一种基于音频分析的标记字符质量检测系统及方法与流程

本发明涉及标记字符检测技术领域，更具体的说是涉及一种基于音频分析的标记字符质量检测系统及方法。

背景技术：

根据国家规定或企业管理的需要，在产品上进行文字、图形等唯一性标识，例如车辆识别代码、发动机代码、出厂编号等，这个过程称为打标。通常具备唯一性，作为产品身份id伴随产品的整个生命周期，对准确性、可读性的要求很高。对标记结果的检查，防止不良品流出，一直以来都是行业内积极探索的方向。

当今，针对标记字符检查的方式有多种，如被大家熟知的基于机器视觉的检查。通过对图像的计算分析来对打标的结果进行检查。

但是，采用基于机器视觉的打标字符检测技术，软硬件、调试及后期维护的成本高，实施的周期长，通常需要专业的技术人员才能完成，同时视觉受光源、安装空间、环境(如振动、油污)等因素影响大，部分场景是无法使用。对安装精度要求高，如果安装发生变化需要重新调试，费时费力费钱。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种基于音频分析的标记字符质量检测系统及方法，能够实现通过音频检测这种方式对字符标记结果进行非接触的检测。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种基于音频分析的标记字符质量检测系统，包括打标设备，所述打标设备包括机体，机体上设有工作台，工作台上设有夹持机构、标记头、拾音器和针总成；所述夹持机构设在工作台的一端，用于固定夹持工件；标记头设在工作台的另一端，针总成正对工件固定安装在标记头内置的电机上，用于向工件的预设位置完成字符打标；所述拾音器面向工件固定安装在夹持机构一侧，拾音器内设有用于采集工件进行字符打标过程中的音频的测量传声器；所述机体内设有标记控制单元和音频检测单元，标记控制单元用于控制标记头驱动针总成完成抬落笔动作进行字符打标，并将抬落笔信号发送至音频检测单元；所述音频检测单元用于控制拾音器采集的音频信号，并根据抬落笔信号进行全局音频特征分析和声音跟随分析，针对分析结果进行打标过程的声音跟随性评定，根据评定数据得出打标字符的质量检测结果。

进一步，所述音频检测单元包括用于进行全局音频特征分析的环境噪音采集模块、合格过程标定模块和检测模块；

所述环境噪音采集模块，用于对打标设备标记过程中的环境噪音测定，并记录测定的环境音参数和标记过程时间；

所述合格过程标定模块，用于对合格的标记过程声音进行采样，根据环境音参数和标记过程时间，对噪声频率段进行降噪，降噪后提取合格标记声音的频率特征；

所述检测模块，用于在打标设备标记过程中记录测定的环境音参数和标记过程时间，对噪声频率段进行降噪，降噪后提取待测标记声音的频率特征，通过与合格标记声音的频率特征比对，得出最终匹配度。

进一步，所述音频检测单元还包括用于进行声音跟随分析的标准分布曲线生成模块、音频跟随曲线生成模块和评定模块；

所述标准分布曲线生成模块，用于实时采集标记头抬落笔信号，获取标记过程中每次抬落笔的时间点和时长，生成标准分布曲线，作为声音跟随的判定标准；所述音频跟随曲线生成模块，用于标记过程中同步实时采集声音，根据全局音频特征分析中生成的合格标记声音的频率特征，通过设定阈值的方式判定声音的出现和消失的时间点和时长，最终生成采集的音频跟随曲线；

所述评定模块，用于对标准分布曲线和音频跟随曲线在时间轴进行对齐处理，对标准分布曲线和音频跟随曲线对比，完成声音的跟随性评定。

进一步，所述音频检测单元还包括结果输出模块；

所述结果输出模块，用于对全局音频特征分析得出的最终匹配度与预设匹配度阈值比较，若大于等于，标记字符的全局检测通过；否则，标记字符存在异常；还用于对进行声音跟随分析的声音的跟随性评定进行分析，若标准分布曲线和音频跟随曲线相同，则对应的标记字符正常；若标准分布曲线和音频跟随曲线存在差异点，则与差异点对应的标记字符笔划缺失。

相应的，本发明还公开了一种基于音频分析的标记字符质量检测方法，包括：

采集标记头在标记过程中发出的抬落笔信号和拾音器标记过程中接收的音频信号；

根据所述音频信号进行全局音频特征分析；

根据所述音频信号和抬落笔信号进行声音跟随分析；

针对全局音频特征分析和声音跟随分析的分析结果进行打标过程的声音跟随性评定，根据评定数据得出打标字符的质量检测结果。

进一步，所述根据音频信号进行全局音频特征分析包括如下步骤：

s601：对打标设备标记过程中的环境噪音测定，并记录测定的环境音参数和标记过程时间；

s602：对合格的标记过程声音进行采样，根据环境音参数和标记过程时间，对噪声频率段进行降噪，降噪后提取合格标记声音的频率特征；

s603：在打标设备标记过程中记录测定的环境音参数和标记过程时间，对噪声频率段进行降噪，降噪后提取待测标记声音的频率特征，通过与合格标记声音的频率特征比对，得出最终匹配度。

