷分析方法之流程圖。一種影像診斷分析方法利用如第一圖所示的影像診斷分析系統1加以實施，並包含以下步驟S101至S108。
步驟S101：利用數據擷取模組接收正常運轉數據與即時運轉數據。
步驟S102：利用圖形建立模組建立出正常運轉波形圖與即時運轉波形圖。
步驟S103：利用該取樣模組取樣出正常運轉採樣數據與即時運轉採樣數據。
步驟S104：用轉換模組，接收正常運轉採樣數據與即時運轉採樣數據，轉換出第一RGB值與第二RGB值，並據以產生正常運轉影像與即時運轉影像。
步驟S105：利用分析模組分析出第二RGB值相較於第一RGB值的差異。
步驟S106：差異是否符合異常條件。
並在判斷為是時，進入以下步驟S107。並在判斷為否時，重新執行步驟S106，以繼續判斷下一個第二RGB值相較於第一RGB值的差異是否符合異常條件。
步驟S107：利用分析模組產生異常信號。
步驟S108：利用一顯示模組顯示正常運轉影像與即時運轉影像。
而影像診斷分析方法的步驟內容已說明於前述段落，故不多加贅述。
綜上所述，本發明所提供之影像診斷分析系統及其方法，利用數據擷取模組、圖形建立模組、取樣模組、轉換模組與分析模組，相較於先前技術，本發明可以利用正常運轉影像與即時運轉影像，即時地分析出第二RGB值與第一RGB值的差異是否符合異常條件，藉以進一步地得知伺服馬達驅動系統是否處於異常狀態，進而即時地針對異常狀態進行保養、維修與處理。此外，本發明更可以進一步利用顯示模組顯示出正常運轉影像與即時運轉影像，以利使用者可以藉由即時運轉影像直觀地判斷出伺服馬達驅動系統是否處於異常狀態。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
1:影像診斷分析系統 11:數據擷取模組 111:類比數位轉換單元 112:正規化單元 113:標準化單元 12:圖形建立模組 13:取樣模組 131:圖框取樣單元 132:圖框設定單元 14:轉換模組 15:分析模組 16:顯示模組 17:警示模組 2:伺服馬達驅動系統 D:取樣方向 FN,FN’:正常運轉波形圖 F1,F1’:即時運轉波形圖 IN1,IN2:正常運轉影像 I1,I2:即時運轉影像 S:方框 T:取樣寬度
第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之影像診斷分析系統之方塊圖； 第二圖係顯示圖形建立模組建立之正常運轉波形圖； 第三圖係顯示圖形建立模組建立之另一正常運轉波形圖； 第四圖係顯示取樣模組依據正常運轉波形圖取樣之示意圖； 第五A圖與第五B圖係顯示正常運轉影像之示意圖； 第六圖係顯示圖形建立模組建立之即時運轉波形圖； 第七圖係顯示圖形建立模組建立之另一即時運轉波形圖； 第八圖係顯示取樣模組依據即時運轉波形圖取樣之示意圖； 第九A圖與第九B圖係顯示即時運轉影像之示意圖；以及 第十圖係顯示本發明較佳實施例所提供之影像診斷分析方法之流程圖。
1:影像診斷分析系統
11:數據擷取模組
111:類比數位轉換單元
112:正規化單元
113:標準化單元
12:圖形建立模組
13:取樣模組
131:圖框取樣單元
132:圖框設定單元
14:轉換模組
15:分析模組
16:顯示模組
17:警示模組
2:伺服馬達驅動系統

Claims (12)

