تشخیص عیوب سرسیلندر موتور احتراق داخلی در انتهای خط تولید به کمک پردازش سیگنال صوتی و شبکه عصبی پیچشی

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1060-ISAV2024 (R1)
نویسندگان
1مرکز فناوری خودرو، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
2Acoustics Research Lab., Mechanical Engineering Department, Amirkabir University of Technology
3دانشگاه فنی و حرفه‌ای، گروه مهندسی کشاورزی
چکیده
این پژوهش به بررسی روشی نوآورانه برای تشخیص عیوب سرسیلندر در موتورهای احتراق داخلی می‌پردازد. عیوب مورد بررسی شامل لقی محوری میل بادامک، گرفتگی لوله مکش روغن و خالی بودن استکانی‌ها است که در انتهای خط تولید و مرحله تست گرم با استفاده از پردازش سیگنال‌های صوتی شناسایی می‌شوند. این عیوب در خط تولید رایج بوده و تشخیص آنها، به ‌ویژه لقی محوری میل بادامک، با روش‌های سنتی دشوار است. در این پژوهش، برای تشخیص عیوب از ترکیب پردازش سیگنال و شبکه عصبی استفاده می‌‌شود. سیگنال‌های صوتی در سه دور کاری مختلف (1300، 1700 و 2500 دور در دقیقه) و در حالت بی‌باری توسط دستگاه ضبط صوت دستی ثبت شده‌اند که انتخابی مقرون به صرفه و کاربردی است و می‌تواند به راحتی در محیط‌های صنعتی مختلف استفاده شود. داده‌های صوتی ضبط شده به دلیل شرایط کاری خط تولید دارای نویز شدید هستند که این امر باعث پیچیدگی عیب‌یابی می‌شود. برای پردازش سیگنال و استخراج ویژگی، از طیف نگارها همراه با فیلتربانک‌های مل و گاماتون استفاده شده است. این روش‌ها امکان تحلیل دقیق‌تر فرکانس‌های صوتی را فراهم می‌کنند و می‌توانند الگوهای صوتی مرتبط با عیوب را بهتر شناسایی کنند. برای طبقه‌بندی داده‌ها از شبکه عصبی پیچشی استفاده شده است که برای تعداد داده‌های کم نتایج خوبی را برای تفکیک داده‌ها ارائه می‌دهد. نتایج پژوهش نشان می‌دهد که طیف‌نگارها در استخراج ویژگی کارآمدتر از روش‌های رایج دیگر مانند تبدیل موجک پیوسته هستند و در دورهای کاری 1700 و 2500 دور در دقیقه، تمام عیوب با دقت تقریبی 98% تشخیص داده می‌شوند. این روش به ویژه در تشخیص عیوبی مانند لقی محوری میل بادامک، که با روش‌های سنتی قابل تشخیص نیستند، مؤثر است. همچنین، این روش قادر است بین گرفتگی لوله مکش روغن و خالی بودن استکانی‌ها، که معمولاً توسط کارشناسان خط تولید به عنوان یک عیب واحد تشخیص داده می‌شوند، تمایز قائل شود.
کلیدواژه ها
 
Title
Fault Detection in Internal Combustion Engine Cylinder Heads at the End of Production Line Using Audio Signal Processing and Convolutional Neural Networks
Authors
Alireza Goli Karim Abadi, Maryam Ghassabzadeh Saryazdi, Abdolreza Ohadi, Seyed_Ashkan Mousavian
Abstract
This research examines an innovative method for detecting cylinder head faults in internal combustion engines. The defects under investigation include camshaft axial clearance, oil suction tube blockage, and empty tappets, which are identified at the end of the production line and during the hot test stage using audio signal processing. These defects are common in the production line, and their detection, especially camshaft axial clearance, is challenging using traditional methods. In this study, a combination of signal processing and neural networks is used for defect detection.
Audio signals were recorded at three different operating speeds (1300, 1700, and 2500 rpm) under idle conditions using a handy audio recorder, which is a cost-effective and practical choice that can be easily used in various industrial environments. The recorded audio data contains significant noise due to production line working conditions, which complicates the fault detection process. For signal processing and feature extraction, spectrograms along with Mel and Gammatone filter banks were used. These methods allow for more precise analysis of audio frequencies and can better identify sound patterns associated with defects. Convolutional neural network was used for data classification, which provides good results for separating data with a small number of samples. The research results show that spectrograms are more efficient in feature extraction compared to other common methods such as continuous wavelet transform. At operating speeds of 1700 and 2500 rpm, all defects are detected with approximately 98% accuracy. This method is particularly effective in detecting defects such as camshaft axial clearance, which are not detectable by traditional methods. Additionally, this method can distinguish between oil suction tube blockage and empty tappets, which are typically identified as a single fault by production line experts.
Keywords
Internal Combustion Engine, Fault detection, Audio Signal Processing, Neural network