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JP5027859B2 - Signal identification method and signal identification apparatus - Google Patents
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JP5027859B2 - Signal identification method and signal identification apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、検査対象の状態を検査するために用いられる信号識別方法および信号識別装置に関する。   The present invention relates to a signal identification method and a signal identification device used for inspecting the state of an inspection object.

従来から、検査対象の状態を検査する信号識別装置として、検査用信号から抽出された複数の特徴量を学習済みのニューラルネットワークに入力することによって、検査対象が正常状態であるか否かの判定を行う装置が知られている(例えば特許文献1参照)。この信号識別装置は、上記判定を行う前にニューラルネットワークを学習させる必要がある。このため、従来の信号識別装置は、学習用信号として、検査対象が正常状態であるときに検出された正常信号(正常サンプル)と、検査対象が異常状態であるときに検出された異常信号(異常サンプル)とを収集して、正常信号および異常信号のそれぞれから複数の特徴量を抽出し、上記複数の特徴量をニューラルネットワークに入力して上記ニューラルネットワークを学習させている。   Conventionally, as a signal identification device for inspecting the state of an inspection object, whether or not the inspection object is in a normal state by inputting a plurality of feature amounts extracted from the inspection signal to a learned neural network There is known an apparatus for performing (see, for example, Patent Document 1). This signal identification device needs to learn a neural network before making the above determination. For this reason, the conventional signal identification device uses, as a learning signal, a normal signal (normal sample) detected when the inspection target is in a normal state and an abnormal signal (normal sample) detected when the inspection target is in an abnormal state ( Abnormal samples), a plurality of feature quantities are extracted from each of the normal signal and the abnormal signal, and the plurality of feature quantities are input to the neural network to learn the neural network.

また、他の例として、学習用信号として正常信号のみを用いてニューラルネットワークを学習させる信号識別装置が知られている(例えば特許文献2参照)。この信号識別装置では、正常信号に比べて収集が困難である異常信号を必要としないので、学習用信号を簡単に用意することができ、ニューラルネットワークの学習を容易に行うことができる。   As another example, a signal identification device that learns a neural network using only normal signals as learning signals is known (see, for example, Patent Document 2). Since this signal identification device does not require an abnormal signal that is difficult to collect as compared with a normal signal, a learning signal can be easily prepared, and a neural network can be easily learned.

特許第3778177号公報Japanese Patent No. 3778177 特許第4241818号公報Japanese Patent No. 4241818

しかしながら、従来の信号識別装置では、各学習用信号から抽出範囲(抽出条件)ごとに抽出される複数の特徴量のうち、いずれの抽出範囲の特徴量が判定に大きな影響を及ぼすのかが容易には認識できないため、検査に必要な特徴量の抽出範囲の組み合わせを決定するのに試行錯誤し、上記組み合わせを容易に決定することができなかった。   However, in the conventional signal identification device, it is easy to determine which feature amount of the extraction range among the plurality of feature amounts extracted for each extraction range (extraction condition) from each learning signal has a large influence on the determination. Therefore, it was difficult to determine the above combination by trial and error in determining a combination of extraction ranges of feature amounts necessary for inspection.

また、従来の信号識別装置では、ユーザの要望に対して検査精度が十分ではなく、特にいずれの学習用信号とも全く異なる信号が検査用信号として入力されると、誤判定を起こすことがあった。   Further, in the conventional signal identification device, the inspection accuracy is not sufficient for the user's request, and in particular, when a signal completely different from any learning signal is input as the inspection signal, an erroneous determination may occur. .

本発明は上記の点に鑑みて為され、本発明の目的は、検査領域となる抽出範囲の組み合わせを自動的に選択するとともに検査精度を向上させることができる信号識別方法および信号識別装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a signal identification method and a signal identification apparatus capable of automatically selecting a combination of extraction ranges as inspection regions and improving inspection accuracy. There is to do.

請求項1に係る信号識別方法の発明は、正常信号と非正常信号とを含む複数の学習用信号を用いて、検査対象の状態を検査するための検査基準を作成する学習と、前記検査対象の状態を表わす検査用信号と前記検査基準とを用いて、前記検査対象の状態を判定する検査とを行う信号識別方法であって、学習時に、前記複数の学習用信号から、予め設定された抽出範囲ごとに特徴量を抽出する第1のステップと、各学習用信号の各抽出範囲の特徴量を用いて、前記検査に用いる抽出範囲の組み合わせを検査領域として選択する第2のステップと、前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を用いて前記検査基準を設定する第3のステップと、検査時に、前記検査用信号から前記抽出範囲ごとに特徴量を抽出し、抽出した各抽出範囲の特徴量から前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を選択し、選択した特徴量と前記検査基準とを用いて前記検査対象の状態を検査する第4のステップとを有し、前記第2のステップでは、各学習用信号に重みを設定し、前記重みを変更するごとに、各抽出範囲において、各学習用信号の特徴量を用いて、判定基準を変更しながら各特徴量の当該判定基準への照合を行うことによって、各学習用信号がそれぞれ正常信号であるか否かを判定し、前記判定基準ごとに、誤判定した学習用信号の重みを用いて誤判定率を算出し、前記抽出範囲ごとに、前記誤判定率が最小となる判定基準を適用した識別器候補を作成し、前記重みを変更するごとに、前記抽出範囲ごとに作成した前記識別器候補の中から前記誤判定率が最小である識別器候補を識別器として選択し、前記識別器ごとに前記誤判定率を用いて信頼度を算出し、各識別器の抽出範囲の組み合わせを前記検査領域とし、前記第3のステップでは、各学習用信号において、前記検査領域の各抽出範囲ごとに、前記特徴量と前記信頼度との積を算出して学習用データとし、各学習用データをそれぞれ競合学習型ニューラルネットワークに入力して当該競合学習型ニューラルネットワークを学習させ、当該競合学習型ニューラルネットワークの出力層ニューロンをカテゴリに対応付けているクラスタリングマップを作成し、作成したクラスタリングマップを用いて前記検査基準を設定し、前記第4のステップでは、前記検査用信号における前記検査領域の各抽出範囲の特徴量と前記信頼度との積を算出して検査用データとし、前記検査用データと前記検査基準とを比較して前記検査対象が正常状態であるか否かを判定することを特徴とする。   The invention of the signal identification method according to claim 1 includes learning for creating an inspection reference for inspecting a state of an inspection object using a plurality of learning signals including a normal signal and an abnormal signal, and the inspection object A signal identification method for performing an inspection for determining the state of the inspection object using an inspection signal representing the state of the inspection and the inspection standard, and is preset from the plurality of learning signals at the time of learning A first step of extracting a feature amount for each extraction range; a second step of selecting a combination of extraction ranges used for the inspection as an inspection region using the feature amount of each extraction range of each learning signal; A third step of setting the inspection standard using the feature amount of each extraction range of the inspection region, and extracting a feature amount for each extraction range from the inspection signal at the time of inspection; From the feature amount, A fourth step of selecting a feature amount of each extraction range of the region, and inspecting the state of the inspection target using the selected feature amount and the inspection reference, and in the second step, each learning Each time a weight is set for a signal for use, and each time the weight is changed, the feature amount of each learning signal is used in each extraction range, and each feature amount is checked against the determination criterion while changing the criterion. Thus, it is determined whether or not each learning signal is a normal signal, and an erroneous determination rate is calculated using the weight of the erroneously determined learning signal for each of the determination criteria. A discriminator candidate to which a discriminator candidate to which a judgment criterion that minimizes the misjudgment rate is applied is created and the weight is changed, and the discriminator candidate having the smallest misjudgment rate among the discriminator candidates created for each extraction range. And select The reliability is calculated using the misjudgment rate for each separate device, and the combination of the extraction ranges of the discriminators is set as the inspection region. In the third step, each extraction range of the inspection region is included in each learning signal. Each time, the product of the feature value and the reliability is calculated as learning data, and each learning data is input to a competitive learning type neural network to learn the competitive learning type neural network, and the competitive learning A clustering map in which the output layer neurons of the neural network are associated with categories, the inspection standard is set using the created clustering map, and in the fourth step, the inspection region of the inspection signal in the inspection signal is set. The product of the feature value of each extraction range and the reliability is calculated as inspection data, and the inspection data and the inspection standard To determine whether or not the inspection object is in a normal state.

この発明によれば、各学習用信号の特徴量を用いて、判定基準を変更しながら各特徴量と上記判定基準とを照合させて、各学習用信号が正常信号であるか否かを判定したときの誤判定率を算出し、誤判定率が小さくなるような抽出範囲の組み合わせを検査領域として選択することによって、検査領域となる抽出範囲の組み合わせを自動的に選択することができる。   According to the present invention, using the feature amount of each learning signal, it is determined whether each learning signal is a normal signal by collating each feature amount with the above determination criterion while changing the determination criterion. By calculating the misjudgment rate at that time and selecting a combination of extraction ranges that reduces the misjudgment rate as the inspection region, it is possible to automatically select a combination of extraction ranges to be the inspection region.

また、この発明によれば、学習時に各学習用信号の特徴量と各識別器の信頼度との積を用いて競合学習型ニューラルネットワークを学習させ、検査時に検査用信号の特徴量と各識別器の信頼度との積を用いて検査対象の状態を判定することによって、検査精度を向上させることができる。   Further, according to the present invention, the competitive learning type neural network is trained using the product of the feature amount of each learning signal and the reliability of each discriminator at the time of learning, and the feature amount of the inspection signal and each discrimination at the time of inspection Inspection accuracy can be improved by determining the state of the inspection object using the product of the reliability of the device.

請求項2に係る信号識別方法の発明は、請求項1の発明において、前記第2のステップでは、前記重みを変更するごとに、各抽出範囲において、各学習用信号の特徴量を昇順または降順に並び替え、並び替えた各特徴量を順に閾値に設定し、各特徴量と前記閾値との大小関係を比較して、前記判定基準を変更しながら各特徴量の当該判定基準への照合を行うことによって、各学習用信号がそれぞれ正常信号であるか否かを判定し、前記判定基準ごとに、誤判定した学習用信号の重みの総和を前記誤判定率として算出し、前記識別器を選択するごとに、前記識別器によって誤判定された学習用信号の重みを増加させ、前記第3のステップでは、前記競合学習型ニューラルネットワークの学習後に、各学習用データを前記競合学習型ニューラルネットワークに再入力し、前記学習用データごとに、前記クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンにおいて、前記学習用データと重みベクトルとの間の距離を求め、前記クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンに対して、各学習用データと前記重みベクトルとから求めた複数の距離により決定した分散、および前記重みベクトルである平均値により定義したガウス関数を設定し、前記クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンに対するガウス関数の設定後に、各学習用データを前記競合学習型ニューラルネットワークに再入力し、前記学習用データごとに、前記クラスタリングマップ上のすべての出力層ニューロンのガウス関数値の総和を求め、すべての学習用データに関する前記ガウス関数値の総和の分布から前記検査基準として検査用閾値を設定し、前記第4のステップでは、前記検査用データを前記ガウス関数へ入力して当該検査用データに関するガウス関数値の総和を求め、前記検査用データに関するガウス関数値の総和が前記検査用閾値未満である場合、前記検査対象が正常状態ではないと判定することを特徴とする。   The signal identification method according to a second aspect of the present invention is the signal identification method according to the first aspect, wherein in the second step, each time the weight is changed, the feature amount of each learning signal is increased or decreased in each extraction range. Are sorted in order, each sorted feature quantity is set as a threshold value in order, the magnitude relationship between each feature quantity and the threshold value is compared, and each feature quantity is checked against the judgment criterion while changing the judgment criterion. To determine whether each learning signal is a normal signal, calculate the sum of the weights of erroneously determined learning signals as the erroneous determination rate for each of the determination criteria, and select the discriminator Each time, the weight of the learning signal erroneously determined by the discriminator is increased. In the third step, after learning by the competitive learning type neural network, each learning data is transferred to the competitive learning type neural network. For each learning data, in each output layer neuron on the clustering map, find the distance between the learning data and the weight vector, and for each output layer neuron on the clustering map Then, a variance determined by a plurality of distances obtained from each learning data and the weight vector, and a Gaussian function defined by an average value as the weight vector are set, and a Gaussian for each output layer neuron on the clustering map is set. After the function is set, each learning data is re-input to the competitive learning type neural network, and for each learning data, the sum of Gaussian function values of all output layer neurons on the clustering map is obtained, and all learning is performed. The inspection standard from the distribution of the sum of the Gaussian function values for the data In the fourth step, the inspection data is input to the Gaussian function to obtain a sum of Gaussian function values related to the inspection data, and the Gaussian function value related to the inspection data is calculated. When the sum is less than the inspection threshold, it is determined that the inspection target is not in a normal state.

この発明によれば、異常信号である検査用信号や学習用信号とかけ離れた検査用信号が入力された際に、検査対象が正常状態ではないと判定し、検査対象が正常状態であると誤判定するのを防止することができるので、検査精度を向上させることができる。   According to the present invention, when an inspection signal that is an abnormal signal or an inspection signal that is far from a learning signal is input, it is determined that the inspection target is not in a normal state, and it is erroneously determined that the inspection target is in a normal state. Since the determination can be prevented, the inspection accuracy can be improved.

請求項3に係る信号識別方法の発明は、請求項2の発明において、前記第4のステップでは、前記検査用データに関するガウス関数値の総和が前記検査用閾値未満である場合、前記検査対象が異常状態であると判定し、前記検査用データに関するガウス関数値の総和が前記検査用閾値以上である場合、前記検査対象が正常状態であると判定することを特徴とする。   The signal identification method according to a third aspect of the present invention is the signal identification method according to the second aspect, wherein in the fourth step, when the sum of Gaussian function values related to the inspection data is less than the inspection threshold, the inspection object is It is determined that the inspection target is in an abnormal state, and when the sum of Gaussian function values related to the inspection data is equal to or greater than the inspection threshold value, it is determined that the inspection target is in a normal state.

この発明によれば、異常信号である検査用信号や学習用信号とかけ離れた検査用信号が入力された際に、検査対象が異常状態であると判定し、検査対象が正常状態であると誤判定するのを防止することができるので、検査精度をより向上させることができる。   According to the present invention, when an inspection signal that is an abnormal signal or an inspection signal that is far from a learning signal is input, it is determined that the inspection target is in an abnormal state, and it is erroneously determined that the inspection target is in a normal state. Since the determination can be prevented, the inspection accuracy can be further improved.

請求項4に係る信号識別方法の発明は、請求項2の発明において、前記第4のステップでは、前記検査用データに関するガウス関数値の総和が前記検査用閾値未満である場合、前記検査対象が未知状態であると判定し、各識別器において、前記検査用データを前記判定基準に照合して、前記検査用信号が正常信号であるか異常信号であるかを判定し、前記検査データに関するガウス関数値の総和が前記検査用閾値以上であって、前記検査用信号が正常信号であると判定した識別器の信頼度の総和が、前記検査用信号が異常信号であると判定した識別器の信頼度の総和以上である場合、前記検査対象が正常状態であると判定し、前記検査データに関するガウス関数値の総和が前記検査用閾値以上であって、前記検査用信号が正常信号であると判定した識別器の信頼度の総和が、前記検査用信号が異常信号であると判定した識別器の信頼度の総和未満である場合、前記検査対象が異常状態であると判定することを特徴とする。   The signal identification method according to a fourth aspect of the present invention is the signal identification method according to the second aspect, wherein, in the fourth step, if the sum of Gaussian function values related to the inspection data is less than the inspection threshold, the inspection object is It is determined that the state is unknown, and in each discriminator, the inspection data is checked against the determination criterion to determine whether the inspection signal is a normal signal or an abnormal signal, and a Gaussian relating to the inspection data is obtained. The sum of the function values is equal to or greater than the inspection threshold, and the total reliability of the discriminator determined to be the normal signal is that of the discriminator determined to be that the inspection signal is an abnormal signal. If the reliability is greater than or equal to the sum of reliability, it is determined that the inspection target is in a normal state, the sum of Gaussian function values related to the inspection data is greater than or equal to the inspection threshold, and the inspection signal is a normal signal. Size If the sum of the reliability of the discriminator is less than the sum of the reliability of the discriminator determined that the inspection signal is an abnormal signal, it is determined that the inspection target is in an abnormal state. .

この発明によれば、学習用信号とかけ離れた検査用信号が入力された際に、検査対象が未知状態であると判定することによって、検査対象が正常状態または異常状態であると誤判定するのを防止することができるので、検査精度を向上させることができる。また、異常状態と未知状態とを区別することによって、未知状態と判定された検査用信号に対して検討を加えることで検査対象の状態変化を捉えることができる。さらに、未知状態を異常状態と区別することによって、背景ノイズなどの外乱要因を特定することができ、動作環境改善の指針を与えることができる。   According to the present invention, when an inspection signal that is far from the learning signal is input, it is erroneously determined that the inspection object is in a normal state or an abnormal state by determining that the inspection object is in an unknown state. Therefore, inspection accuracy can be improved. In addition, by distinguishing between the abnormal state and the unknown state, it is possible to capture the change in the state of the inspection object by examining the inspection signal determined to be the unknown state. Furthermore, by distinguishing the unknown state from the abnormal state, it is possible to specify a disturbance factor such as background noise, and to provide a guideline for improving the operating environment.

請求項5に係る信号識別方法の発明は、正常信号と非正常信号とを含む複数の学習用信号を用いて、検査対象の状態を検査するための検査基準を作成する学習と、前記検査対象の状態を表わす検査用信号と前記検査基準とを用いて、前記検査対象の状態を判定する検査とを行う信号識別方法であって、学習時に、前記複数の学習用信号から、予め設定された抽出範囲ごとに特徴量を抽出する第1のステップと、各学習用信号の各抽出範囲の特徴量を用いて、前記検査に用いる抽出範囲の組み合わせを検査領域として選択する第2のステップと、前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を用いて前記検査基準を設定する第3のステップと、検査時に、前記検査用信号から前記抽出範囲ごとに特徴量を抽出し、抽出した各抽出範囲の特徴量から前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を選択し、選択した特徴量と前記検査基準とを用いて前記検査対象の状態を検査する第4のステップとを有し、前記第2のステップでは、各学習用信号の特徴量を学習用データとし、各学習用信号に重みを設定し、前記重みを変更するごとに、各抽出範囲において、各学習用信号の特徴量をそれぞれ競合学習型ニューラルネットワークに入力して当該競合学習型ニューラルネットワークを学習させ、当該競合学習型ニューラルネットワークの出力層ニューロンをカテゴリに対応付けているクラスタリングマップを作成して閾値を設定し、各学習用信号の特徴量と前記閾値とを比較して、各学習用信号が正常信号であるか否かを判定し、誤判定した学習用信号の重みの総和を誤判定率として算出し、前記閾値を判定基準に適用した識別器候補を作成し、前記重みを変更するごとに、前記抽出範囲ごとに作成した前記識別器候補の中から前記誤判定率が最小である識別器候補を識別器として選択し、前記識別器ごとに前記誤判定率を用いて信頼度を算出し、各識別器の抽出範囲の組み合わせを前記検査領域とし、前記第3のステップでは、各学習用データを各識別器に入力し、前記学習用データごとに前記信頼度の総和を求め、すべての学習用データに関する前記信頼度の総和の分布から前記検査基準として検査用閾値を設定し、前記第4のステップでは、前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を検査用データとし、各識別器において、前記検査用データを前記判定基準に照合して、前記検査用信号が正常信号であるか否かを判定し、すべての識別器の信頼度の総和が前記検査用閾値以上であって、前記検査用信号が正常信号であると判定した識別器の信頼度の総和が、前記検査用信号が異常信号であると判定した識別器の信頼度の総和以上である場合、前記検査対象が正常状態であると判定することを特徴とする。   The invention of the signal identification method according to claim 5 includes: learning for creating an inspection reference for inspecting a state of an inspection object using a plurality of learning signals including a normal signal and an abnormal signal; and the inspection object A signal identification method for performing an inspection for determining the state of the inspection object using an inspection signal representing the state of the inspection and the inspection standard, and is preset from the plurality of learning signals at the time of learning A first step of extracting a feature amount for each extraction range; a second step of selecting a combination of extraction ranges used for the inspection as an inspection region using the feature amount of each extraction range of each learning signal; A third step of setting the inspection standard using the feature amount of each extraction range of the inspection region, and extracting a feature amount for each extraction range from the inspection signal at the time of inspection; From the feature amount, A fourth step of selecting a feature amount of each extraction range of the region, and inspecting the state of the inspection target using the selected feature amount and the inspection reference, and in the second step, each learning The feature amount of the learning signal is used as learning data, and a weight is set for each learning signal. Each time the weight is changed, the feature amount of each learning signal is input to the competitive learning type neural network in each extraction range. And learning the competitive learning type neural network, creating a clustering map in which the output layer neurons of the competitive learning type neural network are associated with categories, setting thresholds, and determining the feature quantities of each learning signal and the thresholds To determine whether each learning signal is a normal signal, calculate the sum of the weights of the erroneously determined learning signals as an erroneous determination rate, and determine the threshold value Create a classifier candidate applied to the quasi, and each time the weight is changed, the classifier candidate having the smallest error determination rate is selected as a classifier from the classifier candidates created for each extraction range, The reliability is calculated using the misjudgment rate for each classifier, the combination of extraction ranges of each classifier is set as the inspection region, and in the third step, each learning data is input to each classifier, The sum of the reliability is obtained for each of the learning data, an inspection threshold is set as the inspection standard from the distribution of the reliability total for all the learning data, and in the fourth step, the inspection area The feature quantity of each extraction range is used as inspection data, and in each discriminator, the inspection data is checked against the determination criterion to determine whether the inspection signal is a normal signal, and all the discriminators Of reliability The sum of the reliability of the discriminator determined that the sum is equal to or greater than the inspection threshold and the inspection signal is a normal signal is the reliability of the discriminator determined that the inspection signal is an abnormal signal. When the sum is equal to or greater than the sum, it is determined that the inspection target is in a normal state.

