DOI: 10.25666/dataubfc-2023-03-06-02
title: METALLICADOUR: Detection and diagnostics of multi-axis robot faults
title: METALLICADOUR: Détection et diagnostic des défauts dans les robots multi-axes

description: Dataset of position, current, vibration, force, and torque measurements of an electromechanical drive system. The system is a multi-axes robot that contains a three-phase asynchronous motor. This latter motor drives a cutting tool for machining aluminum parts. It studies different states of health of the robot axes and machining tool. There exist 4 different health states of the machining tool and multiple drifts in the robot axes. All the experiments are conducted under different operating conditions.
description: Jeu de données des mesures de position, de courant, de vibration, de force et de couple d'un système d'entraînement électromécanique. Le système est un robot multi-axes qui contient un moteur asynchrone triphasé. Ce dernier moteur entraîne un outil de coupe pour l'usinage de pièces en aluminium. On étudie différents états de santé des axes du robot et de l'outil d'usinage. Il existe 4 états de santé différents de l'outil d'usinage et plusieurs dérives dans les axes du robot. Toutes les expériences sont menées dans des conditions de fonctionnement différentes.
description: Audience: University: master, Research, Informal Education
description: UpdatePeriodicity: no update
description: AdditionnalInformation: The platform is installed at the METALLICADOUR recherche and transfer technology center, in Assat, France.
description: AdditionnalInformation: La plateforme est installée au centre de recherche et de transfert de technologie METALLICADOUR, à Assat, en France.
description: Project: Interreg V-A Spain France Andorra programme (POCTEFA 2014-2020), European Regional Development Fund (ERDF) (European project)
description: Experimental data: The test bench of METALLICADOUR Technology Transfer Center is designed for two purposes: 1) monitor the health state of a machining tool mounted on the motor spindle at the end of the robot axis, 2) monitor drifts of the robot axes. In this sub-section the dataset related to the monitoring of the machining tools is presented. The robot in use is an ABB 6660 having six axes of rotation (6 arms), each axis being an alternative servo-motor. A three-phase motor carrying the machining tool is mounted at the end of the sixth axis. The cutting tool is used for machining aluminum pieces and contains three cutting edges. Regarding the manufacturing piece, it consists of a small aluminum part used in aeronautic industry. Behind the robot, an IRC5 controller is used to power and control its axes. An inverter is also used to power the machining spindle. 

In the first case of tool monitoring, this test bench is equipped with different types of sensors. Three current sensors are placed at the output of the inverter. They correspond to each phase of the tool spindle. On the flange of the machining spindle, as close as possible to the machining tool, a three-axis accelerometer (x- axis, y-axis and z-axis) is also placed. Finally, a three-axis force sensor and a three-axis torque sensor are installed between the sixth axis of the robot and the machining spindle.

The monitoring data are collected over a period of 5 seconds with a sampling frequency equal to 25.6 kHz and are stored in .csv files with 12 columns. Columns 1 to 3 represent the three-phase current signals, columns 4 to 6 correspond to the three-axis force signals, columns 7 to 9 are for the three-axis torque signals, and columns 10 to 12 are for the three-axis accelerometer.

Concerning tool monitoring, 16 experiments were performed to collect the data. In total, 4 tool health states were studied: a healthy state of the tool, a tool surface damage, a tool flack damage, and a tool broken tooth. In each health state, 4 operating condition were investigated by varying 3 parameters: the cutting depth, the spindle speed and the spindle feed rate. 

In the robot axes drifts monitoring, the robot is used for machining aluminum parts, consisting of a labyrinth shape aiming to move all the robot axes, which is a different shape than the previous one. 

The previously installed sensors (three-phase current, force, torque and vibration) related to the machining tool are still valid. However, new data related to the displacement of each axis of the robot are additionally collected in this study. They are the position data from the encoders placed on the rotating shaft of each axis.

The data set related to robot tool sensors are collected over a period of 5 seconds with a sapling frequency of 25.6 kHz in .csv files with 12 columns, while the position data of each axis of the robot are collected with a sampling frequency of 41.6 Hz in .xlsx files with 9 columns. The 12 columns of the tool data are the three-phase current, the three-axis force, the three-axis torque and the three-axis vibration signals. In the .xlsx files, column 1 is the time step of the acquisition, columns 2 to 7 are the position data of the robot axes (from axis 1 to axis 6), columns 8 to 10 are the x, y, and z coordinates of the tool center position relative to the object coordinates (user coordinates), and columns 11 to 12 are the index of the machining start time and the index of the acquisition trigger, respectively. These last two parameters are equal to 0 or 1. Zero value in both cases means that the activity of the machining and acquisition has not yet started. Otherwise, one value means that the machining process has started and the acquisition has been initiated.

In total, 14 experiments were conducted. The first group of experiment contains one experiment that represents the healthy state of the robot without any drifts (the reference case) and 6 experiments with single drifts on each axis of the robot. The second group of experiments contains one health state without drifts of the robot and 6 health states with combined drifts between the robot axes, e.g. drifts in both axis 4 and axis 6 simultaneously. 