进一步，所述根据音频信号和抬落笔信号进行声音跟随分析包括如下步骤：

s701：实时采集标记头抬落笔信号，获取标记过程中每次抬落笔的时间点和时长，生成标准分布曲线，作为声音跟随的判定标准；

s702：标记过程中同步实时采集声音，根据全局音频特征分析中生成的合格标记声音的频率特征，通过设定阈值的方式判定声音的出现和消失的时间点和时长，最终生成采集的音频跟随曲线；

s703：对标准分布曲线和音频跟随曲线在时间轴进行对齐处理，对标准分布曲线和音频跟随曲线对比，完成声音的跟随性评定。

进一步，所述步骤s601具体为：

在预设测定时间内对环境噪音进行采样，采样过程中对音频实时进行fft变换得到对应的频谱，计算各频率累计的强度值，采样结束后根据噪声在各频率的平均强度，自动标注背景噪声的频率区间、平均强度值。

进一步，所述步骤s602具体为：

对合格的标记过程声音进行采样，根据环境音参数和标记过程时间，对噪声频率段进行降噪，降噪后提取合格标记声音的频率特征，并根据强度在各频段得分布情况计算各频段的权重。

进一步，还包括：

对全局音频特征分析得出的最终匹配度与预设匹配度阈值比较，若大于等于，标记字符的全局检测通过；否则，标记字符存在异常；

对进行声音跟随分析的声音的跟随性评定进行分析，若标准分布曲线和音频跟随曲线相同，则对应的标记字符正常；若标准分布曲线和音频跟随曲线存在差异点，则与差异点对应的标记字符笔划缺失。

对比现有技术，本发明有益效果在于：本发明提供了一种基于音频分析的标记字符质量检测系统及方法，通过音频检测这种方式对标记结果进行非接触的检测，将音频检测分为全局音频特征分析和声音跟随分析两个维度，通过全局音频特征实现了达标字符的全局性监测，通过声音跟随分析实现了打标字符的漏笔划检查，使检测可以精确到字符的每个笔划。

本发明相比视觉检查成本低，实施周期短，易于操作和维护，能够应对一些恶劣的工业现场环境，部署的灵活性更高。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是本发明的系统结构图；

附图3是本发明的全局音频特征分析的方法流程图。

附图4是本发明的声音跟随分析的方法流程图。

图中，1为夹持机构；2为工件；3为拾音器；4为针总成；5为标记头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做出说明。

如图1所示的一种基于音频分析的标记字符质量检测系统，包括打标设备，所述打标设备包括机体，机体上设有工作台，工作台上设有夹持机构1、标记头5、拾音器3和针总成4；所述夹持机构1设在工作台的一端，用于固定夹持工件2；标记头5设在工作台的另一端，针总成4正对工件2固定安装在标记头5内置的电机上，用于向工件2的预设位置完成字符打标；所述拾音器3面向工件固定安装在夹持机构一侧，拾音器3内设有用于采集工件进行字符打标过程中的音频的测量传声器。

如图2所示，机体内设有标记控制单元和音频检测单元，标记控制单元用于控制标记头驱动针总成完成抬落笔动作进行字符打标，并将抬落笔信号发送至音频检测单元；所述音频检测单元用于控制拾音器采集的音频信号，并根据抬落笔信号进行全局音频特征分析和声音跟随分析，针对分析结果进行打标过程的声音跟随性评定，根据评定数据得出打标字符的质量检测结果。

音频检测单元包括环境噪音采集模块、合格过程标定模块、检测模块、标准分布曲线生成模块、音频跟随曲线生成模块、评定模块和结果输出模块，其中，环境噪音采集模块、合格过程标定模块和检测模块用于行全局音频特征分析，标准分布曲线生成模块、音频跟随曲线生成模块和评定模块用于进行声音跟随分析。

具体来说：

所述环境噪音采集模块，用于对打标设备标记过程中的环境噪音测定，并记录测定的环境音参数和标记过程时间。

所述合格过程标定模块，用于对合格的标记过程声音进行采样，根据环境音参数和标记过程时间，对噪声频率段进行降噪，降噪后提取合格标记声音的频率特征。

所述检测模块，用于在打标设备标记过程中记录测定的环境音参数和标记过程时间，对噪声频率段进行降噪，降噪后提取待测标记声音的频率特征，通过与合格标记声音的频率特征比对，得出最终匹配度。

所述标准分布曲线生成模块，用于实时采集标记头抬落笔信号，获取标记过程中每次抬落笔的时间点和时长，生成标准分布曲线，作为声音跟随的判定标准。

所述音频跟随曲线生成模块，用于标记过程中同步实时采集声音，根据全局音频特征分析中生成的合格标记声音的频率特征，通过设定阈值的方式判定声音的出现和消失的时间点和时长，最终生成采集的音频跟随曲线。