  1. 一種影像診斷分析系統，係應用於一伺服馬達驅動系統，包含： 一數據擷取模組，係接收該伺服馬達驅動系統之M個正常運轉數據與M個即時運轉數據； 一圖形建立模組，係用以接收該M個正常運轉數據與該M個即時運轉數據，並據以建立出一正常運轉波形圖與一即時運轉波形圖； 一取樣模組，係依據該正常運轉波形圖與該即時運轉波形圖，分別取樣出N個正常運轉數據組與N個即時運轉數據組，每一正常運轉數據組包含O個從該M個正常運轉數據採樣之正常運轉採樣數據，且每一即時運轉數據組包含O個從該M個即時運轉數據採樣之即時運轉採樣數據，其中，N＜M且O＜M； 一轉換模組，係用以接收N乘以O個正常運轉採樣數據與N乘以O個即時運轉採樣數據，並將每一該些正常運轉採樣數據經由一色碼轉換而轉換出一第一RGB值，並將每一該些即時運轉採樣數據經由該色碼轉換而轉換出一第二RGB值，且據以產生一正常運轉影像與一即時運轉影像；以及 一分析模組，係利用該正常運轉影像分析該即時運轉影像，並在分析出上述之第二RGB值相較於上述之第一RGB值之差異符合一異常條件時，產生一異常信號； 其中，該色碼轉換係將每一正常運轉採樣數據與每一即時運轉採樣數據之數值乘以255並轉換後，分別形成上述之第一RGB值與上述之第二RGB值。
  2. 如請求項1所述之影像診斷分析系統，其中，該異常條件係指該正常運轉影像之上述之第一RGB值與該即時運轉影像之上述之第二RGB值不相符。
  3. 如請求項2所述之影像診斷分析系統，其中，該異常條件係指該即時運轉影像之上述之第二RGB值並未出現該正常運轉影像之上述之第一RGB值。
  4. 如請求項1所述之影像診斷分析系統，其中，該數據擷取模組包含一類比數位轉換單元，且該類比數位轉換單元係用以將該些正常運轉數據與該些即時運轉數據之數據格式自類比格式轉換成數位格式。
  5. 如請求項4所述之影像診斷分析系統，其中，該數據擷取模組更包含一正規化單元，該正規化單元係電性連接該類比數位轉換單元，用以對該些正常運轉數據與該些即時運轉數據進行資料正規化。
  6. 如請求項4所述之影像診斷分析系統，其中，該數據擷取模組更包含一標準化單元，該標準化單元係電性連接該類比數位轉換單元，用以對該些正常運轉數據與該些即時運轉數據進行標準化。
  7. 如請求項1所述之影像診斷分析系統，其中，該取樣模組包含一圖框取樣單元，該圖框取樣單元係利用一方框分別在該正常運轉波形圖與該即時運轉波形圖移動，藉以分別取樣出該些正常運轉採樣數據與該些即時運轉採樣數據。
  8. 如請求項7所述之影像診斷分析系統，其中，該取樣模組更包含一圖框設定單元，該圖框設定單元係電性連接該圖框取樣單元，用以受操作地設定該方框之一取樣寬度。
  9. 如請求項1所述之影像診斷分析系統，更包含一顯示模組，該顯示模組係電性連接該轉換模組，用以接收並顯示該正常運轉影像與該即時運轉影像。
  10. 如請求項1所述之影像診斷分析系統，更包含一警示模組，該警示模組係電性連接該分析模組，用以在接收到該異常信號時，產生一警示資訊。
  11. 一種影像診斷分析方法，係利用如請求項1所述之影像診斷分析系統加以實施，並包含以下步驟： (a) 利用該數據擷取模組接收該M個正常運轉數據與該M個即時運轉數據； (b) 利用該圖形建立模組，接收該M個正常運轉數據與該M個即時運轉數據，並據以建立出該正常運轉波形圖與該即時運轉波形圖； (c) 利用該取樣模組，依據該正常運轉波形圖與該即時運轉波形圖，取樣出該O個正常運轉採樣數據與該O個即時運轉採樣數據； (d) 利用該轉換模組，接收該O個正常運轉採樣數據與該O個即時運轉採樣數據，轉換出上述之第一RGB值與上述之第二RGB值，並據以產生該正常運轉影像與該即時運轉影像； (e) 利用該分析模組，在分析出上述之第二RGB值相較於上述之第一RGB值之差異符合該異常條件時，產生該異常信號。
  12. 如請求項11所述之影像診斷分析方法，更包含以下步驟： (f) 利用一顯示模組，顯示該正常運轉影像與該即時運轉影像。
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