この発明によれば、各学習用信号の特徴量を用いて、判定基準を変更しながら各特徴量と上記判定基準とを照合させて、各学習用信号が正常信号であるか否かを判定したときの誤判定率を算出し、誤判定率が小さくなるような抽出範囲の組み合わせを用いることによって、検査領域となる抽出範囲の組み合わせを自動的に選択することができる。   According to the present invention, using the feature amount of each learning signal, it is determined whether each learning signal is a normal signal by collating each feature amount with the above determination criterion while changing the determination criterion. By calculating the misjudgment rate at this time and using combinations of extraction ranges that reduce the misjudgment rate, it is possible to automatically select a combination of extraction ranges to be an inspection region.

また、この発明によれば、検査時に各識別器の信頼度を用いて検査対象の状態を判定することによって、検査精度を向上させることができる。   Moreover, according to this invention, a test | inspection precision can be improved by determining the state of a test object using the reliability of each discriminator at the time of a test | inspection.

請求項6に係る信号識別装置の発明は、請求項5の発明において、前記第2のステップでは、前記競合学習型ニューラルネットワークの学習後に、各学習用データを当該競合学習型ニューラルネットワークに再入力し、前記学習用データごとに、前記クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンにおいて、前記学習用データと重みベクトルとの間の距離を求め、前記クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンに対して、各学習用データと前記重みベクトルとから求めた複数の距離により決定した分散、および前記重みベクトルである平均値により定義したガウス関数を設定し、前記クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンに対するガウス関数の設定後に、各学習用データを前記競合学習型ニューラルネットワークに再入力し、前記学習用データごとに、前記クラスタリングマップ上のすべての出力層ニューロンのガウス関数値の総和を求め、すべての学習用データに関する前記ガウス関数値の総和の分布から前記閾値を設定し、前記識別器を選択するごとに、前記識別器によって誤判定された学習用信号の重みを増加させ、前記第4のステップでは、前記信頼度の総和が前記検査用閾値未満である場合、前記検査対象が未知状態であると判定し、前記信頼度の総和が前記検査用閾値以上であって、前記検査用信号が正常信号であると判定した識別器の信頼度の総和が、前記検査用信号が異常信号であると判定した識別器の信頼度の総和未満である場合、前記検査対象が異常状態であると判定することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the signal identification device according to the fifth aspect, wherein in the second step, after learning by the competitive learning type neural network, each learning data is re-input to the competitive learning type neural network. Then, for each learning data, in each output layer neuron on the clustering map, a distance between the learning data and a weight vector is obtained, and each learning is performed for each output layer neuron on the clustering map. After setting the Gaussian function for each output layer neuron on the clustering map, setting the variance determined by the plurality of distances obtained from the data for use and the weight vector, and the Gaussian function defined by the average value that is the weight vector , Re-enter each learning data into the competitive learning neural network, For each learning data, obtain the sum of Gaussian function values of all output layer neurons on the clustering map, set the threshold from the distribution of the sum of Gaussian function values for all learning data, and set the discriminator Each time the selection is performed, the weight of the learning signal erroneously determined by the discriminator is increased, and in the fourth step, when the sum of the reliability is less than the inspection threshold, the inspection target is in an unknown state The sum of the reliability is equal to or greater than the inspection threshold value, and the sum of the reliability of the discriminator determined that the inspection signal is a normal signal is the abnormal signal. If the reliability of the classifier determined to be less than the total sum of reliability, the test object is determined to be in an abnormal state.

この発明によれば、学習用信号とかけ離れた検査用信号が入力された際に、検査対象が未知状態であると判定することによって、検査対象が正常状態または異常状態であると誤判定するのを防止することができるので、検査精度を向上させることができる。また、異常状態と未知状態とを区別することによって、未知状態と判定された検査用信号に対して検討を加えることで検査対象の状態変化を捉えることができる。さらに、未知状態を異常状態と区別することによって、背景ノイズなどの外乱要因を特定することができ、動作環境改善の指針を与えることができる。   According to the present invention, when an inspection signal that is far from the learning signal is input, it is erroneously determined that the inspection object is in a normal state or an abnormal state by determining that the inspection object is in an unknown state. Therefore, inspection accuracy can be improved. In addition, by distinguishing between the abnormal state and the unknown state, it is possible to capture the change in the state of the inspection object by examining the inspection signal determined to be the unknown state. Furthermore, by distinguishing the unknown state from the abnormal state, it is possible to specify a disturbance factor such as background noise, and to provide a guideline for improving the operating environment.

請求項7に係る信号識別装置の発明は、正常信号と非正常信号とを含む複数の学習用信号を用いて、検査対象の状態を検査するための検査基準を作成する学習と、前記検査対象の状態を表わす検査用信号と前記検査基準とを用いて、前記検査対象の状態を判定する検査とを行う信号識別装置であって、学習時に前記複数の学習用信号が入力され、検査時に前記検査用信号が入力され、前記複数の学習用信号および前記検査用信号のそれぞれから、予め設定された抽出範囲ごとに特徴量を抽出する抽出手段と、学習時に各学習用信号の各抽出範囲の特徴量を用いて、前記検査に用いる抽出範囲の組み合わせを検査領域として選択する選択手段と、前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を用いて前記検査基準を設定する設定手段と、前記検査用信号の各抽出範囲の特徴量から前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を選択し、選択した特徴量と前記検査基準とを用いて前記検査対象の状態を検査する検査手段とを備え、前記選択手段は、前記学習用信号ごとに重みを設定および変更する重み設定変更部と、前記重みが変更されるごとに、各抽出範囲において、各学習用信号の特徴量を用いて、判定基準を変更しながら各特徴量の当該判定基準への照合を行うことによって、各学習用信号がそれぞれ正常信号であるか否かを判定する学習用判定部と、前記判定基準ごとに、前記学習用判定部で誤判定された学習用信号の重みを用いて誤判定率を算出する算出部と、前記抽出範囲ごとに、前記誤判定率が最小となる判定基準を適用した識別器候補を作成する識別器候補作成部と、前記重みが変更されるごとに、前記抽出範囲ごとに作成された前記識別器候補の中から前記誤判定率が最小である識別器候補を識別器として選択し、前記識別器ごとに前記誤判定率を用いて信頼度を算出し、各識別器の抽出範囲の組み合わせを前記検査領域とする識別器選択部と、前記識別器選択部で前記識別器が選択されるごとに、前記識別器によって誤判定された学習用信号の重みを増加させるように前記重み設定変更部に指示する重み指示部とを有し、前記設定手段は、各学習用信号において、前記検査領域の各抽出範囲ごとに、前記特徴量と前記信頼度との積を算出して学習用データとする学習用データ作成部と、各学習用データをそれぞれ競合学習型ニューラルネットワークに入力して当該競合学習型ニューラルネットワークを学習させ、当該競合学習型ニューラルネットワークの出力層ニューロンをカテゴリに対応付けているクラスタリングマップを作成するマップ作成部と、前記クラスタリングマップを用いて前記検査基準を設定する検査基準設定部とを有し、前記検査手段は、前記検査領域の各抽出範囲の特徴量と前記信頼度との積を算出して検査用データとし、前記検査用データと前記検査基準とを比較して前記検査対象が正常状態であるか否かを判定することを特徴とする。   The invention of the signal identification device according to claim 7 includes: learning for creating an inspection standard for inspecting a state of an inspection object using a plurality of learning signals including a normal signal and an abnormal signal; and the inspection object A signal identification device for performing an inspection for determining the state of the inspection object using the inspection signal representing the state of the inspection and the inspection reference, wherein the plurality of learning signals are input during learning, An inspection signal is input, an extraction unit that extracts a feature amount for each preset extraction range from each of the plurality of learning signals and the inspection signal, and each extraction range of each learning signal during learning A selection unit that selects a combination of extraction ranges used for the inspection as an inspection region using a feature amount, a setting unit that sets the inspection reference using a feature amount of each extraction range of the inspection region, and the inspection signal An inspection unit that selects a feature amount of each extraction range of the inspection region from a feature amount of each extraction range, and inspects the state of the inspection target using the selected feature amount and the inspection reference; Is a weight setting change unit that sets and changes the weight for each learning signal, and changes the determination criterion using the feature amount of each learning signal in each extraction range each time the weight is changed. However, the learning determination unit that determines whether each learning signal is a normal signal by collating each feature amount with the determination criterion, and the learning determination unit for each determination criterion. A calculation unit that calculates an erroneous determination rate using the weight of the erroneously determined learning signal, and a discriminator candidate creation unit that creates a discriminator candidate to which the determination criterion that minimizes the erroneous determination rate is applied for each extraction range And the weight is changed Each of the classifier candidates created for each extraction range is selected as a classifier candidate having the smallest error determination rate as a classifier, and the reliability is determined using the error determination rate for each classifier. A classifier selection unit that calculates and uses a combination of extraction ranges of each classifier as the inspection region, and a learning signal that is erroneously determined by the classifier every time the classifier is selected by the classifier selection unit A weight instructing unit that instructs the weight setting changing unit to increase the weight of the feature, and the setting unit includes the feature amount and the reliability for each extraction range of the inspection region in each learning signal. A learning data creation unit that calculates the product of the degree and uses it as learning data, and inputs each learning data into a competitive learning type neural network to learn the competitive learning type neural network, A map creation unit that creates a clustering map that associates output layer neurons of a custom-type neural network with a category; and an inspection standard setting unit that sets the inspection standard using the clustering map, and the inspection unit includes: Whether the inspection object is in a normal state by calculating the product of the feature quantity of each extraction range of the inspection area and the reliability to obtain inspection data, and comparing the inspection data with the inspection standard It is characterized by determining.

この発明によれば、各学習用信号の特徴量を用いて、判定基準を変更しながら各特徴量と上記判定基準とを照合させて、各学習用信号が正常信号であるか否かを判定したときの誤判定率を算出し、誤判定率が小さくなるような抽出範囲の組み合わせを検査領域として選択することによって、検査領域となる抽出範囲の組み合わせを自動的に選択することができる。   According to the present invention, using the feature amount of each learning signal, it is determined whether each learning signal is a normal signal by collating each feature amount with the above determination criterion while changing the determination criterion. By calculating the misjudgment rate at that time and selecting a combination of extraction ranges that reduces the misjudgment rate as the inspection region, it is possible to automatically select a combination of extraction ranges to be the inspection region.

また、この発明によれば、学習時に各学習用信号の特徴量と各識別器の信頼度との積を用いて競合学習型ニューラルネットワークを学習させ、検査時に検査用信号の特徴量と各識別器の信頼度との積を用いて検査対象の状態を判定することによって、検査精度を向上させることができる。   Further, according to the present invention, the competitive learning type neural network is trained using the product of the feature amount of each learning signal and the reliability of each discriminator at the time of learning, and the feature amount of the inspection signal and each discrimination at the time of inspection Inspection accuracy can be improved by determining the state of the inspection object using the product of the reliability of the device.

請求項8に係る信号識別装置の発明は、正常信号と非正常信号とを含む複数の学習用信号を用いて、検査対象の状態を検査するための検査基準を作成する学習と、前記検査対象の状態を表わす検査用信号と前記検査基準とを用いて、前記検査対象の状態を判定する検査とを行う信号識別装置であって、学習時に前記複数の学習用信号が入力され、検査時に前記検査用信号が入力され、前記複数の学習用信号および前記検査用信号のそれぞれから、予め設定された抽出範囲ごとに特徴量を抽出する抽出手段と、学習時に各学習用信号の各抽出範囲の特徴量を用いて、前記検査に用いる抽出範囲の組み合わせを検査領域として選択する選択手段と、前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を用いて前記検査基準を設定する設定手段と、前記検査用信号の各抽出範囲の特徴量から前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を選択し、選択した特徴量と前記検査基準とを用いて前記検査対象の状態を検査する検査手段とを備え、前記選択手段は、各学習用信号の特徴量を学習用データとし、各学習用信号ごとに重みを設定および変更する重み設定変更部と、前記重みが変更されるごとに、各抽出範囲において、各学習用信号の特徴量をそれぞれ競合学習型ニューラルネットワークに入力して当該競合学習型ニューラルネットワークを学習させ、当該競合学習型ニューラルネットワークの出力層ニューロンをカテゴリに対応付けているクラスタリングマップを作成するマップ作成部と、前記クラスタリングマップを用いて閾値を設定する閾値設定部と、各抽出範囲ごとに各学習用信号の特徴量と前記閾値とを比較して、各学習用信号が正常信号であるか否かを判定し、誤判定した学習用信号の重みの総和を誤判定率として算出する算出部と、各抽出範囲ごとに前記閾値を判定基準に適用した識別器候補を作成する識別器候補作成部と、前記重みが変更されるごとに、前記抽出範囲ごとに作成された前記識別器候補の中から前記誤判定率が最小である識別器候補を識別器として選択し、前記識別器ごとに前記誤判定率を用いて信頼度を算出し、各識別器の抽出範囲の組み合わせを前記検査領域とする識別器選択部と、前記識別器選択部で前記識別器が選択されるごとに、前記識別器によって誤判定された学習用信号の重みを増加させるように前記重み設定変更部に指示する重み指示部とを有し、前記設定手段は、各学習用データを各識別器に入力し、前記学習用データごとに前記信頼度の総和を求め、すべての学習用データに関する前記信頼度の総和の分布から前記検査基準として検知用閾値を設定し、前記検査手段は、前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を検査用データとし、各識別器において、前記検査用データを前記判定基準に照合して、前記検査用信号が正常信号であるか否かを判定し、すべての識別器の信頼度の総和が前記検査用閾値以上であって、前記検査用信号が正常信号であると判定した識別器の信頼度の総和が、前記検査用信号が異常信号であると判定した識別器の信頼度の総和以上である場合、前記検査対象が正常状態であると判定することを特徴とする。   The invention of the signal identification device according to claim 8 is the learning for creating an inspection standard for inspecting the state of the inspection object using a plurality of learning signals including a normal signal and an abnormal signal, and the inspection object A signal identification device for performing an inspection for determining the state of the inspection object using the inspection signal representing the state of the inspection and the inspection reference, wherein the plurality of learning signals are input during learning, An inspection signal is input, an extraction unit that extracts a feature amount for each preset extraction range from each of the plurality of learning signals and the inspection signal, and each extraction range of each learning signal during learning A selection unit that selects a combination of extraction ranges used for the inspection as an inspection region using a feature amount, a setting unit that sets the inspection reference using a feature amount of each extraction range of the inspection region, and the inspection signal An inspection unit that selects a feature amount of each extraction range of the inspection region from a feature amount of each extraction range, and inspects the state of the inspection target using the selected feature amount and the inspection reference; Uses the feature quantity of each learning signal as learning data, sets a weight for each learning signal, and sets and changes the weight, and for each learning range in each extraction range each time the weight is changed A map creation unit that inputs signal feature amounts to a competitive learning type neural network, trains the competitive learning type neural network, and creates a clustering map that associates output layer neurons of the competitive learning type neural network with categories. A threshold setting unit that sets a threshold using the clustering map, a feature amount of each learning signal and the threshold for each extraction range To determine whether or not each learning signal is a normal signal, and to calculate the sum of the weights of the erroneously determined learning signals as an erroneous determination rate, and to determine the threshold value for each extraction range A discriminator candidate creating unit that creates a discriminator candidate applied to a reference, and a discriminator having the smallest misjudgment rate among the discriminator candidates created for each extraction range each time the weight is changed A candidate is selected as a classifier, a reliability is calculated using the misjudgment rate for each classifier, and a classifier selector that uses a combination of extraction ranges of each classifier as the inspection region; and the classifier selector A weight instruction unit for instructing the weight setting change unit to increase the weight of the learning signal erroneously determined by the classifier every time the classifier is selected in Each learning data is input to each classifier. Obtaining the sum of the reliability for each learning data, setting a detection threshold as the inspection standard from the distribution of the sum of the reliability for all the learning data, and the inspection means each of the inspection regions The feature quantity of the extraction range is used as inspection data, and in each discriminator, the inspection data is checked against the determination criteria to determine whether the inspection signal is a normal signal, and The sum of the reliability of the discriminator determined that the total sum of reliability is equal to or greater than the inspection threshold and the test signal is a normal signal is the discriminator determined that the test signal is an abnormal signal. When the reliability is equal to or higher than the total sum, it is determined that the inspection target is in a normal state.

この発明によれば、各学習用信号の特徴量を用いて、判定基準を変更しながら各特徴量と上記判定基準とを照合させて、各学習用信号が正常信号であるか否かを判定したときの誤判定率を算出し、誤判定率が小さくなるような抽出範囲の組み合わせを用いることによって、検査領域となる抽出範囲の組み合わせを自動的に選択することができる。   According to the present invention, using the feature amount of each learning signal, it is determined whether each learning signal is a normal signal by collating each feature amount with the above determination criterion while changing the determination criterion. By calculating the misjudgment rate at this time and using combinations of extraction ranges that reduce the misjudgment rate, it is possible to automatically select a combination of extraction ranges to be an inspection region.

また、この発明によれば、検査時に各識別器の信頼度を用いて検査対象の状態を判定することによって、検査精度を向上させることができる。   Moreover, according to this invention, a test | inspection precision can be improved by determining the state of a test object using the reliability of each discriminator at the time of a test | inspection.

本発明によれば、検査領域となる抽出範囲の組み合わせを自動的に選択するとともに検査精度を向上させることができる。   According to the present invention, it is possible to automatically select a combination of extraction ranges serving as inspection regions and improve inspection accuracy.

実施形態1に係る信号識別装置の全体構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a signal identification device according to Embodiment 1. FIG. 同上に係る競合学習型ニューラルネットワークの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the competitive learning type | mold neural network which concerns on the same as the above. 同上に係る信号識別装置の選択部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the selection part of the signal identification device which concerns on the same as the above. 同上に係る信号識別装置の設定部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the setting part of the signal identification device which concerns on the same as the above. 同上に係る信号識別装置の検査部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the test | inspection part of the signal identification device which concerns on the same as the above. 同上に係る信号識別方法のうち学習方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a learning method among the signal identification methods which concern on the same as the above. 同上に係る信号識別方法の学習方法における特徴量生成方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the feature-value production | generation method in the learning method of the signal identification method which concerns on the same as the above. 同上に係る信号識別方法の学習方法における識別器候補の作成方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the preparation method of the discriminator candidate in the learning method of the signal identification method which concerns on the same as the above. 同上に係る信号識別方法のうち検査方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an inspection method among the signal identification methods which concern on the same as the above. 実施形態2に係る信号識別装置の検査部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the test | inspection part of the signal identification device which concerns on Embodiment 2. FIG. 同上に係る信号識別方法のうち検査方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an inspection method among the signal identification methods which concern on the same as the above. 実施形態3に係る信号識別装置の選択部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the selection part of the signal identification apparatus which concerns on Embodiment 3. FIG. 同上に係る信号識別方法のうち学習方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a learning method among the signal identification methods which concern on the same as the above. 同上に係る信号識別方法の学習方法における識別器候補の作成方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the preparation method of the discriminator candidate in the learning method of the signal identification method which concerns on the same as the above. 同上に係る信号識別方法のうち検査方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an inspection method among the signal identification methods which concern on the same as the above.