所述评定模块，用于对标准分布曲线和音频跟随曲线在时间轴进行对齐处理，对标准分布曲线和音频跟随曲线对比，完成声音的跟随性评定。

所述结果输出模块，用于对全局音频特征分析得出的最终匹配度与预设匹配度阈值比较，若大于等于，标记字符的全局检测通过；否则，标记字符存在异常；还用于对进行声音跟随分析的声音的跟随性评定进行分析，若标准分布曲线和音频跟随曲线相同，则对应的标记字符正常；若标准分布曲线和音频跟随曲线存在差异点，则与差异点对应的标记字符笔划缺失。

相应的，本发明还公开了一种基于音频分析的标记字符质量检测方法，包括：

采集标记头在标记过程中发出的抬落笔信号和拾音器标记过程中接收的音频信号。

根据所述音频信号进行全局音频特征分析。

根据所述音频信号和抬落笔信号进行声音跟随分析。

针对全局音频特征分析和声音跟随分析的分析结果进行打标过程的声音跟随性评定，根据评定数据得出打标字符的质量检测结果。

其中，打标字符的质量检测结果包括两部分：1、对全局音频特征分析得出的最终匹配度与预设匹配度阈值比较，若大于等于，标记字符的全局检测通过；否则，标记字符存在异常。2、对进行声音跟随分析的声音的跟随性评定进行分析，若标准分布曲线和音频跟随曲线相同，则对应的标记字符正常；若标准分布曲线和音频跟随曲线存在差异点，则与差异点对应的标记字符笔划缺失。

基于前述的基于音频分析的标记字符质量检测方法，前述的全局音频特征分析包括如下步骤：

s601：对打标设备标记过程中的环境噪音测定，并记录测定的环境音参数和标记过程时间。

本步骤的目的为对设备的环境噪音进行测定。测定过程大约60秒，期间对环境噪音进行采样。采样过程中对音频实时进行fft变换得到对应的频谱，计算各频率累计的强度值，采样结束后系统根据噪声在各频率的平均强度，自动标注背景噪声的频率区间、平均强度值。注:平均强度只是对时间取得平均。

s602：对合格的标记过程声音进行采样，根据环境音参数和标记过程时间，对噪声频率段进行降噪，降噪后提取合格标记声音的频率特征。

本步骤的目的为对合格的标记过程声音进行采样，根据s601测定的环境音参数和标记过程时间，对噪音频率段进行精确降噪，降噪后提取合格标记声音的频率特征，并根据强度在各频段得分布情况计算各频段的权重，目的是让合格标记中强度高的特征在后续评定中发挥更重要的作用。

s603：在打标设备标记过程中记录测定的环境音参数和标记过程时间，对噪声频率段进行降噪，降噪后提取待测标记声音的频率特征，通过与合格标记声音的频率特征比对，得出最终匹配度。

实际检测过程中也是需要利用步骤s601测定的环境音参数和标记过程时间，对噪音频率段进行精确降噪，降噪后提取待测过程的频率特征，在特征值强度方向上进行归一化(根据最大最小值进行整体波形的放缩)，最后根据各频率与步骤s602中的标定值得插值和权重来计算最终匹配度。

基于前述的基于音频分析的标记字符质量检测方法，前述的声音跟随分析包括如下步骤：

s701：实时采集标记头抬落笔信号，获取标记过程中每次抬落笔的时间点和时长，生成标准分布曲线，作为声音跟随的判定标准。

标记字符的过程是由标记控制系统根据字库中字体的模型，控制标记头中电机运动和抬落笔信号来完成字符的打标，字符的每个笔划都经历了一次落笔和一次抬笔，落笔后针头打击工件产生声音。检测系统实时采集标记头抬落笔信号，精确获取标记过程中每次抬落笔的时间点和时长作为声音跟随的判定标准，称之为标准分布曲线。

s702：标记过程中同步实时采集声音，根据全局音频特征分析中生成的合格标记声音的频率特征，通过设定阈值的方式判定声音的出现和消失的时间点和时长，最终生成采集的音频跟随曲线。

检测系统在标记过程中同步实时采集声音，根据全局音频特征分析中对标记声音判定权重最高的几个频率进行分析，通过设定阈值的方式判定声音的出现(对应落笔信号)和消失(对应抬笔信号)的时间点和时长，最终形成采集的音频跟随曲线。

s703：对标准分布曲线和音频跟随曲线在时间轴进行对齐处理，对标准分布曲线和音频跟随曲线对比，完成声音的跟随性评定。

考虑到机械机构相对电信号的滞后性，需要对两组曲线在时间轴进行对齐处理，最后对标记抬落笔曲线和音频曲线的对比，可以对声音的跟随性进行评定。实现了对每个字符笔划的检测，极大提高了检测的精度。

综上，本发明提供的一种基于音频分析的标记字符质量检测方法，其主要过程包括音频采集、降噪、频谱分析、特征提取、错误检查、结果输出。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。

同理，在本发明各个实施例中的各处理单元可以集成在一个功能模块中，也可以是各个处理单元物理存在，也可以两个或两个以上处理单元集成在一个功能模块中。

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

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