Real-time Classification of Multi-sensor Signals with Subtle Disturbances Using Machine Learning : A threaded fastening assembly case study

Autor: Olsson, Theodor
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: Sensor fault detection is an actively researched area and there are a plethora of studies on sensor fault detection in various applications such as nuclear power plants, wireless sensor networks, weather stations and nuclear fusion. However, there does not seem to be any study focusing on detecting sensor faults in the threaded fastening assembly application. Since the threaded fastening tools use torque and angle measurements to determine whether or not a screw or bolt has been fastened properly, faulty measurements from these sensors can have dire consequences. This study aims to investigate the use of machine learning to detect a subtle kind of sensor faults, common in this application, that are difficult to detect using canonical model-based approaches. Because of the subtle and infrequent nature of these faults, a two-stage system was designed. The first component of this system is given sensor data from a tightening and then tries to classify each data point in the sensor data as normal or faulty using a combination of low-pass filtering to generate residuals and a support vector machine to classify the residual points. The second component uses the output from the first one to determine if the complete tightening is normal or faulty. Despite the modest performance of the first component, with the best model having an F1-score of 0.421 for classifying data points, the design showed promising performance for classifying the tightening signals, with the best model having an F1-score of 0.976. These results indicate that there indeed exist patterns in these kinds of torque and angle multi-sensor signals that make machine learning a feasible approach to classify them and detect sensor faults.
Sensorfeldetektering är för nuvarande ett aktivt forskningsområde med mängder av studier om feldetektion i olika applikationer som till exempel kärnkraft, trådlösa sensornätverk, väderstationer och fusionskraft. Ett applikationsområde som inte verkar ha undersökts är det inom åtdragningsmontering. Eftersom verktygen inom åtdragningsmontering använder mätvärden på vridmoment och vinkel för att avgöra om en skruv eller bult har dragits åt tillräckligt kan felaktiga mätvärden från dessa sensorer få allvarliga konsekvenser. Målet med denna studie är att undersöka om det går att använda maskininlärning för att detektera en subtil sorts sensorfel som är vanlig inom åtdragningsmontering och har visat sig vara svåra att detektera med konventionella modell-baserade metoder. I och med att denna typ av sensorfel är både subtila och infrekventa designades ett system bestående av två komponenter. Den första får sensordata från en åtdragning och försöker klassificera varje datapunkt som antingen normal eller onormal genom att uttnyttja en kombination av lågpassfiltrering för att generera residualer och en stödvektormaskin för att klassificera dessa. Den andra komponenten använder resultatet från den första komponenten för att avgöra om hela åtdragningen ska klassificeras som normal eller onormal. Trots att den första komponenten hade ett ganska blygsamt resultat på att klassificera datapunkter så visade systemet som helhet mycket lovande resultat på att klassificera hela åtdragningar. Dessa resultat indikerar det finns mönster i denna typ av sensordata som gör maskininlärning till ett lämpligt verktyg för att klassificera datat och detektera sensorfel.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: