TWI708941B - 聲音擷取裝置及加工機刀具狀態偵測設備 - Google Patents

Abstract

一種用以自動朝向一音源的聲音擷取裝置，包括：一光學量測單體，包括一光學測距元件以朝向該音源，用以得出該光學測距元件之一相對位置，並得出該光學測距元件之一相對姿態；一聲音擷取單體陣列，其中該聲音擷取單體陣列為多個聲音擷取單體，每個聲音擷取單體包括一麥克風元件；以及一處理模組，電性連接該光學量測單體及該聲音擷取單體陣列，用以控制該光學測距元件朝向該音源，並根據該光學測距元件之相對位置及相對姿態、及該每個麥克風元件之相對位置而計算出該每個麥克風元件之相對姿態，藉此控制該些麥克風元件分別朝向該音源。

Description

聲音擷取裝置及加工機刀具狀態偵測設備

本發明是有關於一種聲音擷取裝置及加工機刀具狀態偵測設備，且特別是有關於一種具有聲音擷取裝置之加工機刀具狀態偵測設備。

既有加工機於運轉時，為了考慮刀具會產生斷裂而無警示的狀況，會使得生產效率與品質下滑，導致生產成本提升，而在沒有刀具磨耗的線上監測輔助的狀況下，操作者必須保守的定時更換刀具，但因每支刀具壽命表現的差異可能相當大，相對會造成換刀時刀具並未損壞，且換刀頻率的增加亦會降低系統運作的效率。

一般工具機於加工時，顫振的產生是一種加工的異常狀態，顫振係來自於刀具與工件間非預期的相對運動，造成加工工件表面精度不佳，甚至可能破壞工具機結構或工件。監控顫振的技術中，最便宜的手段即是透過麥克風監測振動的聲音。然而，工具機本身或周邊環境也會產生噪音，以致影響顫振監控的判斷。

傳統的指向性麥克風主要是由兩個以上的麥克風911利用封裝方式組成方形陣列或是直線排列來達到方向性收音效果，再藉由電路上的配合達到具有指向性的功能，對於結構而言音源2之聲音是如同一平面傳遞而來並非是所熟知的球狀波，所以許多指向性麥克風都不做在晶片上，若想要有良好的設計彼此間距d必須要較遠，至少要大於波長的十六分之一，如圖1a所示，否則薄膜受到的振動是同一種振幅，都為同步訊號，並非延遲訊號，無法達到讓相位波形延遲的功能，所以彼此間距盡量越大越好，其辨別性越高，因為麥克風間距若過度靠近，則對於聲音的辨識將會一樣的訊號，則無法利用電 路來分辨聲音來源。指向性麥克風晶片設計原理是利用兩種不同麥克風911置於同一晶片上可以分別擷取到不同聲音的訊號，分別是主要聲源以及背景雜音，而兩者聲音無法影響到非對應之麥克風911，如圖1b所示，有些麥克風是收集到來自上方的聲音21，有些則是收集來自側面或是後方的聲音21，可以達到讓相位波形延遲的功能，將兩者聲音單獨收集交由微控制器進行後續的處理。

關於音源方位判定系統，常見的方法有許多，例如請參考圖2a及2b，中華民國發明專利公告號I274519揭示一種自動調整擷取裝置之信號擷取角度的系統9，主要透過一擷取模組91自不同方位擷取一音源2所傳來的聲音訊號，由轉換模組92將該些不同方位之聲音訊號轉換成多數數位訊號，以供比對模組93比對該些數位訊號之強度，藉以產生比對結果，進而供角度模組94依據該比對模組93調整一影像擷取裝置90之信號擷取角度，以使該影像擷取裝置90之信號擷取角度與該音源2相對，俾可避免習知技術中以手動方式調整該影像擷取裝置90之信號擷取角度而降低使用上的便利性等缺失。

然而，對於有類似特性的多數音源出現時，原本追蹤的音源進行角度調整會受到干擾。

因此，便有需要提供一種聲音擷取裝置及加工機刀具狀態偵測設備，解決前述的問題。

本發明之一目的是提供一種聲音擷取裝置及加工機刀具狀態偵測設備。

依據上述之目的，本發明提供一種聲音擷取裝置，其用以自動朝向一音源，該聲音擷取裝置，包括：一基板，具有一表面；一光學量測單體，設置於該基板表面上，並包括一光學測距元件以朝向該音源，用以得出該光學測距元件之一相對位置，並得出該光學測距元件之一相對姿態；一聲音擷取單體陣列，也設置於該基板表面上，其中該聲音擷取單體陣列為多個聲音擷取單體，每個聲音擷取單體包括一麥克風元件；以及一處理 模組，電性連接該光學量測單體及該聲音擷取單體陣列，用以控制該光學測距元件朝向該音源，並根據該光學測距元件之相對位置及相對姿態、及該每個麥克風元件之相對位置而計算出該每個麥克風元件之相對姿態，藉此該處理模組控制該些麥克風元件分別朝向該音源。

本發明更提供一種加工機刀具狀態偵測設備，用以安裝於一加工機附近，該加工機刀具狀態偵測設備包括：一聲音擷取裝置，其如上述之聲音擷取裝置，並設置於該加工機之一刀具附近，其中該加工機之刀具加工所產生的聲音為該音源之聲音；一資料擷取單元，其與該聲音擷取裝置之該些麥克風元件電性連接，用以擷取該些麥克風元件所偵測到的聲音訊號；一資料處理單元，其與該資料擷取單元電性連接，並包括一空間濾波模組、一訊號轉換模組、一特徵選取模組及一辨識模組，其中該空間濾波模組與該資料擷取單元電性連接，該訊號轉換模組與該空間濾波模組電性連接，該特徵選取模組與該訊號轉換模組電性連接，而該辨識模組與該特徵選取模組電性連接；以及一監控單元，與該資料處理單元電性連接，並設有一警報器，該警報器與該資料處理單元之該辨識模組電性連接。

本發明之聲音擷取裝置依據該光學測距元件提供的距離參數，作為該些麥克風元件陣列式追蹤該音源的參考點，由處理模組計算該些麥克風元件朝向目的音源所需調整的角度，配合處理模組鎖定特定頻譜音源進行聲源追蹤分析，具有指向性之麥克風元件對於特定角度有其最大的靈敏度，因此該些麥克風元件之角度的設定有利於有效降低環境中其他音源對於追蹤音源分析的干擾。特別是應用在追蹤的目的音源與背景音源有類似的情形，可透過該光學測距元件及該些麥克風元件角度的調整，降低鄰近類似音源對於追蹤音源的干擾。在實際的產線上，常見多數類似或一樣的加工設備一起運作，本發明之聲音擷取裝置可應用在這樣的工廠進行產線設備之加工機的監控，降低鄰近設備加 工機的干擾。