(実施形態1)
実施形態1に係る信号識別方法は、正常信号と非正常信号とを含む複数の学習用信号を用いて、図1に示す検査対象Aの状態を検査するための検査基準を作成する学習と、検査対象Aの状態を表わす検査用信号と検査基準とを用いて、検査対象Aの状態を判定する検査とを行う。
(Embodiment 1)
In the signal identification method according to the first embodiment, learning that creates an inspection standard for inspecting the state of the inspection object A illustrated in FIG. 1 using a plurality of learning signals including a normal signal and an abnormal signal; An inspection for determining the state of the inspection object A is performed using the inspection signal indicating the state of the inspection object A and the inspection standard.

本実施形態に係る信号識別方法に用いられる信号識別装置の一例について説明する。本実施形態に係る信号識別装置は、学習時において、それぞれ予め収集された学習用信号から抽出された特徴量に基づく複数の学習用データを教師なし競合学習型ニューラルネットワーク(以下「ニューラルネットワーク」という)1(図2参照)に入力して、ニューラルネットワーク1を学習させる。上記信号識別装置は、学習済みのニューラルネットワーク1からクラスタリングマップを作成する。一方、検査時においては、信号識別装置は、クラスタリングマップを用いて検査対象Aの状態を検査する。   An example of a signal identification device used in the signal identification method according to the present embodiment will be described. The signal identification device according to the present embodiment, during learning, uses a plurality of learning data based on feature amounts extracted from learning signals collected in advance as unsupervised competitive learning neural networks (hereinafter referred to as “neural networks”). ) 1 (see FIG. 2) to learn the neural network 1. The signal identification device creates a clustering map from the learned neural network 1. On the other hand, at the time of inspection, the signal identification device inspects the state of the inspection object A using the clustering map.

ニューラルネットワーク1は、図2に示すように、入力層11と出力層12との2層で構成された自己組織化マップ(Self Organization Map,SOM)である。入力層11には、複数の入力層ニューロンN1,N1,・・・,N1が存在する。出力層12には、複数の出力層ニューロンN2,N2,・・・,N2が存在する。各入力層ニューロンN1と各出力層ニューロンN2とは相互に結合され、各入力層ニューロンN1には入力データ(入力ベクトル)の要素が1つずつ入力される。入力層ニューロンN1と出力層ニューロンN2の個数は同数である必要はない。本実施形態のニューラルネットワーク1は、逐次処理型のコンピュータで適宜のアプリケーションプログラムを実行することによって実現する場合を想定しているが、専用のニューロコンピュータによって実現することも可能である。   As shown in FIG. 2, the neural network 1 is a self-organization map (SOM) composed of two layers of an input layer 11 and an output layer 12. The input layer 11 includes a plurality of input layer neurons N1, N1,. The output layer 12 includes a plurality of output layer neurons N2, N2,. Each input layer neuron N1 and each output layer neuron N2 are mutually coupled, and one element of input data (input vector) is input to each input layer neuron N1. The number of input layer neurons N1 and output layer neurons N2 need not be the same. Although the neural network 1 of the present embodiment is assumed to be realized by executing an appropriate application program on a sequential processing type computer, it can also be realized by a dedicated neurocomputer.

本実施形態の信号識別装置は、図1に示すように、複数の信号源を有する信号入力部2と、信号入力部2からの信号から複数の特徴量を抽出する抽出部(抽出手段)3と、複数の特徴量から検査に必要な特徴量を選択する選択部(選択手段)4と、選択部4で選択された特徴量を用いて検査に用いられる検査用閾値δを設定する設定部(設定手段)5と、さまざまな情報を記憶する記憶部6と、検査対象Aの状態を判定する検査部(検査手段)7と、検査部7の判定結果を外部機器(図示せず)などに出力する出力部8とを備えている。信号識別装置の動作には、ニューラルネットワーク1を学習するとき(学習時)に用いられる学習モードと、検査対象Aの状態を検査するとき(検査時)に用いられる検査モードとがある。検査対象Aは、例えば回転機器を含む装置や設備などである。ただし、検査対象Aは上記装置や設備には限定されない。   As shown in FIG. 1, the signal identification device of the present embodiment includes a signal input unit 2 having a plurality of signal sources, and an extraction unit (extraction unit) 3 that extracts a plurality of feature amounts from signals from the signal input unit 2. A selection unit (selection unit) 4 that selects a feature amount necessary for inspection from a plurality of feature amounts, and a setting unit that sets an inspection threshold value δ used for inspection using the feature amount selected by the selection unit 4 (Setting means) 5, a storage section 6 for storing various information, an inspection section (inspection means) 7 for determining the state of the inspection object A, the determination result of the inspection section 7 as an external device (not shown), etc. And an output unit 8 for outputting to the output. The operation of the signal identification device includes a learning mode used when learning the neural network 1 (during learning) and an inspection mode used when checking the state of the inspection target A (during inspection). The inspection target A is, for example, an apparatus or equipment that includes a rotating device. However, the inspection target A is not limited to the above devices and facilities.

信号入力部2は、信号源として振動センサ20とマイクロホン21とを備えている。振動センサ20は、検査時において検査対象Aの振動を検出し、検出した振動をアナログの電気信号(検査用信号)に変換する。振動センサ20で変換された電気信号は、時間に対する検査対象Aの振動の変化を表わす1次元波形の信号である。マイクロホン21は、検査時において検査対象Aの音を検出し、検出した音をアナログの電気信号(検査用信号)に変換する。マイクロホン21で変換された電気信号は、時間に対する検査対象Aの音の変化を表わす1次元波形の信号である。振動センサ20およびマイクロホン21からの検査用信号は、それぞれ抽出部3に出力される。   The signal input unit 2 includes a vibration sensor 20 and a microphone 21 as signal sources. The vibration sensor 20 detects vibration of the inspection object A at the time of inspection, and converts the detected vibration into an analog electric signal (inspection signal). The electrical signal converted by the vibration sensor 20 is a one-dimensional waveform signal representing a change in vibration of the inspection object A with respect to time. The microphone 21 detects the sound of the inspection object A at the time of inspection, and converts the detected sound into an analog electric signal (inspection signal). The electric signal converted by the microphone 21 is a one-dimensional waveform signal representing the change in sound of the inspection object A with respect to time. The inspection signals from the vibration sensor 20 and the microphone 21 are output to the extraction unit 3, respectively.

一方、学習時においては、検査対象Aの状態(カテゴリ)ごとに、振動センサ20が検査対象Aの振動を検出し、マイクロホン21が検査対象Aの音を検出する。つまり、振動センサ20およびマイクロホン21は、検査対象Aが正常状態で動作している範囲で検査対象Aの各動作条件ごとに振動および音を検出する。振動センサ20は、検出した振動をアナログの電気信号(学習用信号)に変換する。マイクロホン21は、検出した音をアナログの電気信号(学習用信号)に変換する。   On the other hand, at the time of learning, for each state (category) of the inspection object A, the vibration sensor 20 detects the vibration of the inspection object A, and the microphone 21 detects the sound of the inspection object A. That is, the vibration sensor 20 and the microphone 21 detect vibration and sound for each operation condition of the inspection target A within a range in which the inspection target A operates in a normal state. The vibration sensor 20 converts the detected vibration into an analog electrical signal (learning signal). The microphone 21 converts the detected sound into an analog electric signal (learning signal).

抽出部3には、学習時に複数の学習用信号が入力される。各学習用信号には、他の学習用信号と識別するために個別のサンプル番号i(i=0,・・・,m−1)が予め割り当てられている。各学習用信号は、それぞれ1次元波形であり、正常信号と非正常信号(例えば異常信号など正常信号以外の信号)とを含む。正常信号は、実際の検査対象Aから取得された信号であり、信号入力部2から入力される。一方、非正常信号は、検査対象Aとは無関係に予め収集されている信号であり、記憶部6から入力される。これにより、実際の製造現場において発生が極めて稀である非正常信号(異常信号)を収集する必要がないため、検査性能を下げずに操作者の操作負担を低減させることができる。   A plurality of learning signals are input to the extraction unit 3 during learning. Each learning signal is assigned in advance with an individual sample number i (i = 0,..., M−1) to be distinguished from other learning signals. Each learning signal is a one-dimensional waveform and includes a normal signal and an abnormal signal (for example, a signal other than a normal signal such as an abnormal signal). The normal signal is a signal acquired from the actual inspection object A and is input from the signal input unit 2. On the other hand, the abnormal signal is a signal collected in advance regardless of the inspection target A, and is input from the storage unit 6. As a result, it is not necessary to collect abnormal signals (abnormal signals) that are very rarely generated at actual manufacturing sites, so that the operation burden on the operator can be reduced without reducing the inspection performance.

抽出部3は、入力された学習用信号ごとに、学習用信号に対してノイズを除去する前処理を行う。その後、抽出部3は、数1,2を用いて各学習用信号を短時間フーリエ変換し、抽出範囲(時間(窓関数の中心時間)bと周波数fの組み合わせ)ごとに特徴量F(i)(b,f)を抽出する。サンプル番号iの学習用信号に対して、抽出部3によって抽出された時間(時間座標)b・周波数(周波数座標)fの特徴量F(i)(b,f)の集合をサンプル番号iの学習用データとする。例えば、サンプル番号i=2、時間b3・周波数f2の特徴量は、F(2)(b3,f2)と表わされる。数1は、サンプル番号i・時間b・周波数fの特徴量F(i)(b,f)を示し、数2は、数1の窓関数Rd(t−b)を示す。窓関数Rd(t−b)は、時間bを中心としたガウス窓である。x(t)は電気信号である。   The extraction unit 3 performs preprocessing for removing noise on the learning signal for each input learning signal. Thereafter, the extraction unit 3 performs a short-time Fourier transform on each learning signal using Equations 1 and 2, and features F (i) for each extraction range (a combination of time (center time of window function) b and frequency f). ) (B, f) is extracted. A set of feature values F (i) (b, f) of time (time coordinate) b and frequency (frequency coordinate) f extracted by the extraction unit 3 is obtained from the learning signal of sample number i. Use as learning data. For example, the feature quantity of sample number i = 2, time b3 and frequency f2 is expressed as F (2) (b3, f2). Equation 1 represents the feature amount F (i) (b, f) of the sample number i, time b, and frequency f, and Equation 2 represents the window function Rd (t−b) of Equation 1. The window function Rd (t−b) is a Gaussian window centered on time b. x (t) is an electrical signal.

Figure 0005027859
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一方、検査時において、抽出部3には、振動センサ20またはマイクロホン21から検査用信号が入力される。検査用信号が入力された後、抽出部3は、学習時と同様に、検査用信号を短時間フーリエ変換し、時間b・周波数fの特徴量F(b,f)を抽出する。時間b・周波数fの特徴量F(b,f)の集合を検査用データとする。例えば、時間b2・周波数f5の特徴量は、F(b2,f5)と表わされる(数1,2参照、iは省略)。   On the other hand, at the time of inspection, an inspection signal is input to the extraction unit 3 from the vibration sensor 20 or the microphone 21. After the inspection signal is input, the extraction unit 3 performs a short-time Fourier transform on the inspection signal in the same manner as at the time of learning, and extracts a feature quantity F (b, f) at time b and frequency f. A set of feature values F (b, f) at time b and frequency f is used as inspection data. For example, the feature quantity at time b2 and frequency f5 is represented as F (b2, f5) (see Equations 1 and 2; i is omitted).

選択部4は、AdaBoostの手法を用いて、学習時に各学習用信号の各抽出範囲の特徴量F(i)(b,f)から、検査対象Aの検査に用いる抽出範囲の組み合わせを検査領域として選択する。選択部4は、図3に示すように、重み管理部40と、学習用判定部41と、第1の算出部42と、識別器候補作成部43と、識別器選択部44とを備えている。   The selection unit 4 uses the AdaBoost method to determine the combination of the extraction ranges used for the inspection of the inspection target A from the feature amounts F (i) (b, f) of the respective extraction ranges of the learning signals at the time of learning. Select as. As illustrated in FIG. 3, the selection unit 4 includes a weight management unit 40, a learning determination unit 41, a first calculation unit 42, a classifier candidate creation unit 43, and a classifier selection unit 44. Yes.

重み管理部40は、学習時に、学習用データ(学習用信号)ごとに重みW(i)を設定および変更する重み設定変更部400と、重み設定変更部400に対して各学習用データの重みW(i)を変更するように指示する重み指示部401とを備えている。W(i)は、サンプル番号iの学習用データの重みを表している。例えばサンプル番号i=1の学習用データの重みはW(1)と表わされ、サンプル番号i=m−1の学習用データの重みはW(m−1)と表わされる。   The weight management unit 40 sets and changes the weight W (i) for each learning data (learning signal) during learning, and the weight setting changing unit 400 weights each learning data with respect to the weight setting changing unit 400. A weight instruction unit 401 for instructing to change W (i). W (i) represents the weight of the learning data of sample number i. For example, the weight of learning data with sample number i = 1 is represented as W (1), and the weight of learning data with sample number i = m−1 is represented as W (m−1).

重み設定変更部400は、各学習用データの重みW(i)の総和ΣW(i)が1(ΣW(i)=1)になるように、学習用信号ごとに重みW(i)を設定および変更する。各学習用データの重みW(i)の初期値は、均等に設定される。学習用データがm個の場合、各学習用データの重みW(i)は、すべて1/mに設定される。   The weight setting changing unit 400 sets the weight W (i) for each learning signal so that the sum ΣW (i) of the weights W (i) of each learning data becomes 1 (ΣW (i) = 1). And change. The initial value of the weight W (i) of each learning data is set evenly. When there are m pieces of learning data, the weights W (i) of the learning data are all set to 1 / m.

重み指示部401は、後述のように識別器選択部44で識別器DEC(n)が選択されるごとに、識別器DEC(n)によって誤判定された学習用信号の重みW(i)を増加させ、識別器DEC(n)によって正しく判定された学習用データの重みW(i)を減少させるように重み設定変更部400に指示する。   As will be described later, the weight instruction unit 401 sets the weight W (i) of the learning signal erroneously determined by the classifier DEC (n) every time the classifier DEC (n) is selected by the classifier selection unit 44. The weight setting changing unit 400 is instructed to increase and decrease the weight W (i) of the learning data correctly determined by the classifier DEC (n).

学習用判定部41は、重みW(i)が変更されるごとに、各抽出範囲(時間b・周波数fの組み合わせ)において、すべての学習用データから時間b・周波数fの特徴量F(i)(b,f)を取り出し、取り出した特徴量F(i)(b,f)を昇順に並び替える。並び替えられた特徴量F(c)は、大きいほうから順に、F(0),F(1),・・・,F(m−1)と表わされる。その後、学習用判定部41は、各特徴量F(c)を順に閾値に設定しながら、各特徴量F(c)と閾値との大小関係を比較する。特徴量F(c)が閾値未満であれば、学習用判定部41は、特徴量F(c)の抽出元である学習用信号が正常信号であると判定する。特徴量F(c)が閾値以上であれば、学習用判定部41は、特徴量F(c)の抽出元である学習用信号が異常信号であると判定する。上記より、学習用判定部41は、各学習用信号の特徴量F(c)を用いて、判定基準を変更しながら各特徴量F(c)の上記判定基準への照合を行うことによって、各学習用信号がそれぞれ正常信号であるか否かを判定することができる。なお、学習用判定部41は、特徴量F(i)(b,f)を昇順ではなく降順に並び替えてもよい。   Each time the weight W (i) is changed, the learning determination unit 41 changes the feature amount F (i of time b / frequency f from all the learning data in each extraction range (combination of time b / frequency f). ) (B, f) is extracted, and the extracted feature values F (i) (b, f) are rearranged in ascending order. The rearranged feature quantities F (c) are expressed as F (0), F (1),..., F (m−1) in order from the largest. Thereafter, the learning determination unit 41 compares the feature amounts F (c) with the threshold values while sequentially setting the feature amounts F (c) as threshold values. If the feature amount F (c) is less than the threshold, the learning determination unit 41 determines that the learning signal from which the feature amount F (c) is extracted is a normal signal. If the feature amount F (c) is greater than or equal to the threshold, the learning determination unit 41 determines that the learning signal from which the feature amount F (c) is extracted is an abnormal signal. As described above, the learning determination unit 41 uses the feature amount F (c) of each learning signal to collate the feature amount F (c) with the determination criterion while changing the determination criterion. It can be determined whether or not each learning signal is a normal signal. Note that the learning determination unit 41 may rearrange the feature values F (i) (b, f) in descending order instead of ascending order.

第1の算出部42は、すべての時間b・周波数fの組み合わせに対して、重み設定変更部400で各学習用データの重みW(i)が設定または変更されると、閾値(判定基準)ごとに、学習用判定部41で誤判定された学習用信号の重みW(i)の総和ΣW(i)を誤判定率εとして算出する。誤判定とは、特徴量F(c)の抽出元である学習用信号が本来正常信号であるのに異常信号と判定したり、上記抽出元の学習用信号が本来異常信号であるのに正常信号と判定したりすることをいう。その後、第1の算出部42は、算出した誤判定率εが0.5より大きい場合、(1−誤判定率ε)を新しい誤判定率εにする。   When the weight setting change unit 400 sets or changes the weight W (i) of each learning data for all combinations of time b and frequency f, the first calculation unit 42 sets a threshold value (determination criterion). Each time, the sum ΣW (i) of the weights W (i) of the learning signals erroneously determined by the learning determination unit 41 is calculated as the error determination rate ε. The misjudgment is determined as an abnormal signal although the learning signal from which the feature value F (c) is extracted is originally a normal signal, or is normal even though the learning signal from the extraction source is originally an abnormal signal. It means to judge it as a signal. Thereafter, when the calculated erroneous determination rate ε is greater than 0.5, the first calculation unit 42 sets (1−error determination rate ε) to a new erroneous determination rate ε.

識別器候補作成部43は、抽出範囲(時間b・周波数fの組み合わせ)ごとに、誤判定率εが最小となる判定基準を適用した識別器候補(弱識別器候補)DEC(b,f)を作成する。上記の判定基準は、第1の算出部42で算出された誤判定率εが0.5以下である場合、特徴量F(c)が閾値未満であれば、特徴量F(c)の抽出元である学習用信号が正常信号であると判定し、特徴量F(c)が閾値以上であれば、上記抽出元の学習用信号が異常信号であると判定するという内容である。一方、第1の算出部42で算出された誤判定率εが0.5より大きく、(1−誤判定率ε)が新しい誤判定率εになった場合、上記の判定基準は、特徴量F(c)が閾値未満であれば、特徴量F(c)の抽出元である学習用信号が異常信号であると判定し、特徴量F(c)が閾値以上であれば、上記抽出元の学習用信号が正常信号であると判定するという内容である。   The discriminator candidate creation unit 43 obtains a discriminator candidate (weak discriminator candidate) DEC (b, f) to which a determination criterion that minimizes the erroneous determination rate ε is applied for each extraction range (combination of time b and frequency f). create. The determination criterion is that when the erroneous determination rate ε calculated by the first calculation unit 42 is 0.5 or less and the feature amount F (c) is less than the threshold, the extraction source of the feature amount F (c) The learning signal is determined to be a normal signal, and if the feature value F (c) is equal to or greater than a threshold value, the extraction source learning signal is determined to be an abnormal signal. On the other hand, when the misjudgment rate ε calculated by the first calculation unit 42 is larger than 0.5 and (1-wrong decision rate ε) becomes a new misjudgment rate ε, the judgment criterion is the feature amount F (c ) Is less than the threshold value, it is determined that the learning signal from which the feature value F (c) is extracted is an abnormal signal. The content is that the signal is determined to be a normal signal.

識別器選択部44は、重みW(i)が設定または変更されるごとに、抽出範囲(時間b・周波数fの組み合わせ)ごとに作成された識別器候補DEC(b,f)の中から、誤判定率εが最小である識別器候補DEC(b,f)を識別器(弱識別器)DEC(n)として選択する。nは、各識別器DEC(n)を識別するための識別器番号(弱識別器番号)である。例えばDEC(3)は、3番目に選択された識別器を表わしている。識別器選択部44は、選択した識別器DEC(n)ごとに、誤判定率εを数3に代入して信頼度α(n)を算出し、信頼度α(n)を数4に代入して係数β(n)(β(n)<1)を算出する。識別器選択部44は、重みW(i)が設定または変更されるごとに識別器DEC(n)を選択し、複数(全部でn個)の識別器DEC(n)を選択する。複数の識別器DEC(n)は、選択順に並んで、記憶部6に記憶される。各識別器DEC(n)の抽出範囲の組み合わせを検査領域とする。   Each time the weight W (i) is set or changed, the discriminator selection unit 44 selects the discriminator candidate DEC (b, f) created for each extraction range (combination of time b and frequency f). The classifier candidate DEC (b, f) having the smallest error determination rate ε is selected as the classifier (weak classifier) DEC (n). n is a classifier number (weak classifier number) for identifying each classifier DEC (n). For example, DEC (3) represents the third selected classifier. The discriminator selection unit 44 calculates the reliability α (n) by substituting the erroneous determination rate ε into Equation 3 for each selected discriminator DEC (n), and substitutes the reliability α (n) into Equation 4. The coefficient β (n) (β (n) <1) is calculated. The discriminator selection unit 44 selects the discriminator DEC (n) each time the weight W (i) is set or changed, and selects a plurality (n in total) of discriminators DEC (n). The plurality of discriminators DEC (n) are stored in the storage unit 6 in the order of selection. A combination of extraction ranges of each discriminator DEC (n) is set as an inspection region.

Figure 0005027859
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設定部5は、検査領域の各抽出範囲の特徴量F(i)(b,f)を用いて検査基準を設定する。設定部5は、選択部4で選択された検査領域の各抽出範囲の特徴量F(i)(b,f)を用いて検査用閾値δを設定する。   The setting unit 5 sets the inspection standard using the feature amount F (i) (b, f) of each extraction range of the inspection region. The setting unit 5 sets the inspection threshold δ using the feature amounts F (i) (b, f) of each extraction range of the inspection region selected by the selection unit 4.

設定部5は、図4に示すように、学習用データ作成部50と、マップ作成部51と、ガウス関数設定部52と、閾値設定部53とを備え、クラスタリングマップを用いて検査基準を設定する。   As shown in FIG. 4, the setting unit 5 includes a learning data creation unit 50, a map creation unit 51, a Gaussian function setting unit 52, and a threshold setting unit 53, and sets an inspection standard using a clustering map. To do.

学習用データ作成部50は、各学習用信号において、識別器DEC(n)ごとに(検査領域の各抽出範囲ごとに)、識別器DEC(n)に対応する特徴量F(i)(b,f)と上記識別器DEC(n)の信頼度α(n)との積を算出して学習用データとする。   In each learning signal, the learning data creation unit 50 performs the feature amount F (i) (b) corresponding to the discriminator DEC (n) for each discriminator DEC (n) (for each extraction range of the inspection region). , F) and the reliability α (n) of the discriminator DEC (n) are calculated as learning data.

マップ作成部51は、学習時において、各学習用データを順次、入力ベクトルとしてニューラルネットワーク1に入力する。学習用データの各要素は、それぞれ入力層ニューロンN1(図2参照)に対応付けられる。マップ作成部51は、複数の学習用データをニューラルネットワーク1に入力して上記ニューラルネットワーク1を学習させ、各入力層ニューロンN1と各出力層ニューロンN2(図2参照)との重み係数を決定する。各出力層ニューロンN2には、各入力層ニューロンN1との間の重み係数を要素とする重みベクトルが対応付けられる。なお、これまでに学習用データがニューラルネットワーク1に入力されていなかった場合、マップ作成部51は、学習開始時に、今回入力された複数の学習用データの要素ごとに平均値に乱数によって分散の範囲内のバラツキを与えた値を重みベクトルの初期値として各出力層ニューロンN2にそれぞれ与える。その後、上述したニューラルネットワーク1の学習によって、各出力層ニューロンN2の重みベクトルが決定される。   At the time of learning, the map creating unit 51 sequentially inputs each learning data to the neural network 1 as an input vector. Each element of the learning data is associated with the input layer neuron N1 (see FIG. 2). The map creation unit 51 inputs a plurality of learning data to the neural network 1 to learn the neural network 1 and determines weighting coefficients for each input layer neuron N1 and each output layer neuron N2 (see FIG. 2). . Each output layer neuron N2 is associated with a weight vector whose element is a weighting coefficient between each input layer neuron N1. If learning data has not been input to the neural network 1 so far, the map creation unit 51 distributes the average value for each element of the plurality of learning data input this time by random numbers at the start of learning. A value given variation within the range is given to each output layer neuron N2 as an initial value of the weight vector. Thereafter, the weight vector of each output layer neuron N2 is determined by learning of the neural network 1 described above.

その後、マップ作成部51は、各領域が出力層ニューロンN2と1:1に対応付けられている二次元のクラスタリングマップを作成する。つまり、クラスタリングマップでは、ニューラルネットワーク1の出力層12の各出力層ニューロンN2が、検査対象Aの状態を表わす正常カテゴリまたは未知のカテゴリのいずれかに対応付けられている。上記より、クラスタリングマップの各領域に学習用データのカテゴリが対応付けられていれば、検査データにより発火した出力層ニューロンN2に対応するカテゴリを知ることができる。マップ作成部51で作成されたクラスタリングマップは、記憶部6に記憶される。   Thereafter, the map creation unit 51 creates a two-dimensional clustering map in which each region is associated with the output layer neuron N2 in a 1: 1 ratio. That is, in the clustering map, each output layer neuron N2 of the output layer 12 of the neural network 1 is associated with either a normal category or an unknown category representing the state of the inspection target A. From the above, if a category of learning data is associated with each region of the clustering map, the category corresponding to the output layer neuron N2 fired by the inspection data can be known. The clustering map created by the map creation unit 51 is stored in the storage unit 6.

ガウス関数設定部52は、マップ作成部51がニューラルネットワーク1を学習してクラスタリングマップを作成した後に、各学習用データをニューラルネットワーク1に再入力し、学習用データごとに、クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンN2の重みベクトルと学習用データ(入力ベクトル)とのユークリッド距離をそれぞれ求める。ガウス関数設定部52は、クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンN2に対して、各学習用データと重みベクトルとから求めた複数のユークリッド距離により決定した分散、および重みベクトルである平均値により定義したガウス関数を設定する。   After the map creation unit 51 learns the neural network 1 and creates a clustering map, the Gaussian function setting unit 52 re-inputs each learning data to the neural network 1 and sets each of the learning data on the clustering map. The Euclidean distance between the weight vector of the output layer neuron N2 and the learning data (input vector) is obtained. The Gaussian function setting unit 52 is defined by a variance determined by a plurality of Euclidean distances obtained from each learning data and a weight vector, and an average value that is a weight vector for each output layer neuron N2 on the clustering map. Set the Gaussian function.

具体的には、ガウス関数設定部52は、同じカテゴリのすべての学習用データをニューラルネットワーク1に与えて、ユークリッド距離のリスト(以下「距離リスト」という)を作成し、距離リストからユークリッド距離の最大値を選択する。ガウス関数設定部52は、出力層ニューロンN2ごとに、選択した最大値を分散σとし、重みベクトルを平均ベクトル[m]として定義したガウス関数y=exp(−|[x]−[m]|/2σ)を設定する。[x]は入力ベクトルであり、|[x]−[m]|は、入力ベクトル[x]と重みベクトル(平均ベクトル)[m]とのユークリッド距離である。yはガウス関数に入力ベクトル[x]が入力されたときの出力値である。なお、ユークリッド距離の最大値を分散σとするのではなく、距離リストの中で大きいほうから数%(例えば上位5%)の順位に該当するユークリッド距離を分散σとしてもよい。 Specifically, the Gaussian function setting unit 52 gives all the learning data of the same category to the neural network 1 to create a list of Euclidean distances (hereinafter referred to as “distance list”), and the Euclidean distance is calculated from the distance list. Select the maximum value. The Gaussian function setting unit 52 defines, for each output layer neuron N2, a Gaussian function y = exp (− | [x] − [m] | in which the selected maximum value is defined as the distribution σ and the weight vector is the average vector [m]. 2 / 2σ 2 ) is set. [X] is an input vector, and | [x] − [m] | is a Euclidean distance between the input vector [x] and a weight vector (average vector) [m]. y is an output value when the input vector [x] is input to the Gaussian function. Instead of setting the maximum value of the Euclidean distance as the variance σ, the Euclidean distance corresponding to a rank of several percent (for example, the top 5%) in the distance list may be set as the variance σ.

上記ガウス関数によれば、入力ベクトル[x]が重みベクトル[m]に近いほど出力値yが大きくなり、入力ベクトル[x]が重みベクトル[m]に一致するときに出力値yは最大となって1になる。この出力値yを帰属度として用いる。つまり、この出力値yの値域は0〜1であって、数値が大きくなるほど(1に近いほど)帰属度が高いことになる。   According to the Gaussian function, the output value y increases as the input vector [x] is closer to the weight vector [m], and the output value y is maximum when the input vector [x] matches the weight vector [m]. Become 1 This output value y is used as the degree of attribution. That is, the range of the output value y is 0 to 1, and the greater the numerical value (the closer to 1), the higher the degree of attribution.

上述のようにして、ガウス関数設定部52は、学習用データのカテゴリに対応する各出力層ニューロンN2にガウス関数を設定することができる。カテゴリ外の出力層ニューロンN2にはガウス関数は設定されない。ニューラルネットワーク1の各出力層ニューロンN2にガウス関数が設定されると、特徴量と重みベクトルとのユークリッド距離をガウス関数に与えることにより帰属度を求めることができる。そこで、ガウス関数の設定後に、検査対象Aから得られる特徴量(入力ベクトル)[x]をニューラルネットワーク1に入力し、各出力層ニューロンN2の重みベクトル[m]と特徴量[x]とのユークリッド距離を各出力層ニューロンN2のガウス関数に代入し、出力層ニューロンN2に対応付けたカテゴリごとにガウス関数の出力値yを求める。この出力値yは上述のように各カテゴリへの特徴量の帰属度であるから、帰属度に対する閾値を設定しておけば、特徴量が上記カテゴリに属するか否かを判定することができる。   As described above, the Gaussian function setting unit 52 can set a Gaussian function for each output layer neuron N2 corresponding to the category of learning data. No Gaussian function is set for the output layer neuron N2 outside the category. When a Gaussian function is set for each output layer neuron N2 of the neural network 1, the degree of attribution can be obtained by giving the Gaussian function the Euclidean distance between the feature quantity and the weight vector. Therefore, after setting the Gaussian function, the feature quantity (input vector) [x] obtained from the inspection object A is input to the neural network 1, and the weight vector [m] of each output layer neuron N2 and the feature quantity [x] The Euclidean distance is substituted into the Gaussian function of each output layer neuron N2, and the output value y of the Gaussian function is obtained for each category associated with the output layer neuron N2. Since the output value y is the degree of attribution of the feature amount to each category as described above, it can be determined whether or not the feature amount belongs to the category by setting a threshold for the degree of attribution.

閾値設定部53は、クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンN2に対するガウス関数の設定後に、各学習用データをニューラルネットワーク1に再入力し、学習用データごとに、クラスタリングマップ上のすべての出力層ニューロンN2のガウス関数値の総和を求め、すべての学習用データに関するガウス関数値の総和の分布から検査用閾値δを設定する。   After setting a Gaussian function for each output layer neuron N2 on the clustering map, the threshold setting unit 53 re-inputs each learning data to the neural network 1, and for every learning data, all output layer neurons on the clustering map. The sum of the Gaussian function values of N2 is obtained, and the inspection threshold δ is set from the distribution of the sum of the Gaussian function values for all the learning data.

検査用閾値δは、例えば分散の3倍に対応する帰属度であってもよいし、帰属度の設定後に各カテゴリの学習用データがニューラルネットワーク1に与えられたときの出力値yの総和に適宜の係数を乗じた値であってもよい。   The threshold value for inspection δ may be, for example, a degree of belonging corresponding to three times the variance, or may be a sum of output values y when the learning data of each category is given to the neural network 1 after the degree of belonging is set. It may be a value obtained by multiplying an appropriate coefficient.

設定部5は、すべての学習用データをニューラルネットワーク1に再入力することによって、学習用データにより発火した出力層ニューロンN2を正常の検査対象Aというカテゴリに属する出力層ニューロンN2とする。   The setting unit 5 re-inputs all the learning data to the neural network 1, thereby setting the output layer neuron N2 fired by the learning data as the output layer neuron N2 belonging to the category of the normal inspection target A.

各学習用データによって発火した出力層ニューロンN2に対応する領域が正常のカテゴリに対応する領域になる。   A region corresponding to the output layer neuron N2 fired by each learning data is a region corresponding to a normal category.

記憶部6は、例えば半導体メモリなどである。記憶部6には、学習用信号のうち非定常信号が記憶されているとともに、選択部4で作成された複数の学習用データが記憶されている。   The storage unit 6 is, for example, a semiconductor memory. The storage unit 6 stores non-stationary signals among the learning signals, and stores a plurality of learning data created by the selection unit 4.

検査部7は、検査用信号の各抽出範囲の特徴量F(b,f)から検査領域の各抽出範囲の特徴量F(b,f)を選択し、検査領域の各抽出範囲の特徴量F(b,f)と信頼度α(n)との積を算出して検査用データとし、検査用データと検査基準とを比較して検査対象Aが正常状態であるか否かを判定する。   The inspection unit 7 selects the feature amount F (b, f) of each extraction range of the inspection region from the feature amount F (b, f) of each extraction range of the inspection signal, and the feature amount of each extraction range of the inspection region. The product of F (b, f) and reliability α (n) is calculated and used as inspection data, and the inspection data and the inspection standard are compared to determine whether or not the inspection object A is in a normal state. .

検査部7は、図5に示すように、第2の算出部70と、検査用判定部71とを備えている。   As shown in FIG. 5, the inspection unit 7 includes a second calculation unit 70 and an inspection determination unit 71.

第2の算出部70は、検査領域の各抽出範囲の特徴量F(b,f)と信頼度α(n)との積を検査用データとして作成する。検査用データを作成した第2の算出部70は、検査用データを各ガウス関数へ入力して、検査用データに関するガウス関数値の総和を求める。   The second calculation unit 70 creates the product of the feature value F (b, f) and the reliability α (n) of each extraction range of the inspection area as inspection data. The second calculation unit 70 that has created the inspection data inputs the inspection data to each Gaussian function and obtains the sum of the Gaussian function values related to the inspection data.

検査用判定部71は、上記ガウス関数値の総和が検査用閾値δ以上であるか否かを判定する。ガウス関数値の総和が検査用閾値δ以上である場合、検査用判定部71は、検査対象Aが正常状態であると判定する。これに対して、ガウス関数値の総和が検査用閾値δ未満である場合、検査用判定部71は、検査対象Aが未知状態であると判定する。   The inspection determination unit 71 determines whether or not the sum of the Gaussian function values is equal to or greater than the inspection threshold δ. When the total of the Gaussian function values is equal to or greater than the inspection threshold δ, the inspection determination unit 71 determines that the inspection object A is in a normal state. On the other hand, when the total sum of the Gaussian function values is less than the inspection threshold δ, the inspection determination unit 71 determines that the inspection object A is in an unknown state.

検査部7で行われた判定結果は、検査部7から記憶部6に出力される。記憶部6には、これまでの判定結果がすべて記憶されている。また、上記判定結果は、検査部7から出力部8に出力され、必要に応じて出力部8から適宜の警報手段に指示を与えて警報を報知する。   The determination result made by the inspection unit 7 is output from the inspection unit 7 to the storage unit 6. The storage unit 6 stores all the determination results so far. Moreover, the said determination result is output to the output part 8 from the test | inspection part 7, and it gives an instruction | indication to an appropriate alarm means from the output part 8 as needed, and alert | reports an alarm.

出力部8は、検査部7から判定結果が入力されると、入力された判定結果に応じて警報音を鳴らしたり、警告画面を表示したりする。また、出力部8は、外部機器(図示せず)が接続されている場合、判定結果に応じた情報を外部機器に出力することも可能である。   When the determination result is input from the inspection unit 7, the output unit 8 sounds an alarm sound or displays a warning screen according to the input determination result. Further, when an external device (not shown) is connected, the output unit 8 can output information corresponding to the determination result to the external device.

次に、本実施形態に係る信号識別方法について説明する。まず、検査用の判定条件を設定する学習方法について図6を用いて説明する。   Next, a signal identification method according to the present embodiment will be described. First, a learning method for setting determination conditions for inspection will be described with reference to FIG.

最初に、抽出部3が、複数の学習用信号から、予め設定された抽出方法を用いて、予め設定された抽出範囲ごとに特徴量F(i)(b,f)を抽出する。その後、選択部4が、各学習用信号の各抽出範囲の特徴量F(i)(b,f)を用いて、検査対象Aの検査に用いる抽出範囲の組み合わせを検査領域として選択する(図6のS1)。   First, the extraction unit 3 extracts feature amounts F (i) (b, f) for each preset extraction range from a plurality of learning signals using a preset extraction method. Thereafter, the selection unit 4 uses the feature amounts F (i) (b, f) of each extraction range of each learning signal to select a combination of extraction ranges used for the inspection of the inspection target A as an inspection region (FIG. 6 S1).

ステップS1について図7を用いて説明する。まず、m個の学習用信号(学習用波形サンプル)が抽出部3に入力される(図7のS31)。サンプル番号iが初期値0に設定される(S32)。その後、抽出部3は、学習用信号を短時間フーリエ変換し、特徴量F(i)(b,f)を抽出する(S33)。抽出部3は、すべて(m個)の学習用信号の短時間フーリエ変換が完了したか否かを判定する(S34)。すべての学習用信号の短時間フーリエ変換が完了していない場合、サンプル番号iを1増加し(S35)、次の学習用信号を短時間フーリエ変換して特徴量F(i)(b,f)を抽出する。これにより、抽出部3は、複数の学習用信号から各抽出範囲の特徴量F(i)(b,f)を抽出することができる。   Step S1 will be described with reference to FIG. First, m learning signals (learning waveform samples) are input to the extraction unit 3 (S31 in FIG. 7). The sample number i is set to the initial value 0 (S32). Thereafter, the extraction unit 3 performs a short-time Fourier transform on the learning signal to extract the feature amount F (i) (b, f) (S33). The extraction unit 3 determines whether the short-time Fourier transform of all (m) learning signals has been completed (S34). If the short-time Fourier transform of all the learning signals has not been completed, the sample number i is incremented by 1 (S35), and the next learning signal is subjected to the short-time Fourier transform to obtain the feature amount F (i) (b, f ). Thereby, the extraction part 3 can extract the feature-value F (i) (b, f) of each extraction range from the some signal for learning.

すべての学習用信号の短時間フーリエ変換が完了した場合、選択部4の重み設定変更部400は、各学習用信号の重みW(i)を初期値(1/m)に設定する(S36)。その後、識別器番号nが初期値0に設定され(S37)、時間(時間座標)bが初期値0に設定され(S38)、周波数(周波数座標)fが初期値0に設定される(S39)。   When the short-time Fourier transform of all the learning signals is completed, the weight setting changing unit 400 of the selection unit 4 sets the weight W (i) of each learning signal to an initial value (1 / m) (S36). . Thereafter, the discriminator number n is set to the initial value 0 (S37), the time (time coordinate) b is set to the initial value 0 (S38), and the frequency (frequency coordinate) f is set to the initial value 0 (S39). ).

その後、識別器候補作成部43が、時間b・周波数fの識別器候補DEC(b,f)を作成する(S40)。このとき、識別器候補DEC(b,f)の誤判定率εが算出される。その後、識別器選択部44は、今回の識別器候補DEC(b,f)の誤判定率εがこれまでの誤判定率εの中で最小であるか否かを判定する(S41)。今回の誤判定率εが最小である場合、識別器選択部44は、今回の識別器候補DEC(b,f)を識別器DEC(n)としたときの信頼度α(n)を算出する(S42)。その後、識別器選択部44は、識別器番号nの識別器DEC(n)を今回の識別器候補DEC(b,f)に更新する(S43)。識別器選択部44は、時間bにおいて全周波数fについてステップS40からステップS43までの処理が行われたか否かを判定する(S44)。時間bにおいて全周波数fについてステップS40からステップS43までの処理が終了していなければ、周波数fを1増加し(S45)、すべての周波数fについてステップS40からステップS43までの処理を繰り返す。また、すべての時間bについてステップS39からステップS44までの処理が終了したか否かを判定し(S46)、すべての時間bについてステップS39からステップS44までの処理が終了していなければ、時間bを1増加し(S47)、すべての時間bについてステップS39からステップS44までの処理が終了するまでステップS39からステップS44までの処理を繰り返す。その後、学習用データの重みW(i)の分布を更新する(S48)。その後、すべての識別器DEC(n)についてステップS38からステップS48までの処理が終了したか否かを判定し(S49)、ステップS38からステップS48までの処理が終了していなければ、識別器番号nを1増加し(S50)、すべての識別器DEC(n)についてステップS38からステップS48までの処理が終了するまでステップS38からステップS48までの処理を繰り返す。これにより、選択部4は、各学習用信号の重みW(i)を設定または変更するごとに、抽出範囲ごとに作成した識別器候補DEC(b,f)の中から、誤判定率εが最小である識別器候補DEC(b,f)を識別器DEC(n)として選択することができる。   Thereafter, the classifier candidate creation unit 43 creates a classifier candidate DEC (b, f) at time b and frequency f (S40). At this time, an erroneous determination rate ε of the classifier candidate DEC (b, f) is calculated. Thereafter, the discriminator selection unit 44 determines whether or not the error determination rate ε of the current discriminator candidate DEC (b, f) is the smallest among the previous error determination rates ε (S41). When the current misjudgment rate ε is the minimum, the discriminator selection unit 44 calculates the reliability α (n) when the discriminator candidate DEC (b, f) is the discriminator DEC (n) ( S42). Thereafter, the discriminator selection unit 44 updates the discriminator DEC (n) with the discriminator number n to the current discriminator candidate DEC (b, f) (S43). The discriminator selection unit 44 determines whether or not the processing from step S40 to step S43 has been performed for all frequencies f at time b (S44). If the processing from step S40 to step S43 is not completed for all frequencies f at time b, the frequency f is increased by 1 (S45), and the processing from step S40 to step S43 is repeated for all frequencies f. Further, it is determined whether or not the processing from step S39 to step S44 has been completed for all times b (S46). If the processing from step S39 to step S44 has not been completed for all times b, time b Is incremented by 1 (S47), and the processing from step S39 to step S44 is repeated until the processing from step S39 to step S44 is completed for all times b. Thereafter, the distribution of the weight W (i) of the learning data is updated (S48). Thereafter, it is determined whether or not the processing from step S38 to step S48 has been completed for all the classifiers DEC (n) (S49). If the processing from step S38 to step S48 has not been completed, the classifier number is determined. n is incremented by 1 (S50), and the processing from step S38 to step S48 is repeated until the processing from step S38 to step S48 is completed for all the discriminators DEC (n). Thereby, every time the weight W (i) of each learning signal is set or changed, the selection unit 4 has the smallest error determination rate ε among the discriminator candidates DEC (b, f) created for each extraction range. Can be selected as the classifier DEC (n).

また、識別器DEC(n)ごとに誤判定率εを用いて信頼度α(n)を算出するとともに、各識別器DEC(n)に対応する抽出範囲の組み合わせを検査領域とし、識別器DEC(n)を選択するごとに、識別器DEC(n)によって誤判定された学習用データの重みW(i)を増加させることができる。   Further, the reliability α (n) is calculated using the erroneous determination rate ε for each classifier DEC (n), and the combination of the extraction ranges corresponding to each classifier DEC (n) is set as the inspection region, and the classifier DEC ( Each time n) is selected, the weight W (i) of learning data erroneously determined by the discriminator DEC (n) can be increased.

ここで、ステップS40における識別器候補DEC(b,f)の作成について図8を用いて説明する。まず、抽出範囲ごとに、各学習用データの特徴量F(i)(b,f)を昇順(または降順)に並び替える(図8のS61)。閾値番号cを初期値0に設定する(S62)。閾値未満を正常とし、閾値以上を異常として識別器候補DEC(b,f)を作成する(S63)。その後、誤判定率εを計算する(S64)。誤判定率εが0.5より大きい場合(S65)、判定基準を逆転させて、(1−誤判定率ε)を新たな誤判定率εとする(S66)。誤判定率εが0.5以下である場合、誤判定率εはそのままとする。その後、誤判定率εが最小であるか否かを判定する(S67)。誤判定率εが最小である場合、識別器候補DEC(b,f)を更新する(S68)。すべての閾値番号cについてステップS63からステップS68までの処理が終了したか否かを判定し(S69)、ステップS63からステップS68までの処理が終了していなければ、閾値番号cを1増加し(S70)、すべての閾値番号cについてステップS63からステップS68までの処理が終了するまでステップS63からステップS68までの処理を繰り返す。すべての閾値番号cについて処理が終了した場合、最終の候補を識別器候補DEC(b,f)に確定する(S71)。   Here, the creation of the classifier candidate DEC (b, f) in step S40 will be described with reference to FIG. First, the feature amounts F (i) (b, f) of the learning data are rearranged in ascending order (or descending order) for each extraction range (S61 in FIG. 8). The threshold number c is set to an initial value 0 (S62). A discriminator candidate DEC (b, f) is created with normal values less than the threshold value and abnormal values above the threshold value (S63). Thereafter, an erroneous determination rate ε is calculated (S64). When the erroneous determination rate ε is larger than 0.5 (S65), the determination criterion is reversed, and (1− erroneous determination rate ε) is set as a new erroneous determination rate ε (S66). When the erroneous determination rate ε is 0.5 or less, the erroneous determination rate ε is left as it is. Thereafter, it is determined whether or not the erroneous determination rate ε is minimum (S67). If the erroneous determination rate ε is minimum, the classifier candidate DEC (b, f) is updated (S68). It is determined whether or not the processing from step S63 to step S68 has been completed for all threshold numbers c (S69). If the processing from step S63 to step S68 has not been completed, the threshold number c is incremented by 1 ( S70) The process from step S63 to step S68 is repeated until the process from step S63 to step S68 is completed for all threshold numbers c. When the processing is completed for all the threshold numbers c, the final candidate is determined as a classifier candidate DEC (b, f) (S71).

次に、図6のステップS1を行った後について説明する。設定部5は、サンプル番号iを初期値0に設定し(図6のS2)、学習用信号の短時間フーリエ変換の特徴量F(i)(b,f)を選択する(S3)。さらに、設定部5は、識別器番号nを初期値0に設定し(S4)、識別器DEC(n)に対応する特徴量F(i)(b,f)を選択する(S5)。その後、特徴要素計算を行って、特徴量F(i)(b,f)と信頼度α(n)との積を算出する(S6)。すべての識別器DEC(n)についてステップS5およびステップS6の処理が終了したか否かを判定し(S7)、すべての識別器DEC(n)についてステップS5およびステップS6の処理が終了していなければ、識別器番号nを1増加し(S8)、すべての識別器DEC(n)についてステップS5およびステップS6の処理が終了するまで、ステップS5およびステップS6の処理を繰り返す。続いて、すべての学習用信号についてステップS3からステップS7までの処理が完了したか否かを判定し(S9)、すべての学習用信号についてステップS3からステップS7までの処理が終了していなければ、サンプル番号iを1増加し(S10)、すべての学習用信号についてステップS3からステップS7までの処理が終了するまで、ステップS3からステップS7までの処理を繰り返す。これにより、各学習用信号において、検査領域の各抽出範囲ごとに、特徴量F(i)(b,f)と信頼度α(n)との積を算出して学習用データとすることができる。   Next, after step S1 in FIG. 6 is performed will be described. The setting unit 5 sets the sample number i to the initial value 0 (S2 in FIG. 6), and selects the feature value F (i) (b, f) of the short-time Fourier transform of the learning signal (S3). Further, the setting unit 5 sets the discriminator number n to the initial value 0 (S4), and selects the feature quantity F (i) (b, f) corresponding to the discriminator DEC (n) (S5). Thereafter, feature element calculation is performed to calculate a product of the feature amount F (i) (b, f) and the reliability α (n) (S6). It is determined whether or not the processing of step S5 and step S6 has been completed for all the classifiers DEC (n) (S7), and the processing of steps S5 and S6 must be completed for all the classifiers DEC (n). For example, the discriminator number n is incremented by 1 (S8), and the processing of step S5 and step S6 is repeated until the processing of step S5 and step S6 is completed for all the discriminators DEC (n). Subsequently, it is determined whether or not the processing from step S3 to step S7 has been completed for all the learning signals (S9). If the processing from step S3 to step S7 has not been completed for all the learning signals. The sample number i is incremented by 1 (S10), and the processing from step S3 to step S7 is repeated until the processing from step S3 to step S7 is completed for all the learning signals. Thereby, in each learning signal, the product of the feature amount F (i) (b, f) and the reliability α (n) is calculated for each extraction range of the inspection region to obtain learning data. it can.

その後、マップ作成部51は、各学習用データをそれぞれニューラルネットワーク1に入力して上記ニューラルネットワーク1を学習させてクラスタリングマップを作成する(S11)。その後、ガウス関数設定部52は、各学習用データをニューラルネットワーク1に再入力し(S12)、選択された各マップ位置における学習済重みベクトルと該当する学習用データとのユークリッド距離を算出し(S13)、距離リストを作成し(S14)、ユークリッド距離の最大値を選択する(S15)。その後、ガウス関数設定部52は、クラスタリングマップの各位置に対してガウス関数を設定する(S16)。   Thereafter, the map creation unit 51 inputs each learning data to the neural network 1 to learn the neural network 1 and creates a clustering map (S11). Thereafter, the Gaussian function setting unit 52 re-inputs each learning data to the neural network 1 (S12), and calculates the Euclidean distance between the learned weight vector and the corresponding learning data at each selected map position ( S13), a distance list is created (S14), and the maximum Euclidean distance is selected (S15). Thereafter, the Gaussian function setting unit 52 sets a Gaussian function for each position of the clustering map (S16).

その後、閾値設定部53は、各学習用データをニューラルネットワーク1に再入力し、すべての学習用データをガウス関数群へ入力する(S17)。学習用データごとにガウス関数値の総和を算出し(S18)、ガウス関数総和値リストを作成する(S19)。その後、閾値設定部53は、すべての学習用データに関するガウス関数値の総和の分布から、検査基準として、総和値の下位10%の平均値の50%の値を検査用閾値δに設定する(S20)。   Thereafter, the threshold setting unit 53 re-inputs each learning data to the neural network 1 and inputs all the learning data to the Gaussian function group (S17). The sum of Gaussian function values is calculated for each learning data (S18), and a Gaussian function total value list is created (S19). Thereafter, the threshold value setting unit 53 sets, as the inspection standard, 50% of the average value of the lower 10% of the total value as the inspection threshold value δ from the distribution of the sum of the Gaussian function values for all the learning data ( S20).

次に、判定条件を用いて検査対象Aを検査する検査方法について図9を用いて説明する。まず、抽出部3に検査用信号が入力される(図9のS81)。抽出部3は、検査用信号を短時間フーリエ変換し、検査用信号から各抽出範囲の特徴量F(b,f)を抽出する(S82)。検査部7は、識別器番号nを初期値0に設定する(S83)。抽出した各抽出範囲の特徴量F(b,f)から識別器DEC(n)に対応する抽出範囲の特徴量F(i)(bn,fn)を選択する(S84)。その後、識別器DEC(n)に対応する抽出範囲の特徴量F(bn,fn)と信頼度α(n)との積を算出する(S85)。すべての識別器DEC(n)について処理が終了したか否かを判定し(S86)、すべての識別器DEC(n)について処理が終了していなければ、識別器番号nを1増加し(S87)、次の識別器DEC(n)についてステップS84およびステップS85の処理を行う。これにより、検査領域の各抽出範囲の特徴量F(bn,fn)をステップS82で抽出した各抽出範囲の特徴量F(bn,fn)から選択することができる。   Next, an inspection method for inspecting the inspection object A using the determination conditions will be described with reference to FIG. First, an inspection signal is input to the extraction unit 3 (S81 in FIG. 9). The extraction unit 3 performs a short-time Fourier transform on the inspection signal, and extracts the feature amount F (b, f) of each extraction range from the inspection signal (S82). The inspection unit 7 sets the discriminator number n to the initial value 0 (S83). From the extracted feature values F (b, f) of each extraction range, the feature values F (i) (bn, fn) of the extraction range corresponding to the discriminator DEC (n) are selected (S84). Thereafter, the product of the feature value F (bn, fn) of the extraction range corresponding to the discriminator DEC (n) and the reliability α (n) is calculated (S85). It is determined whether or not the processing has been completed for all the discriminators DEC (n) (S86). If the processing has not been completed for all the discriminators DEC (n), the discriminator number n is incremented by 1 (S87). ), The process of step S84 and step S85 is performed for the next discriminator DEC (n). Thereby, the feature amount F (bn, fn) of each extraction range of the inspection region can be selected from the feature amount F (bn, fn) of each extraction range extracted in step S82.

その後、検査部7の第2の算出部70は、検査用データをガウス関数群へ入力して、検査用データに関するガウス関数値の総和を算出する(S88)。検査用判定部71は、ガウス関数値の総和が検査用閾値δ以上であるか否かを判定する(S89)。ガウス関数値の総和が検査用閾値δ以上である場合、検査用判定部71は、検査対象Aが正常状態であると判定する(S90)。これに対して、ガウス関数値の総和が検査用閾値δ未満である場合、検査用判定部71は、検査対象Aが異常状態であると判定する(S91)。   Thereafter, the second calculation unit 70 of the inspection unit 7 inputs the inspection data to the Gaussian function group, and calculates the sum of the Gaussian function values related to the inspection data (S88). The inspection determination unit 71 determines whether or not the sum of the Gaussian function values is equal to or greater than the inspection threshold δ (S89). When the sum of the Gaussian function values is equal to or greater than the inspection threshold δ, the inspection determination unit 71 determines that the inspection object A is in a normal state (S90). On the other hand, when the sum of the Gaussian function values is less than the inspection threshold δ, the inspection determination unit 71 determines that the inspection object A is in an abnormal state (S91).

以上、本実施形態によれば、各学習用信号の特徴量F(i)(b,f)を用いて、判定基準を変更しながら各特徴量F(i)(b,f)と上記判定基準とを照合させて、各学習用信号が正常信号であるか否かを判定したときの誤判定率εを算出し、誤判定率εが小さくなるような抽出範囲の組み合わせを検査領域として選択することによって、検査領域となる抽出範囲の組み合わせを自動的に選択することができる。   As described above, according to the present embodiment, the feature amount F (i) (b, f) of each learning signal is used to change the determination criterion and change the feature amount F (i) (b, f). By comparing the reference and calculating whether or not each learning signal is a normal signal, the misjudgment rate ε is calculated, and a combination of extraction ranges that makes the misjudgment rate ε small is selected as an inspection region. Thus, it is possible to automatically select a combination of extraction ranges to be an inspection area.

また、本実施形態によれば、学習時に各学習用信号の特徴量F(i)(b,f)と各識別器DEC(n)の信頼度α(n)との積を用いてニューラルネットワーク1を学習させ、検査時に検査用信号の特徴量F(b,f)と各識別器DEC(n)の信頼度α(n)との積を用いて検査対象Aの状態を判定することによって、検査精度を向上させることができる。   Further, according to the present embodiment, a neural network is obtained by using the product of the feature amount F (i) (b, f) of each learning signal and the reliability α (n) of each discriminator DEC (n) during learning. 1 is learned, and the state of the inspection object A is determined by using the product of the characteristic amount F (b, f) of the inspection signal and the reliability α (n) of each discriminator DEC (n) at the time of inspection. Inspection accuracy can be improved.

さらに、本実施形態によれば、異常信号である検査用信号や学習用信号とかけ離れた検査用信号が入力された際に、検査対象Aが異常状態であると判定し、検査対象Aが正常状態であると誤判定するのを防止することができるので、検査精度を向上させることができる。   Furthermore, according to the present embodiment, when an inspection signal that is an abnormal signal or an inspection signal that is far from a learning signal is input, it is determined that the inspection object A is in an abnormal state, and the inspection object A is normal. Since it is possible to prevent erroneous determination as being in a state, inspection accuracy can be improved.

(実施形態2)
実施形態2に係る信号識別方法は、検査時において、検査用データに関するガウス関数値の総和を用いるとともにAdaBoostの手法を用いて、検査対象Aの状態を検査する点で、実施形態1に係る信号識別方法と相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 2)
The signal identification method according to the second embodiment is the signal according to the first embodiment in that the state of the inspection object A is inspected using the sum of the Gaussian function values regarding the inspection data and using the AdaBoost method at the time of inspection. It is different from the identification method. In addition, about the component similar to Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

本実施形態の検査部7は、図10に示すように、第2の算出部70と、検査用判定部71とを実施形態1の検査部7と同様に備えているとともに、第3の算出部72をさらに備えている。   As shown in FIG. 10, the inspection unit 7 of the present embodiment includes a second calculation unit 70 and an inspection determination unit 71 in the same manner as the inspection unit 7 of Embodiment 1, and the third calculation. A part 72 is further provided.

第3の算出部72は、検査時において、AdaBoostの手法を用いて、記憶部6から複数の識別器DEC(n)を信頼度α(n)の高い順に取り出し、先に取り出された識別器DEC(n)から順に、抽出部3によって検査用信号から抽出された特徴量F(b,f)を閾値と比較して、検査対象Aが正常状態であるか否かを判定する。検査対象Aが正常状態であると識別器DEC(n)が判定した場合、第3の算出部72は、これまでの信頼度総和Sに今回の識別器DEC(n)の信頼度α(n)を加えた値を新しい信頼度総和Sとする。検査対象Aが異常状態であると識別器DEC(n)が判定した場合、第3の算出部72は、これまでの信頼度総和Sから今回の識別器DEC(n)の信頼度α(n)を差し引いた値を新しい信頼度総和Sとする。   At the time of inspection, the third calculation unit 72 uses the AdaBoost method to extract a plurality of discriminators DEC (n) from the storage unit 6 in descending order of reliability α (n), and the discriminator previously extracted In order from DEC (n), the feature amount F (b, f) extracted from the inspection signal by the extraction unit 3 is compared with a threshold value to determine whether or not the inspection target A is in a normal state. When the discriminator DEC (n) determines that the inspection target A is in the normal state, the third calculation unit 72 adds the reliability α (n) of the current discriminator DEC (n) to the reliability sum S so far. ) Is added as a new reliability sum S. When the discriminator DEC (n) determines that the inspection target A is in an abnormal state, the third calculator 72 calculates the reliability α (n) of the current discriminator DEC (n) from the total reliability S thus far. The value obtained by subtracting () is the new reliability sum S.

本実施形態の検査用判定部71は、すべての識別器DEC(n)において実施形態1と同様の判定が行われた後、信頼度総和Sが0以上である場合、検査対象Aが正常状態であると最終判定する。信頼度総和Sが0未満である場合、検査用判定部71は、検査対象Aが異常状態であると最終判定する。検査用判定部71の最終判定結果は、出力部8に出力される。   After the determination similar to that in the first embodiment is performed in all the classifiers DEC (n), the inspection determination unit 71 according to the present embodiment determines that the inspection target A is in a normal state when the reliability sum S is 0 or more. It is finally determined that When the reliability sum S is less than 0, the inspection determination unit 71 finally determines that the inspection object A is in an abnormal state. The final determination result of the inspection determination unit 71 is output to the output unit 8.

次に、本実施形態に係る信号識別方法について説明する。学習方法については、実施形態1に係る信号識別方法と同様であるので、検査方法についてのみ図11を用いて説明する。   Next, a signal identification method according to the present embodiment will be described. Since the learning method is the same as the signal identification method according to the first embodiment, only the inspection method will be described with reference to FIG.

まず、抽出部3に検査用信号が入力される(図11のS101)。抽出部3は、検査用信号を短時間フーリエ変換する(S102)。検査部7は、信頼度総和Sを初期値0に設定し(S103)、識別器番号nを初期値0に設定する(S104)。識別器DEC(n)に対応する抽出範囲の特徴量F(bn,fn)を選択する(S105)。   First, an inspection signal is input to the extraction unit 3 (S101 in FIG. 11). The extraction unit 3 performs a short-time Fourier transform on the inspection signal (S102). The inspection unit 7 sets the reliability sum S to the initial value 0 (S103), and sets the discriminator number n to the initial value 0 (S104). The feature quantity F (bn, fn) of the extraction range corresponding to the discriminator DEC (n) is selected (S105).

その後、識別器DEC(n)を用いて検査用信号が正常信号であるか否かを判定する(S106)。つまり、各識別器DEC(n)において、検査用データを判定基準に照合して、検査用信号が正常信号であるか異常信号であるかを判定する。検査用信号が正常信号であると判定された場合(S107)、これまでの信頼度総和Sに識別器DEC(n)の信頼度α(n)を加算して新たな信頼度総和Sとする(S108)。一方、検査用信号が異常信号と判定された場合(S107)、これまでの信頼度総和Sから識別器DEC(n)の信頼度α(n)を減算して新たな信頼度総和Sとする(S109)。   Thereafter, it is determined whether or not the inspection signal is a normal signal by using the discriminator DEC (n) (S106). That is, in each discriminator DEC (n), the inspection data is checked against the determination criterion to determine whether the inspection signal is a normal signal or an abnormal signal. When it is determined that the inspection signal is a normal signal (S107), the reliability α (n) of the discriminator DEC (n) is added to the reliability sum S so far to obtain a new reliability sum S. (S108). On the other hand, when the inspection signal is determined to be an abnormal signal (S107), the reliability α (n) of the discriminator DEC (n) is subtracted from the reliability sum S so far to obtain a new reliability sum S. (S109).

その後、検査領域の各抽出範囲の特徴量F(bn,fn)と信頼度α(n)との積を算出して検査用データとする(S110)。すべての識別器DEC(n)についてステップS105からステップS110までの処理が終了したか否かを判定し(S111)、すべての識別器DEC(n)についてステップS105からステップS110までの処理が終了していなければ、識別器番号nを1増加し(S112)、次の識別器DEC(n)についてステップS105からステップS110までの処理を行う。   Thereafter, the product of the feature value F (bn, fn) and the reliability α (n) of each extraction range of the inspection area is calculated and used as inspection data (S110). It is determined whether or not the processing from step S105 to step S110 has been completed for all the classifiers DEC (n) (S111), and the processing from step S105 to step S110 is completed for all the classifiers DEC (n). If not, the discriminator number n is incremented by 1 (S112), and the processing from step S105 to step S110 is performed for the next discriminator DEC (n).

その後、検査部7の第2の算出部70は、検査用データをガウス関数群へ入力して、検査用データに関するガウス関数値の総和を算出する(S113)。検査用判定部71は、ガウス関数値の総和が検査用閾値δ以上であるか否かを判定する(S114)。ガウス関数値の総和が検査用閾値δ未満である場合、検査用判定部71は、検査対象Aが未知状態であると判定する(S115)。これに対して、ガウス関数値の総和が検査用閾値δ以上である場合、検査用判定部71は、信頼度総和Sが0以上であるか否かを判定する(S116)。つまり、検査用信号が正常信号であると判定した識別器DEC(n)の信頼度α(n)の総和が、検査用信号が異常信号であると判定した識別器DEC(n)の信頼度α(n)の総和以上であるか否かを判定する。信頼度総和Sが0以上である場合、検査対象Aが正常状態であると判定する(S117)。これに対して、信頼度総和Sが0未満である場合、検査用判定部71は、検査対象Aが異常状態であると判定する(S118)。   Thereafter, the second calculation unit 70 of the inspection unit 7 inputs the inspection data to the Gaussian function group, and calculates the sum of the Gaussian function values related to the inspection data (S113). The inspection determination unit 71 determines whether or not the sum of the Gaussian function values is equal to or greater than the inspection threshold δ (S114). When the sum of the Gaussian function values is less than the inspection threshold δ, the inspection determination unit 71 determines that the inspection object A is in an unknown state (S115). On the other hand, when the sum of the Gaussian function values is equal to or greater than the inspection threshold δ, the inspection determination unit 71 determines whether or not the reliability sum S is equal to or greater than 0 (S116). That is, the sum of the reliability α (n) of the discriminator DEC (n) that has been determined that the inspection signal is a normal signal is the reliability of the discriminator DEC (n) that has been determined that the inspection signal is an abnormal signal. It is determined whether or not the sum of α (n) is equal to or greater. When the reliability sum S is 0 or more, it is determined that the inspection target A is in a normal state (S117). On the other hand, when the reliability sum S is less than 0, the inspection determination unit 71 determines that the inspection object A is in an abnormal state (S118).

以上、本実施形態によれば、学習用信号とかけ離れた検査用信号が入力された際に、検査対象Aが未知状態であると判定することによって、検査対象Aが正常状態または異常状態であると誤判定するのを防止することができるので、検査精度を向上させることができる。また、異常状態と未知状態とを区別することによって、未知状態と判定された検査用信号に対して検討を加えることで検査対象Aの状態変化を捉えることができる。さらに、未知状態を異常状態と区別することによって、背景ノイズなどの外乱要因を特定することができ、動作環境改善の指針を与えることができる。   As described above, according to the present embodiment, when a test signal that is far from the learning signal is input, the test target A is in a normal state or an abnormal state by determining that the test target A is in an unknown state. Can be prevented from being erroneously determined, so that the inspection accuracy can be improved. Further, by distinguishing between the abnormal state and the unknown state, it is possible to capture the state change of the inspection target A by considering the inspection signal determined to be the unknown state. Furthermore, by distinguishing the unknown state from the abnormal state, it is possible to specify a disturbance factor such as background noise, and to provide a guideline for improving the operating environment.

(実施形態3)
実施形態3では、実施形態1とは異なる方法で、正常信号と非正常信号とを含む複数の学習用信号を用いて、検査対象Aの状態を検査するための検査基準を作成する学習と、検査対象Aの状態を表わす検査用信号と検査基準とを用いて、検査対象Aの状態を判定する検査とを行う信号識別方法について説明する。なお、実施形態1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, learning to create an inspection standard for inspecting the state of the inspection object A using a plurality of learning signals including a normal signal and an abnormal signal in a method different from that in the first embodiment; A signal identification method for performing an inspection for determining the state of the inspection object A using the inspection signal indicating the state of the inspection object A and the inspection standard will be described. In addition, about the component similar to Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

本実施形態に係る信号識別方法は、識別器候補DEC(b,f)の作成にニューラルネットワーク1を用いている点で、実施形態1,2に係る信号識別方法と相違する。   The signal identification method according to the present embodiment is different from the signal identification method according to the first and second embodiments in that the neural network 1 is used to create the classifier candidate DEC (b, f).

本実施形態の選択部4は、AdaBoostの手法を用いて、実施形態1とは異なる手法で、検査領域となる抽出範囲の組み合わせを選択する。選択部4は、図12に示すように、重み管理部40と、第1の算出部42と、識別器候補作成部43と、識別器選択部44とを実施形態1の選択部4(図3参照)と同様に備えているとともに、マップ作成部45と、ガウス関数設定部46と、閾値設定部47とを備えている。本実施形態では、抽出部3で各学習用信号から抽出された特徴量F(i)(b,f)をそれぞれ学習用データとし、検査領域の各抽出範囲の特徴量F(b,f)を検査用データとする。   The selection unit 4 of the present embodiment uses the AdaBoost method to select a combination of extraction ranges to be an inspection region by a method different from that of the first embodiment. As shown in FIG. 12, the selection unit 4 includes a weight management unit 40, a first calculation unit 42, a discriminator candidate creation unit 43, and a discriminator selection unit 44 according to the selection unit 4 (FIG. 3) and a map creation unit 45, a Gaussian function setting unit 46, and a threshold setting unit 47. In the present embodiment, the feature amount F (i) (b, f) extracted from each learning signal by the extraction unit 3 is used as learning data, and the feature amount F (b, f) in each extraction range of the inspection region. Is used as inspection data.

マップ作成部45は、各学習用データの重みW(i)が設定または変更されるごとに、各抽出範囲において、各学習用信号の特徴量F(i)(b,f)をそれぞれニューラルネットワーク1に入力して上記ニューラルネットワーク1を学習させ、ニューラルネットワーク1の出力層ニューロンN2をカテゴリに対応付けているクラスタリングマップを作成する。   Each time the weight W (i) of each learning data is set or changed, the map creating unit 45 converts the feature amount F (i) (b, f) of each learning signal into a neural network in each extraction range. 1 is input to learn the neural network 1 to create a clustering map in which the output layer neuron N2 of the neural network 1 is associated with a category.

ガウス関数設定部46は、ニューラルネットワーク1の学習後に、各学習用データをニューラルネットワーク1に再入力し、学習用データごとに、クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンN2において、学習用データと重みベクトルとのユークリッド距離を求め、クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンN2に対して、各学習用データと重みベクトルとから求めた複数のユークリッド距離により決定した分散、および重みベクトルである平均値により定義したガウス関数を設定する。   The Gaussian function setting unit 46 re-inputs the learning data to the neural network 1 after learning of the neural network 1, and for each learning data, the learning data and the weight vector in each output layer neuron N2 on the clustering map. The Euclidean distance is determined with respect to each output layer neuron N2 on the clustering map, and is defined by a variance determined by a plurality of Euclidean distances obtained from each learning data and a weight vector, and an average value that is a weight vector Set the Gaussian function.

閾値設定部47は、クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンN2に対するガウス関数の設定後に、各学習用データをニューラルネットワーク1に再入力し、学習用データごとに、クラスタリングマップ上のすべてのニューロンのガウス関数値の総和を求め、すべての学習用データに関するガウス関数値の総和の分布から閾値を設定する。   After setting a Gaussian function for each output layer neuron N2 on the clustering map, the threshold setting unit 47 re-inputs each learning data to the neural network 1, and for each learning data, Gauss of all neurons on the clustering map. The sum of function values is obtained, and a threshold value is set from the distribution of the sum of Gauss function values for all learning data.

本実施形態の第1の算出部42は、閾値を用いて、判定基準を変更しながら各学習用信号の特徴量F(i)(b,f)の上記判定基準への照合を行い、各学習用信号が正常信号であるか否かを判定し、誤判定した学習用信号の重みW(i)の総和を誤判定率εとして算出する。   The first calculation unit 42 according to the present embodiment uses the threshold value to check the feature amount F (i) (b, f) of each learning signal against the determination criterion while changing the determination criterion. It is determined whether or not the learning signal is a normal signal, and the sum of the weights W (i) of the erroneously determined learning signals is calculated as an erroneous determination rate ε.

本実施形態の識別器候補作成部43は、閾値を判定基準に適用した識別器候補DEC(b,f)を作成する。   The classifier candidate creation unit 43 according to the present embodiment creates a classifier candidate DEC (b, f) in which a threshold is applied to a determination criterion.

本実施形態の識別器選択部44は、各学習用信号の重みW(i)が設定または変更されるごとに、抽出範囲ごとに作成された識別器候補DEC(b,f)の中から誤判定率εが最小である識別器候補DEC(b,f)を識別器DEC(n)として選択し、識別器DEC(n)ごとに誤判定率εを用いて信頼度α(n)を算出し、各識別器DEC(n)の抽出範囲の組み合わせを検査領域とする。   The discriminator selection unit 44 of the present embodiment misidentifies from the discriminator candidates DEC (b, f) created for each extraction range every time the weight W (i) of each learning signal is set or changed. The classifier candidate DEC (b, f) having the smallest constant rate ε is selected as the classifier DEC (n), and the reliability α (n) is calculated using the erroneous determination rate ε for each classifier DEC (n). A combination of extraction ranges of each discriminator DEC (n) is set as an inspection region.

本実施形態の設定部5は、各学習用データを各識別器DEC(n)に入力し、学習用データごとに信頼度α(n)の総和を求め、すべての学習用データに関する信頼度α(n)の総和を求めて総和リストを作成し、信頼度α(n)の総和の分布から検査基準として検知用閾値δを設定することができる。   The setting unit 5 of this embodiment inputs each learning data to each discriminator DEC (n), obtains the sum of the reliability α (n) for each learning data, and the reliability α for all the learning data. The sum total of (n) is obtained to create a summation list, and the detection threshold δ can be set as an inspection standard from the distribution of the sum of the reliability α (n).

本実施形態の検査部7は、検査領域の各抽出範囲の特徴量F(b,f)を検査用データとし、AdaBoostの手法を用いて検査を行う。つまり、検査部7は、各識別器DEC(n)において、検査用データを判定基準に照合して、検査用信号が正常信号であるか否かを判定する。検査部7は、すべての識別器DEC(n)の信頼度α(n)の総和(以下「第2の信頼度総和」という)Tが検査用閾値δ未満である場合、検査対象Aが未知状態であると判定する。第2の信頼度総和Tが検査用閾値δ以上であって、検査用信号が正常信号であると判定した識別器DEC(n)の信頼度α(n)の総和が、検査用信号が異常信号であると判定した識別器DEC(n)の信頼度α(n)の総和以上である場合、検査部7は、検査対象Aが正常状態であると判定する。信頼度総和Sが検査用閾値δ以上であって、検査対象Aが正常状態であると判定した識別器DEC(n)の信頼度α(n)の総和が、検査対象Aが異常状態であると判定した識別器DEC(n)の信頼度α(n)の総和未満である場合、検査部7は、検査対象Aが異常状態であると判定する。   The inspection unit 7 of the present embodiment uses the feature amount F (b, f) of each extraction range of the inspection region as inspection data, and performs inspection using the AdaBoost method. That is, the inspection unit 7 determines whether or not the inspection signal is a normal signal by collating the inspection data with the determination criterion in each discriminator DEC (n). The inspection unit 7 determines that the inspection target A is unknown when the sum of the reliability α (n) of all the classifiers DEC (n) (hereinafter referred to as “second reliability total”) T is less than the inspection threshold δ. It is determined that it is in a state. The sum of the reliability α (n) of the discriminator DEC (n) determined that the second reliability total T is equal to or greater than the inspection threshold δ and the inspection signal is a normal signal, and the inspection signal is abnormal. If it is equal to or greater than the sum of the reliability α (n) of the discriminator DEC (n) determined to be a signal, the inspection unit 7 determines that the inspection target A is in a normal state. The sum of the reliability α (n) of the discriminator DEC (n) determined that the reliability sum S is equal to or greater than the inspection threshold δ and the inspection target A is in the normal state, and the inspection target A is in the abnormal state. If it is less than the sum of the reliability α (n) of the discriminator DEC (n) determined as follows, the inspection unit 7 determines that the inspection target A is in an abnormal state.

次に、本実施形態に係る信号識別方法について説明する。まず、学習方法について図13を用いて説明する。   Next, a signal identification method according to the present embodiment will be described. First, the learning method will be described with reference to FIG.

最初に、m個の学習用信号(学習用波形サンプル)が抽出部3に入力される(図13のS131)。サンプル番号iが初期値0に設定される(S132)。その後、抽出部3は、学習用信号を短時間フーリエ変換し、特徴量F(i)(b,f)を抽出する(S133)。抽出部3は、すべて(m個)の学習用信号の短時間フーリエ変換が完了したか否かを判定する(S134)。すべての学習用信号の短時間フーリエ変換が完了していない場合、サンプル番号iを1増加し(S135)、次の学習用信号を短時間フーリエ変換する。これにより、抽出部3は、複数の学習用信号から抽出範囲ごとに特徴量F(i)(b,f)を抽出することができる。各学習用信号の特徴量F(i)(b,f)を学習用データとする。   First, m learning signals (learning waveform samples) are input to the extraction unit 3 (S131 in FIG. 13). The sample number i is set to the initial value 0 (S132). Thereafter, the extraction unit 3 performs a short-time Fourier transform on the learning signal to extract the feature amount F (i) (b, f) (S133). The extraction unit 3 determines whether the short-time Fourier transform of all (m) learning signals has been completed (S134). If the short-time Fourier transform of all the learning signals has not been completed, the sample number i is incremented by 1 (S135), and the next learning signal is short-time Fourier transformed. Thereby, the extraction part 3 can extract the feature-value F (i) (b, f) for every extraction range from the some signal for learning. The feature amount F (i) (b, f) of each learning signal is used as learning data.

すべての学習用信号の短時間フーリエ変換が完了した場合、選択部4の重み設定変更部400は、各学習用信号の重みW(i)を初期値(1/m)に設定する(S136)。その後、識別器番号nが初期値0に設定され(S137)、時間bが初期値0に設定され(S138)、周波数fが初期値0に設定される(S139)。   When the short-time Fourier transform of all the learning signals is completed, the weight setting changing unit 400 of the selection unit 4 sets the weight W (i) of each learning signal to an initial value (1 / m) (S136). . Thereafter, the discriminator number n is set to the initial value 0 (S137), the time b is set to the initial value 0 (S138), and the frequency f is set to the initial value 0 (S139).

その後、識別器候補作成部43が、時間b・周波数fの識別器候補DEC(b,f)を作成する(S140)。このとき、識別器候補DEC(b,f)の誤判定率εが算出される。これにより、閾値を設定し、各学習用信号の特徴量F(i)(b,f)と閾値とを比較して、各学習用信号が正常信号であるか否かを判定し、誤判定した学習用信号の重みW(i)の総和ΣW(i)を誤判定率εとして算出し、閾値を判定基準に適用した識別器候補DEC(b,f)を作成することができる。   Thereafter, the classifier candidate creation unit 43 creates a classifier candidate DEC (b, f) at time b and frequency f (S140). At this time, an erroneous determination rate ε of the classifier candidate DEC (b, f) is calculated. Thereby, a threshold value is set, and the feature amount F (i) (b, f) of each learning signal is compared with the threshold value to determine whether or not each learning signal is a normal signal. The sum ΣW (i) of the weights W (i) of the learning signals thus calculated is calculated as the error determination rate ε, and the classifier candidate DEC (b, f) in which the threshold is applied to the determination criterion can be created.

その後、識別器選択部44は、今回の識別器候補DEC(b,f)の誤判定率εがこれまでの誤判定率εの中で最小であるか否かを判定する(S141)。今回の誤判定率εが最小である場合、識別器選択部44は、今回の識別器候補DEC(b,f)を識別器DEC(n)としたときの信頼度α(n)を算出する(S142)。その後、識別器選択部44は、識別器番号nの識別器DEC(n)を今回の識別器候補DEC(b,f)に更新する(S143)。識別器選択部44は、時間bにおいて全周波数fについてステップS140からステップS143までの処理が行われたか否かを判定する(S144)。時間bにおいて全周波数fについてステップS140からステップS143までの処理が終了していなければ、周波数fを1増加し(S145)、すべての周波数fについてステップS140からステップS143までの処理が終了するまでステップS140からステップS143までの処理を繰り返す。また、すべての時間bについてステップS139からステップS144までの処理が終了したか否かを判定し(S146)、ステップS139からステップS144までの処理が終了していなければ、時間bを1増加し(S147)、すべての時間bについてステップS139からステップS144までの処理が終了するまでステップS139からステップS144までの処理を繰り返す。その後、学習用データの重みW(i)の分布を更新する(S148)。識別器DEC(n)を選択するごとに、識別器DEC(n)によって誤判定された学習用信号の重みW(i)を増加させることができる。その後、すべての識別器DEC(n)についてステップS138からステップS148までの処理が終了したか否かを判定し(S149)、ステップS138からステップS148までの処理が終了していなければ、識別器番号nを1増加し(S150)、すべての識別器DEC(n)についてステップS138からステップS148までの処理が終了するまでステップS138からステップS148までの処理を繰り返す。   Thereafter, the classifier selection unit 44 determines whether or not the erroneous determination rate ε of the current classifier candidate DEC (b, f) is the smallest among the previous erroneous determination rates ε (S141). When the current misjudgment rate ε is the minimum, the discriminator selection unit 44 calculates the reliability α (n) when the discriminator candidate DEC (b, f) is the discriminator DEC (n) ( S142). Thereafter, the classifier selector 44 updates the classifier DEC (n) with the classifier number n to the current classifier candidate DEC (b, f) (S143). The discriminator selection unit 44 determines whether or not the processing from step S140 to step S143 has been performed for all frequencies f at time b (S144). If the processing from step S140 to step S143 has not been completed for all frequencies f at time b, the frequency f is incremented by 1 (S145), and the steps from step S140 to step S143 are completed for all frequencies f. The processing from S140 to step S143 is repeated. Further, it is determined whether or not the processing from step S139 to step S144 has been completed for all times b (S146). If the processing from step S139 to step S144 has not been completed, time b is increased by 1 ( S147) The processing from step S139 to step S144 is repeated until the processing from step S139 to step S144 is completed for all times b. Thereafter, the distribution of the weight W (i) of the learning data is updated (S148). Each time the discriminator DEC (n) is selected, the weight W (i) of the learning signal erroneously determined by the discriminator DEC (n) can be increased. Thereafter, it is determined whether or not the process from step S138 to step S148 has been completed for all the classifiers DEC (n) (S149). If the process from step S138 to step S148 has not been completed, the classifier number is determined. n is incremented by 1 (S150), and the processing from step S138 to step S148 is repeated until the processing from step S138 to step S148 is completed for all the discriminators DEC (n).

ここで、ステップS140における識別器候補DEC(b,f)の作成について図14を用いて説明する。まず、マップ作成部45は、複数の学習用信号のうち正常信号における時間b・周波数fの特徴量F(i)(b,f)をそれぞれニューラルネットワーク1に入力して上記ニューラルネットワーク1を学習させてクラスタリングマップを作成する(図14のS161)。   Here, the creation of the classifier candidate DEC (b, f) in step S140 will be described with reference to FIG. First, the map creation unit 45 inputs the feature values F (i) (b, f) of time b and frequency f in the normal signal among the plurality of learning signals to the neural network 1 to learn the neural network 1. Thus, a clustering map is created (S161 in FIG. 14).

