Recurrent neural network based approach for estimating the dynamic evolution of grinding process variables

170 p.El proceso de rectificado es ampliamente utilizado para la fabricación de componentes de precisión por arranque de viruta por sus buenos acabados y excelentes tolerancias. Así, el modelado y el control del proceso de rectificado es altamente importante para alcanzar los requisitos económicos y de precisión de los clientes. Sin embargo, los modelos analíticos desarrollados hasta ahora están lejos de poder ser implementados en la industria. Es por ello que varias investigaciones han propuesto la utilización de técnicas inteligentes para el modelado del proceso de rectificado. Sin embargo, estas propuestas a) no generalizan para nuevas muelas y b) no tienen en cuenta el desgaste de la muela, efecto esencial para un buen modelo del proceso de rectificado. Es por ello que se propone la utilización de las redes neuronales recurrentes para estimar variables del proceso de rectificado que a) sean capaces de generalizar para muelas nuevas y b) que tenga en cuenta el desgaste de la muela, es decir, que sea capaz de estimar variables del proceso de rectificado mientras la muela se va desgastando. Así, tomando como base la metodología general, se han desarrollado sensores virtuales para la medida del desgaste de la muela y la rugosidad de la pieza, dos variables esenciales del proceso de rectificado. Por otro lado, también se plantea la utilización la metodología general para estimar fuera de máquina la energía específica de rectificado que puede ayudar a seleccionar la muela y los parámetros de rectificado por adelantado. Sin embargo, una única red no es suficiente para abarcar todas las muelas y condiciones de rectificado existentes. Así, también se propone una metodología para generar redes ad-hoc seleccionando unos datos específicos de toda la base de datos. Para ello, se ha hecho uso de los algoritmos Fuzzy c-Means. Finalmente, hay que decir que los resultados obtenidos mejoran los existentes hasta ahora. Sin embargo, estos resultados no son suficientemente buenos para poder controlar el proceso. Así, se propone la utilización de las redes neuronales de impulsos. Al trabajar con impulsos, estas redes tienen inherentemente la capacidad de trabajar con datos temporales, lo que las hace adecuados para estimar valores que evolucionan con el tiempo. Sin embargo, estas redes solamente se usan para clasificación y no predicción de evoluciones temporales por la falta de métodos de codificación/decodificación de datos temporales. Así, en este trabajo se plantea una metodología para poder codificar en trenes de impulsos señales secuenciales y poder reconstruir señales secuenciales a partir de trenes de impulsos. Esto puede llevar a en un futuro poder utilizar las redes neuronales de impulsos para la predicción de secuenciales y/o temporales

Recurrent neural network based approach for estimating the dynamic evolution of grinding process variables

170 p.El proceso de rectificado es ampliamente utilizado para la fabricación de componentes de precisión por arranque de viruta por sus buenos acabados y excelentes tolerancias. Así, el modelado y el control del proceso de rectificado es altamente importante para alcanzar los requisitos económicos y de precisión de los clientes. Sin embargo, los modelos analíticos desarrollados hasta ahora están lejos de poder ser implementados en la industria. Es por ello que varias investigaciones han propuesto la utilización de técnicas inteligentes para el modelado del proceso de rectificado. Sin embargo, estas propuestas a) no generalizan para nuevas muelas y b) no tienen en cuenta el desgaste de la muela, efecto esencial para un buen modelo del proceso de rectificado. Es por ello que se propone la utilización de las redes neuronales recurrentes para estimar variables del proceso de rectificado que a) sean capaces de generalizar para muelas nuevas y b) que tenga en cuenta el desgaste de la muela, es decir, que sea capaz de estimar variables del proceso de rectificado mientras la muela se va desgastando. Así, tomando como base la metodología general, se han desarrollado sensores virtuales para la medida del desgaste de la muela y la rugosidad de la pieza, dos variables esenciales del proceso de rectificado. Por otro lado, también se plantea la utilización la metodología general para estimar fuera de máquina la energía específica de rectificado que puede ayudar a seleccionar la muela y los parámetros de rectificado por adelantado. Sin embargo, una única red no es suficiente para abarcar todas las muelas y condiciones de rectificado existentes. Así, también se propone una metodología para generar redes ad-hoc seleccionando unos datos específicos de toda la base de datos. Para ello, se ha hecho uso de los algoritmos Fuzzy c-Means. Finalmente, hay que decir que los resultados obtenidos mejoran los existentes hasta ahora. Sin embargo, estos resultados no son suficientemente buenos para poder controlar el proceso. Así, se propone la utilización de las redes neuronales de impulsos. Al trabajar con impulsos, estas redes tienen inherentemente la capacidad de trabajar con datos temporales, lo que las hace adecuados para estimar valores que evolucionan con el tiempo. Sin embargo, estas redes solamente se usan para clasificación y no predicción de evoluciones temporales por la falta de métodos de codificación/decodificación de datos temporales. Así, en este trabajo se plantea una metodología para poder codificar en trenes de impulsos señales secuenciales y poder reconstruir señales secuenciales a partir de trenes de impulsos. Esto puede llevar a en un futuro poder utilizar las redes neuronales de impulsos para la predicción de secuenciales y/o temporales

Unexpected Event Prediction in Wire Electrical Discharge Machining Using Deep Learning Techniques