1‧‧‧聲音擷取裝置

1’‧‧‧聲音擷取裝置

10‧‧‧基板

101‧‧‧表面

11‧‧‧聲音擷取單體陣列

11a~11h‧‧‧聲音擷取單體

111‧‧‧麥克風元件

112‧‧‧第三承載基體

113‧‧‧第三旋轉驅動元件

114‧‧‧第四承載基體

115‧‧‧第四旋轉驅動元件

12‧‧‧光學量測單體

121‧‧‧光學測距元件

122‧‧‧第一承載基體

123‧‧‧第一旋轉驅動元件

124‧‧‧第二承載基體

125‧‧‧第二旋轉驅動元件

13‧‧‧處理模組

133‧‧‧訊號線

134‧‧‧訊號線

135‧‧‧訊號線

14‧‧‧光學視覺單體

141‧‧‧光學視覺元件

142‧‧‧第五承載基體

143‧‧‧第五旋轉驅動元件

144‧‧‧第六承載基體

145‧‧‧第六旋轉驅動元件

15‧‧‧姿態辨識模組

16‧‧‧位置辨識模組

2‧‧‧音源

21‧‧‧聲音

3‧‧‧加工機

31‧‧‧平台

32‧‧‧刀具

4‧‧‧加工機刀具狀態偵測設備

43‧‧‧資料擷取單元

44‧‧‧資料處理單元

45‧‧‧監控單元

8‧‧‧受聽者

81‧‧‧耳道

9‧‧‧系統

90‧‧‧影像擷取裝置

91‧‧‧擷取模組

911‧‧‧麥克風

92‧‧‧轉換模組

93‧‧‧比對模組

94‧‧‧角度模組

d‧‧‧間距

d1~d6‧‧‧距離

F1‧‧‧第一參考平面

F2‧‧‧第二參考平面

F3‧‧‧第三參考平面

N‧‧‧法線

θd‧‧‧夾角

φd‧‧‧夾角

θs‧‧‧夾角

φs‧‧‧夾角

圖1a為先前技術之指向性麥克風之構造示意圖(一)。

圖1b為先前技術之指向性麥克風之構造示意圖(二)。

圖2a為習知信號擷取角度的系統之構造示意圖。

圖2b為習知影像擷取裝置之立體示意圖。

圖3為本發明之一實施例之聲音擷取裝置之立體示意圖。

圖4為本發明之一實施例之光學量測單體之立體示意圖。

圖5為本發明之一實施例之聲音擷取單體之立體示意圖。

圖6為本發明之一實施例之光學量測單體、該音源及聲音擷取單體陣列之立體示意圖。

圖7為本發明之另一實施例之聲音擷取裝置之立體示意圖。

圖8為本發明之一實施例之光學視覺單體之立體示意圖。

圖9為本發明之一實施例之加工機刀具狀態偵測設備之構造示意圖。

為讓本發明之上述目的、特徵和特點能更明顯易懂，茲配合圖式將本發明相關實施例詳細說明如下。

圖3為本發明之一實施例之聲音擷取裝置之立體示意圖。該聲音擷取裝置1用以自動朝向一音源2(例如加工機刀具加工時的聲音)，並包括一基板10、一光學量測單體12、一聲音擷取單體陣列11及一處理模組13。該基板10具有一表面101。該光學量測單體12設置於該基板10表面101上，並包括一光學測距元件121以朝向該音源2，用以得出該光學測距元件121之一相對位置，並得出該光學測距元件121之一相對姿態。該聲音擷取單體陣列11也設置於該基板10表面101上，其中該聲音擷取 單體陣列11為多個聲音擷取單體11a~11h，每個聲音擷取單體11a~11h包括一麥克風元件111。該每個麥克風元件111為指向性麥克風。該處理模組13(例如微處理器)經由訊號線134電性連接該光學量測單體12，並經由訊號線133電性連接該聲音擷取單體陣列11，用以控制該光學測距元件121朝向該音源2，並根據該光學測距元件121之相對位置及相對姿態、及該每個麥克風元件11a~11h之相對位置而計算出該每個麥克風元件11a~11h之相對姿態，藉此該處理模組13控制該些麥克風元件11a~11h分別朝向該音源2。

請參考圖4，該光學量測單體12更包括：一第一承載基體122、一第一旋轉驅動元件123(例如微致動器)、一第二承載基體124及一第二旋轉驅動元件125(例如微致動器)，用以改變該光學測距元件121之相對姿態。請參考圖5，該每個聲音擷取單體11a~11h更包括：一第三承載基體112、一第三旋轉驅動元件113(例如微致動器)、一第四承載基體114及一第四旋轉驅動元件115(例如微致動器)，用以改變該每個麥克風元件111之相對姿態。

請參考圖6及圖3，當該光學量測單體12、該音源2及該聲音擷取單體陣列11位於不同平面時，該表面101定義一第一參考平面F1，該第一參考平面F1具有一法線N，該法線N通過該音源2，該法線N與該光學測距元件111定義一第二參考平面F2，且該法線N與該每個麥克風元件11a~11h定義一第三參考平面F3。

