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GAI內裂瑕疵音頻生成技術
作者
楊凱智、吳鴻材
任職單位: 工研院機械所
刊登日期:2026/04/28
摘要
本研究為解決金屬零組件內裂瑕疵品音頻資料取得不易問題,開發內裂瑕疵音頻資料生成技術。
研究之音頻資料取樣頻率128kHz,取樣長度32,768 個資料點。生成式演算法選用SAGAN(Self-Attention Generative Adversarial Networks) 進行稀缺資料生成,藉其自注意力機制的全局資訊關聯生成音頻資料。
資料合理性驗證採用多維KS 檢定法(Kolmogorov-Smirnov Test),生成資料總體相似率達95%。將生成的1,000 筆虛擬資料與真實資料混合訓練,使AI(Artificial Intelligence) 檢測模型之測試準確率從87% 提升至93%。
Abstract
In order to address the difficulty in obtaining acoustic data of internal crack defects in metal components, this study develops an acoustic data generation technology for internal crack defects. The acoustic
data sampling frequency is 128 kHz with a sampling length of 32,768 data points. The generative algorithm employs SAGAN (Self-Attention Generative Adversarial Networks) for scarce data generation, leveraging its selfattention mechanism's global information correlation to generate acoustic data. Data validity verification uses the multivariate KS test (Kolmogorov-Smirnov test), achieving an overall similarity rate of 95% for the generated data. By combining 1,000 generated synthetic data samples with real data for training, the test accuracy of the detection model improved from 87% to 93%.
摘要
本研究旨在解決金屬零組件(特別是粉末冶金產品)內裂瑕疵音頻資料取得困難的問題。由於實際生產中瑕疵品比例極低,且獲取標註資料往往需透過高成本的破壞性試驗,導致 AI 檢測模型訓練樣本不足。
研究開發了基於 SAGAN (Self-Attention Generative Adversarial Networks) 的生成式 AI 技術:
- 音頻規格:取樣頻率 128kHz,取樣長度 32,768 個資料點。
- 核心技術:利用自注意力機制(Self-Attention)建立全局資訊關聯,生成高保真度的虛擬瑕疵音頻。
- 驗證方法:採用多維度 KS 檢定法(Multivariate Kolmogorov-Smirnov Test),生成資料與真實資料的總體相似率達 95%。
- 效益:透過混合 1,000 筆生成資料與真實資料進行訓練,將 AI 檢測模型的測試準確率從 87% 提升至 93%。
前言
在智慧製造與粉末冶金產業中,內裂瑕疵檢測至關重要。若燒結後未能及時發現缺陷,可能導致後續加工斷裂、設備故障或安全事故。
現有檢測技術之挑戰
- 傳統方法:X 光、超音波、磁粉檢測,雖有效但成本高或過程複雜。
- 音頻檢測優勢:非破壞性、環保、成本低、檢測速度快。
- AI 訓練瓶頸:
- 高良率特性:真實瑕疵樣本極其稀缺。
- 標註成本高:需透過破壞性試驗確認內裂,耗時費力。
- 小樣本問題:資料不足導致深度學習模型泛化能力差。
研究貢獻
- 開發應用於金屬製造的音頻瑕疵資料生成技術,解決樣本稀缺困境。
- 提出多維度 KS 檢定法量化評估生成資料品質(設定臨界標準 $$\alpha = 0.99$$)。
- 證明虛實資料混合訓練可顯著提升模型檢測準確率。
DOI: 10.30256/JIM.202605_(518).0005
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2026年05月號
(單篇費用:參考材化所定價)