FlowBot portal til hydrodynamisk forskning

Resultaterne af denne forskning bruges blandt andet til at optimere designet af biler, skibe og fly. Indtil nu er vindtunneler ofte blevet brugt i væskedynamik til at bestemme de kræfter, der virker på bevægelige genstande. En ulempe ved denne metode er, at målinger tages ved konstante strømningshastigheder. I praksis bevæger biler, fly og både sig dog altid med varierende hastigheder og accelerationer. For at fremme vores forståelse af hydrodynamik er det derfor ønskeligt at udføre grundlæggende forskning på objekter, der bevæger sig med ikke-konstante hastigheder og med selvbestemt bevægelse. Det er præcis, hvad FlowBot gør muligt. Den er designet til at flytte genstande gennem en høj, gennemsigtig vandtank, der måler 5 x 2 x 2 meter, mens du nøjagtigt indsamler data og foretager målinger af flow og kræfter.

Impulsive strømme

„Forskning i impulsive strømme er relativt ny,“ siger Gertjan Mulder, projektleder for FlowBot inden for sektionen Fluid Mechanics. Vi havde allerede en lille, enkel opsætning til dette, men vi ønskede at kunne gøre mere med hensyn til hastighed, acceleration og ryk. For denne forskning er det vigtigt at være i stand til at følge præcise stier. Dette er muligt med den nye FlowBot styret af SINUMERIK. Nøjagtigheden af CNC-styringen er især vigtig, fordi systemer med flere akser skal følge hinanden nøjagtigt.“

Ph.d.-kandidat Jesse Reijtenbagh udfører de første tests med FlowBot til sin forskning. „Det gør præcis, hvad vi vil,“ siger han entusiastisk. „Vi kan bevæge os i forskellige retninger og nemt programmere hastighed og acceleration med præcision. Fordi vi kan arbejde med flere akser samtidigt, kan vi få kameraer og belysning til at følge objektet gennem vandtanken. På den måde går vi ikke glip af en eneste detalje. Oplysningerne om kræfter, positioner og andre data gemmes i en enkelt fil. Dette hjælper os med at etablere forbindelser mellem kraft og hastighed. Datakvaliteten er fremragende, så vi behøver ikke bruge filtre i signalbehandling. Takket være FlowBots høje præcision kan vi for eksempel studere de perfekte vingebevægelser af sommerfugle og fugle. Vi har stadig meget at lære af naturen!“

Det er vigtigt for forskerne at kunne indsamle en stor mængde måledata på kort tid: kræfter, der virker på testobjektet sammen med hastigheder, accelerationer og positioner. Bevægelsens nøjagtighed må ikke påvirkes af dataindsamlingsprocessen. Af denne grund indsamles alle måledata på en Industrial Edge-enhed. Ved at bruge en dedikeret enhed udsættes processoren i SINUMERIK cont-rullen ikke for yderligere belastning, og dataindsamling påvirker ikke kontrolhastigheden. Den Industrial Edge fungerer problemfrit med controlleren. Dataene fra både controller og feltkomponenter lagres synkront og med høj frekvens og kan hentes via en sikker forbindelse fra ethvert sted. Til analyse bruger forskerne applikationen Analyze my Workpiece/Capture.

Gertjan: „Vi kan nemt selv bestemme, hvornår data skal og ikke skal gemmes. Med FlowBot udfører vi mange tests i rækkefølge. Det er ikke nødvendigt at gemme data mellem to målinger. Som et resultat indsamler Edge kun nyttige måledata. Dette giver os mulighed for let at analysere dataene på tværs af mange forskellige eksperimenter, hvilket gør det muligt for os hurtigt at etablere korrelationer mellem den målte kraft og den tilbagelagte vej.“

Teknisk implementering

Marcel de Pagter, projektleder hos Batenburg JB Systems, beskriver en interessant og udfordrende proces: „For os var dette det første projekt, der brugte den nye SINUMERIK ONE, og første gang dette kontrolsystem blev anvendt på en så kompleks applikation. For at opnå dette slutresultat arbejdede vi tæt sammen med de involverede partnere. Under projektet fokuserede vi primært på software, e-engineering, installation og implementering af sikkerhedsrelaterede komponenter.“
Med støtte fra Siemens udnyttede Batenburg JB Systems SINUMERIK styresystemet optimalt. For at holde idriftsættelsestiden så kort som muligt forberedte, simulerede og testede Batenburg JB Systems mange aspekter digitalt ved hjælp af SINUMERIK ONE Digital Twin-softwaren.

I øjeblikket har FlowBot 23 synkront opererende akser styret af en enkelt SINUMERIK controller. Antallet af akser udvides yderligere i den nærmeste fremtid med tilføjelsen af to 6-aksede robotter. „FlowBot skubber grænserne for, hvad der er muligt med Sinumerik-styresystemet,“ siger Frank de Korte. „Dette var heller ikke et standardprojekt for Siemens, men vi var fra starten sikre på, at det, TU Delft ledte efter, var muligt med Sinumerik-styresystemet. Det, der er opnået her, kan ikke gøres med noget andet kontrolsystem, og vi er derfor meget stolte af det.“ Mulder beskriver det også som et vellykket projekt: „Vi sigtede efter den højeste nøjagtighed og kan måle endnu mere præcist, end vi havde håbet. På trods af FlowBots kompleksitet er operationen intuitiv og brugervenlig. Takket være de automatisk sporende akser er FlowBot også nem at programmere.“