該光學測距元件121之相對位置是指：該光學測距元件121與該音源2之間的距離d1(即一第一距離)。該處理模組13可藉由圖4之第一旋轉驅動元件123及第二旋轉驅動元件125而改變該每個麥克風元件111之相對姿態。該光學測距元件121之相對姿態是指：該光學測距元件121朝該音源2之方向與該第一參考平面F1之間的夾角θd(即第一夾角)、及該光學測距元件121朝該每個麥克風元件111之方向與該第二參考平面F2之間的夾角φd (即第二夾角)。該每個麥克風元件111之相對位置是指：該每個麥克風元件111與該光學測距元件121該每個麥克風元件111之間的距離d6(即第二距離)。其餘距離d2~d5皆為已知。

該處理模組13可根據該光學測距元件121之相對位置及相對姿態、及該每個麥克風元件11a~11h之相對位置而計算出該每個麥克風元件11a~11h之相對姿態。該每個麥克風元件111之相對姿態是指：該每個麥克風元件111朝該音源2之方向與該第一參考平面F1之間的夾角θs(即第三夾角)、及該第二參考平面F2與該第三參考平面F3之間的夾角φs(即第四夾角)，如下列公式：

因此，該處理模組13可藉由圖5之第三旋轉驅動元件113及第四旋轉驅動元件115而使該每個麥克風元件111達成上述相對姿態(即第三夾角θs及第四夾角φs)，如此以控制該些麥克風元件111分別朝向該音源2。

請再參考圖3，該聲音擷取裝置1更包括一姿態辨識模組15(例如包括三軸陀螺儀，埋設於該基板10內)，其電性連接該處理模組13，並用以感知該聲音擷取裝置1之基板10的角度參數，以提供一姿態訊息。該處理模組13用以根據該姿態辨識模組15所提供的姿態訊息而調整該光學測距元件121之角度。例如，該姿態辨識模組15可得知該聲音擷取裝置1之基板10相對地面座標的角度參數，進而該處理模組13可換算出該光學測距元件121相對地面座標的角度。該聲音擷取裝置1更包括一位置辨識模組16(例如包括光學式3D感測計)，其電性連接該處理模組 13，並用以感知該光學測距元件121在環境中的參考位置，以提供一位置訊息。該處理模組13用以根據該位置辨識模組16所提供的位置訊息而調整該光學測距元件121之角度。另外，該音源2可為固定不動的位置或規則移動的路徑，藉由將該音源2之座標輸入該處理模組13，該處理模組13即可控制該光學測距元件121朝向該音源2。

圖7為本發明之另一實施例之聲音擷取裝置之立體示意圖。該聲音擷取裝置1’更包括一光學視覺單體14，其經由訊號線135電性連接該處理模組13，並包括一光學視覺元件141(例如影像辨識元件)，用以辨識該音源2之位置，進而得知該音源2之座標，藉此該音源2可為變動的位置或非規則移動的路徑時，該處理模組13即可控制該光學測距元件121朝向該音源2。請參考圖8，該光學視覺單體14更包括：一第五承載基體142、一第五旋轉驅動元件143(例如微致動器)、一第六承載基體144及一第六旋轉驅動元件145(例如微致動器)，用以改變該光學視覺元件141之相對姿態。

本發明之聲音擷取裝置依據該光學測距元件提供的距離參數，作為該些麥克風元件陣列式追蹤該音源的參考點，由處理模組計算該些麥克風元件朝向目的音源所需調整的角度，配合處理模組鎖定特定頻譜音源進行聲源追蹤分析，具有指向性之麥克風元件對於特定角度有其最大的靈敏度，因此該些麥克風元件之角度的設定有利於有效降低環境中其他音源對於追蹤音源分析的干擾。特別是應用在追蹤的目的音源與背景音源有類似的情形，可透過該光學測距元件及該些麥克風元件角度的調整，降低鄰近類似音源對於追蹤音源的干擾。在實際的產線上，常見多數類似或一樣的加工設備一起運作，本發明之聲音擷取裝置可應用在這樣的工廠進行產線設備之加工機的監控，降低鄰近設備加工機的干擾。