ニューラルネットワーク1の学習後に、ガウス関数設定部46は、各正常信号の学習用データをニューラルネットワーク1に再入力し(S162)、学習用データごとに、クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンN2において、学習用データと重みベクトルとの間のユークリッド距離を求め(S163)、距離リストを作成し(S164)、ユークリッド距離の最大値を選択する(S165)。その後、ガウス関数設定部46は、クラスタリングマップの各位置に対してガウス関数を設定する(S166)。   After learning the neural network 1, the Gaussian function setting unit 46 re-inputs the learning data of each normal signal to the neural network 1 (S162), and for each learning data, in each output layer neuron N2 on the clustering map, The Euclidean distance between the learning data and the weight vector is obtained (S163), a distance list is created (S164), and the maximum value of the Euclidean distance is selected (S165). Thereafter, the Gaussian function setting unit 46 sets a Gaussian function for each position of the clustering map (S166).

クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンN2に対するガウス関数の設定後に、閾値設定部47は、各学習用データをニューラルネットワーク1に再入力し、すべての学習用データをガウス関数群へ入力する(S167)。学習用データごとに、クラスタリングマップ上のすべての出力層ニューロンN2のガウス関数値の総和を算出し(S168)、ガウス関数総和値リストを作成する(S169)。その後、閾値設定部47は、すべての学習用データに関するガウス関数値の総和の分布から、総和値の下位10%の平均値の50%の値を閾値に設定する(S170)。その後、誤判定率εを計算する(S171)。誤判定率εが0.5より大きい場合(S172)、判定基準を逆転させて、(1−誤判定率ε)を新たな誤判定率εとする(S173)。誤判定率εが0.5以下である場合、誤判定率εはそのままとする。これにより、時間b・周波数fにおける識別器候補DEC(b,f)を確定する(S174)。   After setting the Gaussian function for each output layer neuron N2 on the clustering map, the threshold setting unit 47 re-inputs each learning data to the neural network 1 and inputs all the learning data to the Gaussian function group (S167). . For each learning data, the sum of Gaussian function values of all output layer neurons N2 on the clustering map is calculated (S168), and a Gaussian function sum list is created (S169). Thereafter, the threshold setting unit 47 sets a value of 50% of the average value of the lower 10% of the total value from the distribution of the sum of the Gaussian function values for all the learning data (S170). Thereafter, an erroneous determination rate ε is calculated (S171). When the misjudgment rate ε is larger than 0.5 (S172), the judgment criterion is reversed to set (1-misjudgment rate ε) as a new misjudgment rate ε (S173). When the erroneous determination rate ε is 0.5 or less, the erroneous determination rate ε is left as it is. Thus, the discriminator candidate DEC (b, f) at time b and frequency f is determined (S174).

図13のステップS149を行った後について説明する。閾値設定部47は、各学習用データを各識別器DEC(n)に入力する(図13のS151)。学習用データごとに信頼度α(n)の総和を求め(S152)、信頼度総和リストを作成する(S153)。その後、閾値設定部47は、すべての学習用データに関する信頼度α(n)の総和の分布から、検査基準として、総和値の下位10%の平均値の50%の値を検査用閾値δに設定する(S154)。   The process after step S149 of FIG. 13 will be described. The threshold setting unit 47 inputs each learning data to each discriminator DEC (n) (S151 in FIG. 13). A total sum of reliability α (n) is obtained for each learning data (S152), and a reliability total list is created (S153). After that, the threshold setting unit 47 uses, as the inspection standard, 50% of the average value of the lower 10% of the total value as the inspection threshold δ from the distribution of the sum of the reliability α (n) regarding all the learning data. Setting is made (S154).

次に、検査方法について図15を用いて説明する。まず、抽出部3に検査用信号が入力される(図15のS181)。抽出部3は、検査用信号を短時間フーリエ変換し、検査用信号から抽出範囲ごとに特徴量F(b,f)を抽出する(S182)。検査部7は、信頼度総和Sを初期値0に設定し(S183)、第2の信頼度総和Tを初期値0に設定し(S184)、識別器番号nを初期値0に設定する(S185)。抽出した各抽出範囲の特徴量F(b,f)から、識別器DEC(n)に対応する抽出範囲の特徴量F(bn,fn)を選択する(S186)。検査領域の各抽出範囲の特徴量F(bn,fn)を検査用データとする。   Next, the inspection method will be described with reference to FIG. First, an inspection signal is input to the extraction unit 3 (S181 in FIG. 15). The extraction unit 3 performs a short-time Fourier transform on the inspection signal, and extracts a feature amount F (b, f) for each extraction range from the inspection signal (S182). The inspection unit 7 sets the reliability sum S to the initial value 0 (S183), sets the second reliability sum T to the initial value 0 (S184), and sets the discriminator number n to the initial value 0 (S184). S185). From the extracted feature value F (b, f) of each extraction range, the feature value F (bn, fn) of the extraction range corresponding to the discriminator DEC (n) is selected (S186). The feature amount F (bn, fn) of each extraction range of the inspection area is used as inspection data.

その後、識別器DEC(n)を用いて検査用信号が正常信号であるか否かを判定する(S187)。つまり、各識別器DEC(n)において、検査用データを判定基準に照合して、検査用信号が正常信号であるか異常信号であるかを判定する。検査用信号が正常信号であると判定された場合(S188)、これまでの信頼度総和Sに識別器DEC(n)の信頼度α(n)を加算した値を新たな信頼度総和Sとする(S189)。一方、検査用信号が異常信号と判定された場合(S188)、これまでの信頼度総和Sから識別器DEC(n)の信頼度α(n)を減算した値を新たな信頼度総和Sとする(S190)。   Thereafter, it is determined using the discriminator DEC (n) whether the inspection signal is a normal signal (S187). That is, in each discriminator DEC (n), the inspection data is checked against the determination criterion to determine whether the inspection signal is a normal signal or an abnormal signal. When it is determined that the inspection signal is a normal signal (S188), a value obtained by adding the reliability α (n) of the discriminator DEC (n) to the previous reliability total S is set as a new reliability total S. (S189). On the other hand, when the inspection signal is determined to be an abnormal signal (S188), a value obtained by subtracting the reliability α (n) of the discriminator DEC (n) from the previous reliability total S is set as a new reliability total S. (S190).

その後、これまでの第2の信頼度総和Tに識別器DEC(n)の信頼度α(n)を加算した値を新たな第2の信頼度総和Tとする(S191)。すべての識別器DEC(n)についてステップS186からステップS191までの処理が終了したか否かを判定し(S192)、すべての識別器DEC(n)についてステップS186からステップS191までの処理が終了していなければ、識別器番号nを1増加し(S193)、次の識別器DEC(n)についてのステップS186からステップS191までの処理を行う。   Thereafter, a value obtained by adding the reliability α (n) of the discriminator DEC (n) to the previous second reliability total T is set as a new second reliability total T (S191). It is determined whether or not the processing from step S186 to step S191 has been completed for all the classifiers DEC (n) (S192), and the processing from step S186 to step S191 has been completed for all the classifiers DEC (n). If not, the discriminator number n is incremented by 1 (S193), and the processing from step S186 to step S191 for the next discriminator DEC (n) is performed.

その後、検査部7は、第2の信頼度総和Tが検査用閾値δ以上であるか否かを判定する(S194)。第2の信頼度総和Tが検査用閾値δ未満である場合、検査部7は、検査対象Aが未知状態であると判定する(S195)。第2の信頼度総和Tが検査用閾値δ以上である場合、検査用判定部71は、信頼度総和Sが0以上であるか否かを判定する(S196)。つまり、検査用判定部71は、検査用信号が正常信号であると判定した識別器DEC(n)の信頼度α(n)の総和が、検査用信号が異常信号であると判定した識別器DEC(n)の信頼度α(n)の総和以上であるか否かを判定する。信頼度総和Sが0以上である場合、検査対象Aが正常状態であると判定する(S197)。これに対して、信頼度総和Sが0未満である場合、検査用判定部71は、検査対象Aが異常状態であると判定する(S198)。   Thereafter, the inspection unit 7 determines whether or not the second reliability sum T is equal to or greater than the inspection threshold δ (S194). If the second reliability sum T is less than the inspection threshold δ, the inspection unit 7 determines that the inspection object A is in an unknown state (S195). When the second reliability sum T is equal to or greater than the inspection threshold δ, the inspection determination unit 71 determines whether or not the reliability sum S is equal to or greater than 0 (S196). In other words, the inspection determining unit 71 determines that the sum of the reliability α (n) of the classifier DEC (n) determined that the inspection signal is a normal signal is the classifier determined that the inspection signal is an abnormal signal. It is determined whether or not the total of the reliability α (n) of DEC (n) is greater than or equal to. When the reliability sum S is 0 or more, it is determined that the inspection target A is in a normal state (S197). On the other hand, when the reliability sum S is less than 0, the inspection determination unit 71 determines that the inspection object A is in an abnormal state (S198).

以上、本実施形態によれば、各学習用信号の特徴量F(i)(b,f)を用いて、判定基準を変更しながら各特徴量F(i)(b,f)と上記判定基準とを照合させて、各学習用信号が正常信号であるか否かを判定したときの誤判定率εを算出し、誤判定率εが小さくなるような抽出範囲の組み合わせを用いることによって、検査領域となる抽出範囲の組み合わせを自動的に選択することができる。   As described above, according to the present embodiment, the feature amount F (i) (b, f) of each learning signal is used to change the determination criterion and change the feature amount F (i) (b, f). By comparing the reference and calculating whether or not each learning signal is a normal signal, an erroneous determination rate ε is calculated, and by using a combination of extraction ranges such that the erroneous determination rate ε becomes small, an inspection region is obtained. A combination of extraction ranges can be automatically selected.

また、本実施形態によれば、検査時に各識別器DEC(n)の信頼度α(n)を用いて検査対象Aの状態を判定することによって、検査精度を向上させることができる。   Further, according to the present embodiment, it is possible to improve the inspection accuracy by determining the state of the inspection object A using the reliability α (n) of each discriminator DEC (n) at the time of inspection.

さらに、本実施形態によれば、学習用信号とかけ離れた検査用信号が入力された際に、検査対象Aが未知状態であると判定することによって、検査対象Aが正常状態または異常状態であると誤判定するのを防止することができるので、検査精度を向上させることができる。また、異常状態と未知状態とを区別することによって、未知状態と判定された検査用信号に対して検討を加えることで検査対象Aの状態変化を捉えることができる。さらに、未知状態を異常状態と区別することによって、背景ノイズなどの外乱要因を特定することができ、動作環境改善の指針を与えることができる。   Furthermore, according to the present embodiment, when an inspection signal that is far from the learning signal is input, the inspection object A is in a normal state or an abnormal state by determining that the inspection object A is in an unknown state. Can be prevented from being erroneously determined, so that the inspection accuracy can be improved. Further, by distinguishing between the abnormal state and the unknown state, it is possible to capture the state change of the inspection target A by considering the inspection signal determined to be the unknown state. Furthermore, by distinguishing the unknown state from the abnormal state, it is possible to specify a disturbance factor such as background noise, and to provide a guideline for improving the operating environment.

なお、実施形態1〜3の変形例として、信号識別方法に用いられる信号識別装置は、電気信号を短時間フーリエ変換するのではなく、連続ウェーブレット変換しても、実施形態1〜3と同様の効果を奏する。   As a modification of the first to third embodiments, the signal identification device used in the signal identification method is the same as the first to third embodiments even if the electrical signal is not subjected to the short-time Fourier transform, but the continuous wavelet transform is performed. There is an effect.

上記変形例の抽出部3は、正常信号と異常信号とを含む学習用信号ごとに、学習用信号に対してノイズを除去する前処理を行った後、数5,6を用いて学習用信号を連続ウェーブレット変換し、時間bとパラメータaの組み合わせにおける特徴量Y(i)(b,a)を抽出する。数5は、サンプル番号i・時間b・パラメータaの特徴量Y(i)(b,a)を示し、数6は、数5のマザーウェーブレットΨ(t)を示す。x(t)は電気信号である。   The extraction unit 3 of the modified example performs the preprocessing for removing noise on the learning signal for each learning signal including the normal signal and the abnormal signal, and then uses the equations 5 and 6 for the learning signal. Are subjected to continuous wavelet transform, and feature values Y (i) (b, a) in a combination of time b and parameter a are extracted. Equation 5 represents the feature quantity Y (i) (b, a) of the sample number i, time b, and parameter a, and Equation 6 represents the mother wavelet Ψ (t) of Equation 5. x (t) is an electrical signal.

Figure 0005027859
Figure 0005027859

Figure 0005027859
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一方、検査時においても、抽出部3は、学習時と同様に、検査用信号を連続ウェーブレット変換し、時間b・パラメータaの特徴量Y(b,a)の集合である検査用データを抽出する。   On the other hand, at the time of inspection, as in the case of learning, the extraction unit 3 performs continuous wavelet transform on the inspection signal, and extracts inspection data that is a set of feature quantities Y (b, a) of time b and parameter a. To do.

1 ニューラルネットワーク
3 抽出部(抽出手段)
4 選択部(選択手段)
5 設定部(設定手段)
7 検査部(検査手段)
A 検査対象
DEC(b,f) 識別器候補
DEC(n) 識別器
δ 検査用閾値
1 Neural network 3 Extraction unit (extraction means)
4 selection part (selection means)
5 Setting part (setting means)
7 Inspection part (inspection means)
A Inspection object DEC (b, f) Discriminator candidate DEC (n) Discriminator δ Inspection threshold

Claims (8)