Two .pptx files containing the test bench figure and its scheme can be found in the METALLICADOUR dataset repository by clicking on "ACCESS TO DATA" on the home page of the site.
description: Données expérimentales: Le banc d'essai du centre de transfert de technologie METALLICADOUR est conçu pour deux objectifs : 1) surveiller l'état de santé d'un outil d'usinage monté sur la broche moteur à l'extrémité de l'axe du robot, 2) surveiller les dérives des axes du robot. Dans cette sous-section, le jeu de données relatif à la surveillance des outils d'usinage est présenté. Le robot utilisé est un ABB 6660 ayant six axes de rotation (6 bras), chaque axe étant un servomoteur alternatif. Un moteur triphasé portant l'outil d'usinage est monté à l'extrémité du sixième axe. L'outil de coupe est utilisé pour l'usinage de pièces en aluminium et contient trois arêtes de coupe. Quant à la pièce à usiner, il s'agit d'une petite pièce en aluminium utilisée dans l'industrie aéronautique. Derrière le robot, un contrôleur IRC5 est utilisé pour alimenter et contrôler ses axes. Un onduleur est également utilisé pour alimenter la broche d'usinage. 

Dans le premier cas de surveillance de l'outil, ce banc d'essai est équipé de différents types de capteurs. Trois capteurs de courant sont placés à la sortie de l'onduleur. Ils correspondent à chaque phase de la broche d'usinage. Sur la bride de la broche d'usinage, au plus près de l'outil d'usinage, un accéléromètre trois axes (axe x, axe y et axe z) est également placé. Enfin, un capteur de force à trois axes et un capteur de couple à trois axes sont installés entre le sixième axe du robot et la broche d'usinage.

Les données de surveillance sont collectées sur une période de 5 secondes avec une fréquence d'échantillonnage égale à 25,6 kHz et sont stockées dans des fichiers .csv à 12 colonnes. Les colonnes 1 à 3 représentent les signaux de courant triphasé, les colonnes 4 à 6 correspondent aux signaux de force à trois axes, les colonnes 7 à 9 sont pour les signaux de couple à trois axes et les colonnes 10 à 12 sont pour l'accéléromètre à trois axes.

En ce qui concerne la surveillance de l'outil, 16 expériences ont été réalisées pour collecter les données. Au total, 4 états de santé de l'outil ont été étudiés : un état sain de l'outil, un endommagement de la surface de l'outil, un endommagement du flanc de l'outil et une dent cassée de l'outil. Dans chaque état de santé, 4 conditions de fonctionnement ont été étudiées en faisant varier 3 paramètres : la profondeur de coupe, la vitesse de la broche et l'avance de la broche. 

Dans la surveillance des dérives des axes du robot, le robot est utilisé pour l'usinage de pièces en aluminium, consistant en une forme de labyrinthe visant à déplacer tous les axes du robot, qui est une forme différente de la précédente.

Les capteurs précédemment installés (courant triphasé, force, couple et vibration) liés à l'outil d'usinage sont toujours valides. Cependant, de nouvelles données liées au déplacement de chaque axe du robot sont collectées en plus dans cette étude. Il s'agit des données de position provenant des encodeurs placés sur l'arbre rotatif de chaque axe.

Les données relatives aux capteurs d'outils du robot sont collectées sur une période de 5 secondes avec une fréquence d'échantillonnage de 25,6 kHz dans des fichiers .csv à 12 colonnes, tandis que les données de position de chaque axe du robot sont collectées avec une fréquence d'échantillonnage de 41,6 Hz dans des fichiers .xlsx à 9 colonnes. Les 12 colonnes des données de l'outil sont le courant triphasé, la force sur trois axes, le couple sur trois axes et les signaux de vibration sur trois axes. Dans les fichiers .xlsx, la colonne 1 est le pas de temps de l'acquisition, les colonnes 2 à 7 sont les données de position des axes du robot (de l'axe 1 à l'axe 6), les colonnes 8 à 10 sont les coordonnées x, y et z de la position du centre de l'outil par rapport aux coordonnées de l'objet (coordonnées utilisateur), et les colonnes 11 à 12 sont respectivement l'indice du début de l'usinage et l'indice du déclenchement de l'acquisition. Ces deux derniers paramètres sont égaux à 0 ou 1. Une valeur nulle dans les deux cas signifie que l'activité d'usinage et d'acquisition n'a pas encore commencé. Dans le cas contraire, une valeur de 1 signifie que le processus d'usinage a commencé et que l'acquisition a été initiée.

Au total, 14 expériences ont été réalisées. Le premier groupe d'expériences contient une expérience qui représente l'état de santé du robot sans aucune dérive (le cas de référence) et 6 expériences avec des dérives uniques sur chaque axe du robot. Le deuxième groupe d'expériences contient un état de santé sans dérives du robot et 6 états de santé avec des dérives combinées entre les axes du robot, par exemple des dérives sur les axes 4 et 6 simultanément. 

Deux fichiers .pptx contenant la figure du banc d'essai et son schéma peuvent être trouvés dans le dépôt de données METALLICADOUR en cliquant sur "ACCÈS AUX DONNÉES" sur la page d'accueil du site.