舉例，該些麥克風元件陣列式追蹤監測特定音源應 用在智慧製造可避免相同的加工產線互相干擾，加工機的監測在智慧製造中扮演重要的角色，特別是加工機中重要的顫振監測，更是確保加工過程中避免異常狀態的發生。監控顫振的技術中，最便宜的手段即是透過該些麥克風元件陣列式監測振動的聲音。該光學測距元件輔助控制該些麥克風元件調校角度追蹤加工機之刀具，可避免鄰近的加工機之刀具的加工聲音所產生的干擾。

圖9為本發明之一實施例之加工機刀具狀態偵測設備之立體示意圖。該加工機刀具狀態偵測設備4用以安裝於一加工機附近，並包括：一聲音擷取裝置1、一資料擷取單元43、一資料處理單元44及一監控單元45。該聲音擷取裝置1為本發明所述之聲音擷取裝置1，並設置於該加工機3之一刀具32附近(例如該聲音擷取裝置1設置於該加工機3之平台31上)，其中該加工機3之刀具32對工件30加工所產生的聲音為該音源2之聲音。該資料擷取單元43與該聲音擷取裝置1之該些麥克風元件電性連接，用以擷取該些麥克風元件所偵測到的聲音訊號。該資料處理單元44與該資料擷取單元43電性連接，並包括一空間濾波模組、一訊號轉換模組、一特徵選取模組及一辨識模組，其中該空間濾波模組與該資料擷取單元電性連接，該訊號轉換模組與該空間濾波模組電性連接，該特徵選取模組與該訊號轉換模組電性連接，而該辨識模組與該特徵選取模組電性連接。該監控單元45與該資料處理單元44電性連接，並設有一警報器，該警報器與該辨識模組電性連接。

在線上偵測與訊號處理的操作步驟中，該空間濾波模組係以一延遲加總濾波器或一超指向濾波器，對於各麥克風感應器所偵測的聲音訊號進行濾波處理；該空間濾波模組在濾波處理之後整合一後濾波處理器，該後濾波處理器以一偉納濾波器進行進一步的訊號濾波處理；該訊號轉換模組由一小波轉換方程式、一傅立葉轉換方程式或一快速傅立葉轉換方程式進行訊號的轉換；該辨識模組以一費雪線性辨識函數、一類神經網路或一模 糊邏輯辨識方程式作為訊號辨識的方法；該資料擷取單元與該資料處理單元之間設有多個與該資料擷取單元電性連接的類比/數位轉換器，藉以將類比訊號轉換成數位訊號；該訊號特徵的選取係採用群組分離法準則計算各特徵值隨刀具狀態變化之分離度，分離度最高者被選為接續處理之特徵值，該群組分離法準則運用計算群組內及群組間之資料共變異度的方式，來了解每個群組資料彼此間資料的分離程度，進而利用此特性來選取相對磨耗變化分離程度較大者之特徵值，以避免選取不必要的特徵輸入而導致辨識的成效不彰，將選取後的特徵值輸入該辨識模組中。