正常信号と非正常信号とを含む複数の学習用信号を用いて、検査対象の状態を検査するための検査基準を作成する学習と、前記検査対象の状態を表わす検査用信号と前記検査基準とを用いて、前記検査対象の状態を判定する検査とを行う信号識別方法であって、
学習時に、前記複数の学習用信号から、予め設定された抽出範囲ごとに特徴量を抽出する第1のステップと、
各学習用信号の各抽出範囲の特徴量を用いて、前記検査に用いる抽出範囲の組み合わせを検査領域として選択する第2のステップと、
前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を用いて前記検査基準を設定する第3のステップと、
検査時に、前記検査用信号から前記抽出範囲ごとに特徴量を抽出し、抽出した各抽出範囲の特徴量から前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を選択し、選択した特徴量と前記検査基準とを用いて前記検査対象の状態を検査する第4のステップとを有し、
前記第2のステップでは、
各学習用信号に重みを設定し、前記重みを変更するごとに、各抽出範囲において、各学習用信号の特徴量を用いて、判定基準を変更しながら各特徴量の当該判定基準への照合を行うことによって、各学習用信号がそれぞれ正常信号であるか否かを判定し、前記判定基準ごとに、誤判定した学習用信号の重みを用いて誤判定率を算出し、前記抽出範囲ごとに、前記誤判定率が最小となる判定基準を適用した識別器候補を作成し、
前記重みを変更するごとに、前記抽出範囲ごとに作成した前記識別器候補の中から前記誤判定率が最小である識別器候補を識別器として選択し、前記識別器ごとに前記誤判定率を用いて信頼度を算出し、各識別器の抽出範囲の組み合わせを前記検査領域とし、
前記第3のステップでは、
各学習用信号において、前記検査領域の各抽出範囲ごとに、前記特徴量と前記信頼度との積を算出して学習用データとし、
各学習用データをそれぞれ競合学習型ニューラルネットワークに入力して当該競合学習型ニューラルネットワークを学習させ、当該競合学習型ニューラルネットワークの出力層ニューロンをカテゴリに対応付けているクラスタリングマップを作成し、作成したクラスタリングマップを用いて前記検査基準を設定し、
前記第4のステップでは、
前記検査用信号における前記検査領域の各抽出範囲の特徴量と前記信頼度との積を算出して検査用データとし、前記検査用データと前記検査基準とを比較して前記検査対象が正常状態であるか否かを判定する
ことを特徴とする信号識別方法。
Learning to create an inspection standard for inspecting the state of the inspection object using a plurality of learning signals including a normal signal and an abnormal signal, an inspection signal representing the state of the inspection object, and the inspection reference And a signal identification method for performing an inspection for determining the state of the inspection object,
A first step of extracting a feature amount for each preset extraction range from the plurality of learning signals during learning;
A second step of selecting a combination of extraction ranges to be used for the inspection as an inspection region using a feature amount of each extraction range of each learning signal;
A third step of setting the inspection standard using a feature amount of each extraction range of the inspection region;
At the time of inspection, a feature amount is extracted for each extraction range from the inspection signal, a feature amount of each extraction range of the inspection region is selected from the extracted feature amount of each extraction range, and the selected feature amount and the inspection standard And a fourth step of inspecting the state of the inspection object using
In the second step,
Each time a weight is set for each learning signal, and each time the weight is changed, the feature amount of each learning signal is used in each extraction range, and each feature amount is collated with the determination criterion while changing the determination criterion. To determine whether or not each learning signal is a normal signal, calculate an erroneous determination rate using the weight of the erroneously determined learning signal for each of the determination criteria, and for each extraction range , Creating a classifier candidate applying a criterion for minimizing the erroneous determination rate,
Each time the weight is changed, the classifier candidate having the smallest error determination rate is selected as a classifier from the classifier candidates created for each extraction range, and the error determination rate is used for each classifier. The reliability is calculated, and the combination of the extraction ranges of each classifier is set as the inspection area,
In the third step,
In each learning signal, for each extraction range of the inspection region, a product of the feature amount and the reliability is calculated and used as learning data.
Each learning data is input to a competitive learning type neural network to learn the competitive learning type neural network, and a clustering map is created by associating the output layer neurons of the competitive learning type neural network with categories. Set the inspection criteria using a clustering map,
In the fourth step,
The product of the feature value of each extraction range of the inspection area in the inspection signal and the reliability is calculated as inspection data, and the inspection object is in a normal state by comparing the inspection data with the inspection standard It is judged whether it is. The signal identification method characterized by the above-mentioned.
前記第2のステップでは、
前記重みを変更するごとに、各抽出範囲において、各学習用信号の特徴量を昇順または降順に並び替え、並び替えた各特徴量を順に閾値に設定し、各特徴量と前記閾値との大小関係を比較して、前記判定基準を変更しながら各特徴量の当該判定基準への照合を行うことによって、各学習用信号がそれぞれ正常信号であるか否かを判定し、前記判定基準ごとに、誤判定した学習用信号の重みの総和を前記誤判定率として算出し、
前記識別器を選択するごとに、前記識別器によって誤判定された学習用信号の重みを増加させ、
前記第3のステップでは、
前記競合学習型ニューラルネットワークの学習後に、各学習用データを前記競合学習型ニューラルネットワークに再入力し、前記学習用データごとに、前記クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンにおいて、前記学習用データと重みベクトルとの間の距離を求め、前記クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンに対して、各学習用データと前記重みベクトルとから求めた複数の距離により決定した分散、および前記重みベクトルである平均値により定義したガウス関数を設定し、
前記クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンに対するガウス関数の設定後に、各学習用データを前記競合学習型ニューラルネットワークに再入力し、前記学習用データごとに、前記クラスタリングマップ上のすべての出力層ニューロンのガウス関数値の総和を求め、すべての学習用データに関する前記ガウス関数値の総和の分布から前記検査基準として検査用閾値を設定し、
前記第4のステップでは、
前記検査用データを前記ガウス関数へ入力して当該検査用データに関するガウス関数値の総和を求め、
前記検査用データに関するガウス関数値の総和が前記検査用閾値未満である場合、前記検査対象が正常状態ではないと判定する
ことを特徴とする請求項1記載の信号識別方法。
In the second step,
Each time the weight is changed, the feature amount of each learning signal is rearranged in ascending order or descending order in each extraction range, the rearranged feature amounts are sequentially set as threshold values, and the size of each feature amount and the threshold value is changed. By comparing the relations and changing each of the determination criteria, each feature amount is checked against the determination criteria to determine whether each learning signal is a normal signal. , Calculating the sum of the weights of the erroneously determined learning signals as the erroneous determination rate,
Each time the classifier is selected, the weight of the learning signal erroneously determined by the classifier is increased,
In the third step,
After learning by the competitive learning type neural network, each learning data is re-input to the competitive learning type neural network, and the learning data and weights are output in each output layer neuron on the clustering map for each learning data. The distance between the vectors, the variance determined by a plurality of distances obtained from each learning data and the weight vector for each output layer neuron on the clustering map, and the average value that is the weight vector Set the Gaussian function defined by
After setting a Gaussian function for each output layer neuron on the clustering map, each learning data is re-input to the competitive learning type neural network, and for each learning data, all output layer neurons on the clustering map are input. Find the sum of Gaussian function values, set the inspection threshold as the inspection criterion from the distribution of the sum of the Gaussian function values for all learning data,
In the fourth step,
The test data is input to the Gaussian function to obtain the sum of Gaussian function values related to the test data,
The signal identification method according to claim 1, wherein if the total sum of Gaussian function values related to the inspection data is less than the inspection threshold, the inspection object is determined not to be in a normal state.
前記第4のステップでは、
前記検査用データに関するガウス関数値の総和が前記検査用閾値未満である場合、前記検査対象が異常状態であると判定し、
前記検査用データに関するガウス関数値の総和が前記検査用閾値以上である場合、前記検査対象が正常状態であると判定する
ことを特徴とする請求項2記載の信号識別方法。
In the fourth step,
If the sum of Gaussian function values for the inspection data is less than the inspection threshold, determine that the inspection target is in an abnormal state;
The signal identification method according to claim 2, wherein when the total sum of Gaussian function values related to the inspection data is equal to or greater than the inspection threshold, the inspection object is determined to be in a normal state.
前記第4のステップでは、
前記検査用データに関するガウス関数値の総和が前記検査用閾値未満である場合、前記検査対象が未知状態であると判定し、
各識別器において、前記検査用データを前記判定基準に照合して、前記検査用信号が正常信号であるか異常信号であるかを判定し、
前記検査データに関するガウス関数値の総和が前記検査用閾値以上であって、前記検査用信号が正常信号であると判定した識別器の信頼度の総和が、前記検査用信号が異常信号であると判定した識別器の信頼度の総和以上である場合、前記検査対象が正常状態であると判定し、
前記検査データに関するガウス関数値の総和が前記検査用閾値以上であって、前記検査用信号が正常信号であると判定した識別器の信頼度の総和が、前記検査用信号が異常信号であると判定した識別器の信頼度の総和未満である場合、前記検査対象が異常状態であると判定する
ことを特徴とする請求項2記載の信号識別方法。
In the fourth step,
If the sum of the Gaussian function values for the inspection data is less than the inspection threshold, determine that the inspection object is in an unknown state;
In each discriminator, the inspection data is checked against the determination criteria to determine whether the inspection signal is a normal signal or an abnormal signal,
The sum of the Gaussian function values related to the inspection data is equal to or greater than the inspection threshold, and the total reliability of the discriminators determined that the inspection signal is a normal signal, the inspection signal is an abnormal signal. If the reliability of the determined classifier is greater than or equal to the sum of reliability, it is determined that the inspection target is in a normal state,
The sum of the Gaussian function values related to the inspection data is equal to or greater than the inspection threshold, and the total reliability of the discriminators determined that the inspection signal is a normal signal, the inspection signal is an abnormal signal. The signal identification method according to claim 2, wherein the inspection target is determined to be in an abnormal state when the reliability of the determined classifier is less than a total sum of reliability.
正常信号と非正常信号とを含む複数の学習用信号を用いて、検査対象の状態を検査するための検査基準を作成する学習と、前記検査対象の状態を表わす検査用信号と前記検査基準とを用いて、前記検査対象の状態を判定する検査とを行う信号識別方法であって、
学習時に、前記複数の学習用信号から、予め設定された抽出範囲ごとに特徴量を抽出する第1のステップと、
各学習用信号の各抽出範囲の特徴量を用いて、前記検査に用いる抽出範囲の組み合わせを検査領域として選択する第2のステップと、
前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を用いて前記検査基準を設定する第3のステップと、
検査時に、前記検査用信号から前記抽出範囲ごとに特徴量を抽出し、抽出した各抽出範囲の特徴量から前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を選択し、選択した特徴量と前記検査基準とを用いて前記検査対象の状態を検査する第4のステップとを有し、
前記第2のステップでは、
各学習用信号の特徴量を学習用データとし、各学習用信号に重みを設定し、前記重みを変更するごとに、各抽出範囲において、各学習用信号の特徴量をそれぞれ競合学習型ニューラルネットワークに入力して当該競合学習型ニューラルネットワークを学習させ、当該競合学習型ニューラルネットワークの出力層ニューロンをカテゴリに対応付けているクラスタリングマップを作成して閾値を設定し、各学習用信号の特徴量と前記閾値とを比較して、各学習用信号が正常信号であるか否かを判定し、誤判定した学習用信号の重みの総和を誤判定率として算出し、前記閾値を判定基準に適用した識別器候補を作成し、
前記重みを変更するごとに、前記抽出範囲ごとに作成した前記識別器候補の中から前記誤判定率が最小である識別器候補を識別器として選択し、前記識別器ごとに前記誤判定率を用いて信頼度を算出し、各識別器の抽出範囲の組み合わせを前記検査領域とし、
前記第3のステップでは、
各学習用データを各識別器に入力し、前記学習用データごとに前記信頼度の総和を求め、すべての学習用データに関する前記信頼度の総和の分布から前記検査基準として検査用閾値を設定し、
前記第4のステップでは、
前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を検査用データとし、各識別器において、前記検査用データを前記判定基準に照合して、前記検査用信号が正常信号であるか否かを判定し、
すべての識別器の信頼度の総和が前記検査用閾値以上であって、前記検査用信号が正常信号であると判定した識別器の信頼度の総和が、前記検査用信号が異常信号であると判定した識別器の信頼度の総和以上である場合、前記検査対象が正常状態であると判定する
ことを特徴とする信号識別方法。
Learning to create an inspection standard for inspecting the state of the inspection object using a plurality of learning signals including a normal signal and an abnormal signal, an inspection signal representing the state of the inspection object, and the inspection reference And a signal identification method for performing an inspection for determining the state of the inspection object,
A first step of extracting a feature amount for each preset extraction range from the plurality of learning signals during learning;
A second step of selecting a combination of extraction ranges to be used for the inspection as an inspection region using a feature amount of each extraction range of each learning signal;
A third step of setting the inspection standard using a feature amount of each extraction range of the inspection region;
At the time of inspection, a feature amount is extracted for each extraction range from the inspection signal, a feature amount of each extraction range of the inspection region is selected from the extracted feature amount of each extraction range, and the selected feature amount and the inspection standard And a fourth step of inspecting the state of the inspection object using
In the second step,
The feature amount of each learning signal is used as learning data, a weight is set for each learning signal, and each time the weight is changed, the feature amount of each learning signal is changed to a competitive learning type neural network in each extraction range. To learn the competitive learning type neural network, create a clustering map in which the output layer neurons of the competitive learning type neural network are associated with categories, set a threshold value, The threshold is compared to determine whether each learning signal is a normal signal, the sum of the weights of the erroneously determined learning signals is calculated as an erroneous determination rate, and the threshold is applied to the determination criterion Create a vessel candidate,
Each time the weight is changed, the classifier candidate having the smallest error determination rate is selected as a classifier from the classifier candidates created for each extraction range, and the error determination rate is used for each classifier. The reliability is calculated, and the combination of the extraction ranges of each classifier is set as the inspection area,
In the third step,
Each learning data is input to each discriminator, the sum of the reliability is obtained for each of the learning data, and an inspection threshold is set as the inspection standard from the distribution of the sum of the reliability regarding all the learning data. ,
In the fourth step,
The feature amount of each extraction range of the inspection region is used as inspection data, and in each discriminator, the inspection data is checked against the determination criterion to determine whether the inspection signal is a normal signal,
The sum of reliability of all discriminators is equal to or greater than the inspection threshold, and the sum of reliability of the discriminators determined that the inspection signal is a normal signal is that the inspection signal is an abnormal signal. A signal identification method characterized by determining that the inspection target is in a normal state when the reliability of the determined classifier is equal to or greater than a sum of reliability.
前記第2のステップでは、
前記競合学習型ニューラルネットワークの学習後に、各学習用データを当該競合学習型ニューラルネットワークに再入力し、前記学習用データごとに、前記クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンにおいて、前記学習用データと重みベクトルとの間の距離を求め、前記クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンに対して、各学習用データと前記重みベクトルとから求めた複数の距離により決定した分散、および前記重みベクトルである平均値により定義したガウス関数を設定し、
前記クラスタリングマップ上の各出力層ニューロンに対するガウス関数の設定後に、各学習用データを前記競合学習型ニューラルネットワークに再入力し、前記学習用データごとに、前記クラスタリングマップ上のすべての出力層ニューロンのガウス関数値の総和を求め、すべての学習用データに関する前記ガウス関数値の総和の分布から前記閾値を設定し、
前記識別器を選択するごとに、前記識別器によって誤判定された学習用信号の重みを増加させ、
前記第4のステップでは、
前記信頼度の総和が前記検査用閾値未満である場合、前記検査対象が未知状態であると判定し、
前記信頼度の総和が前記検査用閾値以上であって、前記検査用信号が正常信号であると判定した識別器の信頼度の総和が、前記検査用信号が異常信号であると判定した識別器の信頼度の総和未満である場合、前記検査対象が異常状態であると判定する
ことを特徴とする請求項5記載の信号識別方法。
In the second step,
After learning of the competitive learning type neural network, each learning data is re-input to the competitive learning type neural network, and the learning data and weights are output in each output layer neuron on the clustering map for each learning data. The distance between the vectors, the variance determined by a plurality of distances obtained from each learning data and the weight vector for each output layer neuron on the clustering map, and the average value that is the weight vector Set the Gaussian function defined by
After setting a Gaussian function for each output layer neuron on the clustering map, each learning data is re-input to the competitive learning type neural network, and for each learning data, all output layer neurons on the clustering map are input. Find the sum of Gaussian function values, set the threshold from the distribution of the sum of Gaussian function values for all learning data,
Each time the classifier is selected, the weight of the learning signal erroneously determined by the classifier is increased,
In the fourth step,
If the total reliability is less than the inspection threshold, determine that the inspection target is in an unknown state;
The discriminator in which the sum of the reliability is equal to or greater than the inspection threshold and the sum of the reliability of the discriminator determined that the inspection signal is a normal signal determines that the inspection signal is an abnormal signal 6. The signal identification method according to claim 5, wherein the inspection object is determined to be in an abnormal state when the reliability is less than a total sum of reliability.
正常信号と非正常信号とを含む複数の学習用信号を用いて、検査対象の状態を検査するための検査基準を作成する学習と、前記検査対象の状態を表わす検査用信号と前記検査基準とを用いて、前記検査対象の状態を判定する検査とを行う信号識別装置であって、
学習時に前記複数の学習用信号が入力され、検査時に前記検査用信号が入力され、前記複数の学習用信号および前記検査用信号のそれぞれから、予め設定された抽出範囲ごとに特徴量を抽出する抽出手段と、
学習時に各学習用信号の各抽出範囲の特徴量を用いて、前記検査に用いる抽出範囲の組み合わせを検査領域として選択する選択手段と、
前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を用いて前記検査基準を設定する設定手段と、
前記検査用信号の各抽出範囲の特徴量から前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を選択し、選択した特徴量と前記検査基準とを用いて前記検査対象の状態を検査する検査手段とを備え、
前記選択手段は、
前記学習用信号ごとに重みを設定および変更する重み設定変更部と、
前記重みが変更されるごとに、各抽出範囲において、各学習用信号の特徴量を用いて、判定基準を変更しながら各特徴量の当該判定基準への照合を行うことによって、各学習用信号がそれぞれ正常信号であるか否かを判定する学習用判定部と、
前記判定基準ごとに、前記学習用判定部で誤判定された学習用信号の重みを用いて誤判定率を算出する算出部と、
前記抽出範囲ごとに、前記誤判定率が最小となる判定基準を適用した識別器候補を作成する識別器候補作成部と、
前記重みが変更されるごとに、前記抽出範囲ごとに作成された前記識別器候補の中から前記誤判定率が最小である識別器候補を識別器として選択し、前記識別器ごとに前記誤判定率を用いて信頼度を算出し、各識別器の抽出範囲の組み合わせを前記検査領域とする識別器選択部と、
前記識別器選択部で前記識別器が選択されるごとに、前記識別器によって誤判定された学習用信号の重みを増加させるように前記重み設定変更部に指示する重み指示部とを有し、
前記設定手段は、
各学習用信号において、前記検査領域の各抽出範囲ごとに、前記特徴量と前記信頼度との積を算出して学習用データとする学習用データ作成部と、
各学習用データをそれぞれ競合学習型ニューラルネットワークに入力して当該競合学習型ニューラルネットワークを学習させ、当該競合学習型ニューラルネットワークの出力層ニューロンをカテゴリに対応付けているクラスタリングマップを作成するマップ作成部とを有し、
前記クラスタリングマップを用いて前記検査基準を設定し、
前記検査手段は、
前記検査領域の各抽出範囲の特徴量と前記信頼度との積を算出して検査用データとし、前記検査用データと前記検査基準とを比較して前記検査対象が正常状態であるか否かを判定する
ことを特徴とする信号識別装置。
Learning to create an inspection standard for inspecting the state of the inspection object using a plurality of learning signals including a normal signal and an abnormal signal, an inspection signal representing the state of the inspection object, and the inspection reference A signal identification device that performs an inspection to determine the state of the inspection object using
The plurality of learning signals are input at the time of learning, the inspection signals are input at the time of inspection, and feature amounts are extracted from the plurality of learning signals and the inspection signal for each preset extraction range. Extraction means;
A selection means for selecting a combination of extraction ranges used for the inspection as an inspection region using a feature amount of each extraction range of each learning signal during learning;
Setting means for setting the inspection standard using the feature amount of each extraction range of the inspection region;
An inspection unit that selects a feature amount of each extraction range of the inspection region from a feature amount of each extraction range of the inspection signal, and inspects a state of the inspection target using the selected feature amount and the inspection reference; Prepared,
The selection means includes
A weight setting changing unit for setting and changing the weight for each learning signal;
Each time the weight is changed, in each extraction range, each learning signal is collated with the determination criterion while changing the determination criterion using the characteristic amount of each learning signal. And a learning determination unit for determining whether or not each is a normal signal,
For each determination criterion, a calculation unit that calculates an erroneous determination rate using the weight of the learning signal erroneously determined by the learning determination unit;
For each extraction range, a classifier candidate creating unit that creates a classifier candidate to which a determination criterion that minimizes the erroneous determination rate is applied;
Each time the weight is changed, the classifier candidate having the smallest error determination rate is selected as a classifier from the classifier candidates created for each extraction range, and the error determination rate is determined for each classifier. A classifier selector that calculates the reliability using the combination of extraction ranges of each classifier as the inspection region;
A weight instruction unit that instructs the weight setting change unit to increase the weight of a learning signal erroneously determined by the classifier each time the classifier is selected by the classifier selection unit;
The setting means includes
In each learning signal, for each extraction range of the inspection region, a learning data creation unit that calculates a product of the feature amount and the reliability and uses it as learning data;
A map creation unit that inputs each learning data to a competitive learning type neural network, trains the competitive learning type neural network, and creates a clustering map in which the output layer neurons of the competitive learning type neural network are associated with categories. And
Set the inspection standard using the clustering map,
The inspection means includes
Whether or not the inspection object is in a normal state by calculating the product of the feature value of each extraction range of the inspection area and the reliability to obtain inspection data, and comparing the inspection data with the inspection standard A signal identification device characterized by determining.
正常信号と非正常信号とを含む複数の学習用信号を用いて、検査対象の状態を検査するための検査基準を作成する学習と、前記検査対象の状態を表わす検査用信号と前記検査基準とを用いて、前記検査対象の状態を判定する検査とを行う信号識別装置であって、
学習時に前記複数の学習用信号が入力され、検査時に前記検査用信号が入力され、前記複数の学習用信号および前記検査用信号のそれぞれから、予め設定された抽出範囲ごとに特徴量を抽出する抽出手段と、
学習時に各学習用信号の各抽出範囲の特徴量を用いて、前記検査に用いる抽出範囲の組み合わせを検査領域として選択する選択手段と、
前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を用いて前記検査基準を設定する設定手段と、
前記検査用信号の各抽出範囲の特徴量から前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を選択し、選択した特徴量と前記検査基準とを用いて前記検査対象の状態を検査する検査手段とを備え、
前記選択手段は、
各学習用信号の特徴量を学習用データとし、各学習用信号ごとに重みを設定および変更する重み設定変更部と、
前記重みが変更されるごとに、各抽出範囲において、各学習用信号の特徴量をそれぞれ競合学習型ニューラルネットワークに入力して当該競合学習型ニューラルネットワークを学習させ、当該競合学習型ニューラルネットワークの出力層ニューロンをカテゴリに対応付けているクラスタリングマップを作成するマップ作成部と、
前記クラスタリングマップを用いて閾値を設定する閾値設定部と、
各抽出範囲ごとに各学習用信号の特徴量と前記閾値とを比較して、各学習用信号が正常信号であるか否かを判定し、誤判定した学習用信号の重みの総和を誤判定率として算出する算出部と、
各抽出範囲ごとに前記閾値を判定基準に適用した識別器候補を作成する識別器候補作成部と、
前記重みが変更されるごとに、前記抽出範囲ごとに作成された前記識別器候補の中から前記誤判定率が最小である識別器候補を識別器として選択し、前記識別器ごとに前記誤判定率を用いて信頼度を算出し、各識別器の抽出範囲の組み合わせを前記検査領域とする識別器選択部と、
前記識別器選択部で前記識別器が選択されるごとに、前記識別器によって誤判定された学習用信号の重みを増加させるように前記重み設定変更部に指示する重み指示部とを有し、
前記設定手段は、
各学習用データを各識別器に入力し、前記学習用データごとに前記信頼度の総和を求め、すべての学習用データに関する前記信頼度の総和の分布から前記検査基準として検知用閾値を設定し、
前記検査手段は、
前記検査領域の各抽出範囲の特徴量を検査用データとし、各識別器において、前記検査用データを前記判定基準に照合して、前記検査用信号が正常信号であるか否かを判定し、
すべての識別器の信頼度の総和が前記検査用閾値以上であって、前記検査用信号が正常信号であると判定した識別器の信頼度の総和が、前記検査用信号が異常信号であると判定した識別器の信頼度の総和以上である場合、前記検査対象が正常状態であると判定する
ことを特徴とする信号識別装置。
Learning to create an inspection standard for inspecting the state of the inspection object using a plurality of learning signals including a normal signal and an abnormal signal, an inspection signal representing the state of the inspection object, and the inspection reference A signal identification device that performs an inspection to determine the state of the inspection object using
The plurality of learning signals are input at the time of learning, the inspection signals are input at the time of inspection, and feature amounts are extracted from the plurality of learning signals and the inspection signal for each preset extraction range. Extraction means;
A selection means for selecting a combination of extraction ranges used for the inspection as an inspection region using a feature amount of each extraction range of each learning signal during learning;
Setting means for setting the inspection standard using the feature amount of each extraction range of the inspection region;
An inspection unit that selects a feature amount of each extraction range of the inspection region from a feature amount of each extraction range of the inspection signal, and inspects a state of the inspection target using the selected feature amount and the inspection reference; Prepared,
The selection means includes
A feature setting of each learning signal is used as learning data, and a weight setting changing unit that sets and changes a weight for each learning signal;
Each time the weight is changed, in each extraction range, the feature quantity of each learning signal is input to the competitive learning type neural network to learn the competitive learning type neural network, and the output of the competitive learning type neural network is output. A map creation unit for creating a clustering map in which layer neurons are associated with categories;
A threshold setting unit that sets a threshold using the clustering map;
For each extraction range, the feature amount of each learning signal is compared with the threshold value to determine whether each learning signal is a normal signal, and the sum of the weights of the erroneously determined learning signals is determined as an erroneous determination rate. A calculation unit for calculating as
A discriminator candidate creating unit for creating a discriminator candidate applying the threshold value to the determination criterion for each extraction range;
Each time the weight is changed, the classifier candidate having the smallest error determination rate is selected as a classifier from the classifier candidates created for each extraction range, and the error determination rate is determined for each classifier. A classifier selector that calculates the reliability using the combination of extraction ranges of each classifier as the inspection region;
A weight instruction unit that instructs the weight setting change unit to increase the weight of a learning signal erroneously determined by the classifier each time the classifier is selected by the classifier selection unit;
The setting means includes
Each learning data is input to each discriminator, the sum of the reliability is obtained for each of the learning data, and a detection threshold is set as the inspection standard from the distribution of the reliability sums for all the learning data. ,
The inspection means includes
The feature amount of each extraction range of the inspection region is used as inspection data, and in each discriminator, the inspection data is checked against the determination criterion to determine whether the inspection signal is a normal signal,
The sum of reliability of all discriminators is equal to or greater than the inspection threshold, and the sum of reliability of the discriminators determined that the inspection signal is a normal signal is that the inspection signal is an abnormal signal. The signal discriminating apparatus, wherein if the sum of the reliability of the discriminator determined is equal to or higher than the sum, the signal to be inspected is determined to be in a normal state.
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