Theoretical models of manufacturing processes provide a valuable insight into physical phenomena but their application to practical industrial situations is sometimes difficult. In the context of Industry 4.0, artificial intelligence techniques can provide efficient solutions to actual manufacturing problems when big data are available. Within the field of artificial intelligence, the use of deep learning is growing exponentially in solving many problems related to information and communication technologies (ICTs) but it still remains scarce or even rare in the field of manufacturing. In this work, deep learning is used to efficiently predict unexpected events in wire electrical discharge machining (WEDM), an advanced machining process largely used for aerospace components. The occurrence of an unexpected event, namely the change of thickness of the machined part, can be effectively predicted by recognizing hidden patterns from process signals. Based on WEDM experiments, different deep learning architectures were tested. By using a combination of a convolutional layer with gated recurrent units, thickness variation in the machined component could be predicted in 97.4% of cases, at least 2 mm in advance, which is extremely fast, acting before the process has degraded. New possibilities of deep learning for high-performance machine tools must be examined in the near future.The authors gratefully acknowledge the funding support received from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness and the FEDER operation program for funding the project "Scientific models and machine-tool advanced sensing techniques for efficient machining of precision components of Low Pressure Turbines" (DPI2017-82239-P) and UPV/EHU (UFI 11/29). The authors would also like to thank Euskampus and ONA-EDM for their support in this project

Audio-Visual Target Speaker Extraction on Multi-Talker Environment using Event-Driven Cameras

In this work, we propose a new method to address audio-visual target speaker extraction in multi-talker environments using event-driven cameras. All audio-visual speech separation approaches use a frame-based video to extract visual features. However, these frame-based cameras usually work at 30 frames per second. This limitation makes it difficult to process an audio-visual signal with low latency. In order to overcome this limitation, we propose using event-driven cameras due to their high temporal resolution and low latency. Recent work showed that the use of landmark motion features is very important in order to get good results on audio-visual speech separation. Thus, we use event-driven vision sensors from which the extraction of motion is available at lower latency computational cost. A stacked Bidirectional LSTM is trained to predict an Ideal Amplitude Mask before post-processing to get a clean audio signal. The performance of our model is close to those yielded in frame-based fashion

Audio-Visual Target Speaker Enhancement on Multi-Talker Environment using Event-Driven Cameras

We propose a method to address audio-visual target speaker enhancement in multi-talker environments using event-driven cameras. State of the art audio-visual speech separation methods shows that crucial information is the movement of the facial landmarks related to speech production. However, all approaches proposed so far work offline, using frame-based video input, making it difficult to process an audio-visual signal with low latency, for online applications. In order to overcome this limitation, we propose the use of event-driven cameras and exploit compression, high temporal resolution and low latency, for low cost and low latency motion feature extraction, going towards online embedded audio-visual speech processing. We use the event-driven optical flow estimation of the facial landmarks as input to a stacked Bidirectional LSTM trained to predict an Ideal Amplitude Mask that is then used to filter the noisy audio, to obtain the audio signal of the target speaker. The presented approach performs almost on par with the frame-based approach, with very low latency and computational cost.Comment: Accepted at ISCAS 202

Virtual Sensors for On-line Wheel Wear and Part Roughness Measurement in the Grinding Process

Grinding is an advanced machining process for the manufacturing of valuable complex and accurate parts for high added value sectors such as aerospace, wind generation, etc. Due to the extremely severe conditions inside grinding machines, critical process variables such as part surface finish or grinding wheel wear cannot be easily and cheaply measured on-line. In this paper a virtual sensor for on-line monitoring of those variables is presented. The sensor is based on the modelling ability of Artificial Neural Networks (ANNs) for stochastic and non-linear processes such as grinding; the selected architecture is the Layer-Recurrent neural network. The sensor makes use of the relation between the variables to be measured and power consumption in the wheel spindle, which can be easily measured. A sensor calibration methodology is presented, and the levels of error that can be expected are discussed. Validation of the new sensor is carried out by comparing the sensor's results with actual measurements carried out in an industrial grinding machine. Results show excellent estimation performance for both wheel wear and surface roughness. In the case of wheel wear, the absolute error is within the range of microns (average value 32 mu m). In the case of surface finish, the absolute error is well below R-a 1 mu m (average value 0.32 mu m). The present approach can be easily generalized to other grinding operations.Thanks are given to the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness for their support of the Research Project. Integration of numerical models and experimental techniques for improving the added value in grinding of precision parts. (DPI2010-21652-C02-01). This work was also supported in part by the Regional Government of the Basque Country through the Departamento de Educacion, Universidades e Investigacion (Project IT719-13) and UPV/EHU under grant UFI11/28

Virtual Sensors for On-line Wheel Wear and Part Roughness Measurement in the Grinding Process

Grinding is an advanced machining process for the manufacturing of valuable complex and accurate parts for high added value sectors such as aerospace, wind generation, etc. Due to the extremely severe conditions inside grinding machines, critical process variables such as part surface finish or grinding wheel wear cannot be easily and cheaply measured on-line. In this paper a virtual sensor for on-line monitoring of those variables is presented. The sensor is based on the modelling ability of Artificial Neural Networks (ANNs) for stochastic and non-linear processes such as grinding; the selected architecture is the Layer-Recurrent neural network. The sensor makes use of the relation between the variables to be measured and power consumption in the wheel spindle, which can be easily measured. A sensor calibration methodology is presented, and the levels of error that can be expected are discussed. Validation of the new sensor is carried out by comparing the sensor’s results with actual measurements carried out in an industrial grinding machine. Results show excellent estimation performance for both wheel wear and surface roughness. In the case of wheel wear, the absolute error is within the range of microns (average value 32 μm). In the case of surface finish, the absolute error is well below Ra 1 μm (average value 0.32 μm). The present approach can be easily generalized to other grinding operations