舉例，該訊號處理單元(例如電腦)藉由該資料擷取單元(例如資料擷取卡)與該聲音擷取裝置之該些麥克風元件電性連接且具有訊號處理運算能力及人機控制介面的功能。該資料擷取單元用以擷取該些麥克風元件所偵測到的聲音訊號；該訊號處理單元與資料擷取單元電性連接且包括有一空間濾波模組、一訊號轉換模組、一特徵選取模組及一辨識模組，其中空間濾波(Spatial Filter)亦稱為波束形成(Beam forming)是一種對陣列訊號的時間-空間處理(space-time processing)，其利用該些麥克風元件的空間關係，對欲偵測的特定方向訊號作一增益動作(陣列增益Array-Gain，AG)，並且減弱其他方向訊號的能量，藉以達到分離與預設方向訊號無相關訊號之目的，此處理方式稱為“方向操控”(beam steering)，藉以達到消除干擾訊號與維持待測訊號(signal-of-interest；SOI)不失真的效果。該空間濾波模組藉由一延遲加總濾波器(Delay-and-Sum Beam former；DSB)或一超指向濾波器(Super-directive Beam former；SDB)，來對於該些麥克風元件所偵測的聲音訊號進行濾波處理，其中延遲加總濾波器可為一應用廣泛的波束成型法，其具有演算簡單不複雜的優點，其輸出訊號(b(k,t))係如方程式(1)所示：b(k,t)=1/M * ΣW _i P _i (t-△t(K)).................................(1)

其中Wi為設定之權重係數，Pi為i麥克風所輸出之待處理訊號，△t為時間差，K為波數向量，也就是聲波的傳遞向量，而M為該些麥克風元件的總數量。

當使用超指向濾波器進行訊號的濾波處理時，可使該些麥克風元件的輸出訊號功率最小化，並使陣列增益最大化，藉以解決低頻部分自雜訊被放大的問題，其運算方式雖比延遲加總濾波器較為複雜，但在低頻的指向性比延遲加總濾波器231高，其中方程式(2)為權重向量；W=l ^T (Γ^' _VV +μI)^-1/l ^T (Γ^' _VV +μI)^-1 l..............................(2)

其中Γ _VV 為相干矩陣(coherence matrix)，μ為常數(0~∞)，而l為單位矩陣，將常數整合為一矩陣

。

再者，該空間濾波模組可於該延遲加總濾波器或該超指向濾波器之後整合一後濾波處理器(Post-Filtering)，其中該後濾波處理器係可藉由一偉納濾波器(Wiener Filter)進行訊號的濾波處理，其中該偉納濾波器係為一線性濾波器，可將期望訊號從混合訊號(包含期望訊號與干擾訊號)中還原出來，其中偉納濾波的輸出值(

)，如方程式(3)所示：

其中y(m)為實際量測訊號，

為權重向量

，

為系統輸入值。

該訊號轉換模組與該空間濾波模組電性連接，藉以將經該空間濾波模組過濾後的聲音訊號進行轉換。較佳地，該訊號轉換模組可藉由一小波轉換方程式(Wavelet Transform)、一傅立葉轉換方程式(Fourier Transform)或一快速傅立葉轉換方程式(Fast Fourier Transform；FFT)進行訊號的轉換，該特徵選取模組與該訊號轉換模組電性連接，用以將經該訊號轉換模組處理的聲音訊號進行特徵值的選取(該特徵值的選取數量可為1個以上)。該 辨識模組與該特徵選取模組電性連接，藉以透過各選取的特徵值進行聲音訊號的辨識處理，進而得到刀具的狀態。較佳地，該辨識模組以一費雪線性辨識函數、一類神經網路或一模糊邏輯辨識方程式作為訊號辨識的方法。較佳地，該資料擷取單元與該資料處理單元間設有多個分別與該資料擷取單元電性連接的類比/數位轉換器，藉以將類比訊號轉換成數位訊號。該監控單元與該資料處理單元電性連接並設有一警報器，該警報器與該資料處理單元的辨識模組電性連接，藉以透過該辨識模組的辨識結果，經由該警報器提醒操作者該刀具的狀態(斷裂或磨耗)。將該聲音擷取裝置1之該些麥克風元件安裝於一加工機3之平台31附近的任一位置，藉以對於該加工機3之刀具32進行加工訊號的擷取，其中如圖9所示為該聲音擷取裝置1之該些麥克風元件所偵測到的聲音訊號(包含期望訊號與干擾訊號)經由該資料擷取單元擷取並傳送至該資料處理單元中進行訊號的處理與呈現，在訊號處理過程中，將該聲音擷取裝置之該些麥克風元件所取得之聲音訊號(包含期望訊號與干擾訊號)整合後，如圖9所示透過該空間濾波模組移除非指定方向的聲音訊號(即干擾訊號)，過濾出聲音訊號(即期望訊號)，再將該聲音訊號以小波轉換方程式、傅立葉轉換方程式或快速傅立葉轉換方程式進行轉換處理，待訊號轉換後經由該特徵選取模組進行與刀具32狀態相關特徵值的選取。該聲音擷取裝置之該些麥克風元件所偵測到的聲音訊號經該空間濾波模組的濾波處理後，可有效降低雜訊的干擾，進而準確地還原刀具32的實際加工訊號。較佳地，訊號特徵的選取係採用群組分離法準則計算各特徵值隨刀具32狀態變化之分離度，分離度最高者被選為接續處理之特徵值，該群組分離法準則運用計算群組內及群組間之資料共變異度的方式，來了解每個群組資料彼此間資料的分離程度，進而利用此特性來選取相對磨耗變化分離程度較大者之特徵值，以避免選取不必要的特徵輸入而導致辨識的成效不彰，將選取後的特徵值輸入該辨識模組中，藉由費雪線性辨識函數、類 神經網路或模糊邏輯辨識方程式對於各特徵值進行辨識。當特徵值經該辨識模組辨識後，將該辨識後的特徵值訊號輸出，即可讓使用者即時得知該刀具32的狀態(磨耗)，且可透過傳送訊號至該警報器的方式，告知操作者該刀具32的狀態(斷裂)。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧聲音擷取裝置

2‧‧‧音源

10‧‧‧基板

101‧‧‧表面

11‧‧‧聲音擷取單體陣列

11a~11h‧‧‧聲音擷取單體

111‧‧‧麥克風元件

12‧‧‧光學量測單體

121‧‧‧光學測距元件

13‧‧‧處理模組

133‧‧‧訊號線

134‧‧‧訊號線

15‧‧‧姿態辨識模組

16‧‧‧位置辨識模組

Claims (12)

1. 一種聲音擷取裝置，其用以自動朝向一音源，該聲音擷取裝置，包括：一基板，具有一表面；一光學量測單體，設置於該基板表面上，並包括一光學測距元件以朝向該音源，用以得出該光學測距元件之一相對位置，並得出該光學測距元件之一相對姿態；一聲音擷取單體陣列，也設置於該基板表面上，其中該聲音擷取單體陣列為多個聲音擷取單體，每個聲音擷取單體包括一麥克風元件；以及一處理模組，電性連接該光學量測單體及該聲音擷取單體陣列，用以控制該光學測距元件朝向該音源，並根據該光學測距元件之相對位置及相對姿態、及該每個麥克風元件之相對位置而計算出該每個麥克風元件之相對姿態，藉此該處理模組控制該些麥克風元件分別朝向該音源；其中：該表面定義一第一參考平面，該第一參考平面具有一法線，該法線通過該音源，該法線與該光學測距元件定義一第二參考平面，且該法線與該每個麥克風元件定義一第三參考平面；該光學測距元件之相對位置是指：該光學測距元件與該音源之間的距離；該光學測距元件之相對姿態是指：該光學測距元件朝該音源之方向與該第一參考平面之間的夾角、及該光學測距元件朝該每個麥克風元件之方向與該第二參考平面之間的夾角；該每個麥克風元件之相對位置是指：該每個麥克風元件與該光學測距元件該每個麥克風元件之間的距離；以及 該每個麥克風元件之相對姿態是指：該每個麥克風元件朝該音源之方向與該第一參考平面之間的夾角、及該第二參考平面與該第三參考平面之間的夾角。
2. 如申請專利範圍第1項所述之聲音擷取裝置，其中該每個麥克風元件為指向性麥克風。
3. 如申請專利範圍第1項所述之聲音擷取裝置，其中該光學量測單體更包括：一第一承載基體、一第一旋轉驅動元件、一第二承載基體及一第二旋轉驅動元件，用以改變該光學測距元件之相對姿態。
4. 如申請專利範圍第1項所述之聲音擷取裝置，其中該每個聲音擷取單體更包括：一第三承載基體、一第三旋轉驅動元件、一第四承載基體及一第四旋轉驅動元件，用以改變該每個麥克風元件之相對姿態。
5. 如申請專利範圍第1項所述之聲音擷取裝置，更包括一光學視覺單體，其電性連接該處理模組，並包括一光學視覺元件，用以辨識該音源之位置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之聲音擷取裝置，其中該光學視覺單體更包括：一第五承載基體、一第五旋轉驅動元件、一第六承載基體及一第六旋轉驅動元件，用以改變該光學視覺元件之相對姿態。
7. 如申請專利範圍第1項所述的聲音擷取裝置，更包括一姿態辨識模組，其電性連接該處理模組，並用以感知該聲音擷取裝置之該基板的角度參數，以提供一姿態訊息。
8. 如申請專利範圍第7項所述的聲音擷取裝置，其中該處理模組用以根據該姿態辨識模組所提供的姿態訊息而調整該光學測距元件之角度。
9. 如申請專利範圍第1項所述的聲音擷取裝置，更包括一位置辨識模組，其電性連接該處理模組，並用以感知該光學測距元件 在環境中的參考位置，以提供一位置訊息。
10. 如申請專利範圍第9項所述的聲音擷取裝置，其中該處理模組用以根據該位置辨識模組所提供的位置訊息而調整該光學測距元件之角度。
11. 一種加工機刀具狀態偵測設備，用以安裝於一加工機附近，該加工機刀具狀態偵測設備包括：一聲音擷取裝置，其如申請專利範圍第1項所述之聲音擷取裝置，並設置於該加工機之一刀具附近，其中該加工機之刀具加工所產生的聲音為該音源之聲音；一資料擷取單元，其與該聲音擷取裝置之該些麥克風元件電性連接，用以擷取該些麥克風元件所偵測到的聲音訊號；一資料處理單元，其與該資料擷取單元電性連接，並包括一空間濾波模組、一訊號轉換模組、一特徵選取模組及一辨識模組，其中該空間濾波模組與該資料擷取單元電性連接，該訊號轉換模組與該空間濾波模組電性連接，該特徵選取模組與該訊號轉換模組電性連接，而該辨識模組與該特徵選取模組電性連接；以及一監控單元，與該資料處理單元電性連接，並設有一警報器，該警報器與該資料處理單元之該辨識模組電性連接。
12. 如申請專利範圍第11項所述之加工機刀具狀態偵測設備，其中：該空間濾波模組以一延遲加總濾波器或一超指向濾波器，對於各麥克風感應器所偵測的聲音訊號進行濾波處理；該空間濾波模組在濾波處理之後整合一後濾波處理器，該後濾波處理器以一偉納濾波器進行進一步的訊號濾波處理；該訊號轉換模組由一小波轉換方程式、一傅立葉轉換方程式或一快速傅立葉轉換方程式進行訊號的轉換；該辨識模組以一費雪線性辨識函數、一類神經網路或一模 糊邏輯辨識方程式作為訊號辨識的方法；該資料擷取單元與該資料處理單元之間設有多個與該資料擷取單元電性連接的類比/數位轉換器，藉以將類比訊號轉換成數位訊號；以及該訊號特徵的選取採用群組分離法準則計算各特徵值隨刀具狀態變化之分離度，分離度最高者被選為接續處理之特徵值，該群組分離法準則運用計算群組內及群組間之資料共變異度的方式，來了解每個群組資料彼此間資料的分離程度，進而利用此特性來選取相對磨耗變化分離程度較大者之特徵值，將選取後的特徵值輸入該辨識模組中。

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