Γέφυρα FlowBot για υδροδυναμική έρευνα

Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας χρησιμοποιούνται, μεταξύ άλλων, για τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού αυτοκινήτων, πλοίων και αεροπλάνων. Μέχρι τώρα, οι αιολικές σήραγγες έχουν χρησιμοποιηθεί συχνά στη δυναμική ρευστών για τον προσδιορισμό των δυνάμεων που δρουν σε κινούμενα αντικείμενα. Ένα μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι οι μετρήσεις λαμβάνονται σε σταθερές ταχύτητες ροής. Στην πράξη, ωστόσο, τα αυτοκίνητα, τα αεροπλάνα και τα σκάφη κινούνται πάντα με διαφορετικές ταχύτητες και επιταχύνσεις. Για να προωθήσουμε την κατανόησή μας για την υδροδυναμική, είναι επομένως επιθυμητό να διεξαχθεί θεμελιώδης έρευνα σε αντικείμενα που κινούνται με μη σταθερές ταχύτητες και με αυτοκαθορισμένη κίνηση. Αυτό ακριβώς καθιστά δυνατό το FlowBot. Έχει σχεδιαστεί για να μετακινεί αντικείμενα μέσα από μια ψηλή, διαφανή δεξαμενή νερού διαστάσεων 5 x 2 x 2 μέτρα ενώ συλλέγει με ακρίβεια δεδομένα και λαμβάνει μετρήσεις της ροής και των δυνάμεων.

Παρορμητικές ροές

«Η έρευνα για τις παρορμητικές ροές είναι σχετικά νέα», λέει ο Gertjan Mulder, επικεφαλής του έργου για το FlowBot στο τμήμα Μηχανικής Ρευστών. Είχαμε ήδη μια μικρή, απλή ρύθμιση για αυτό, αλλά θέλαμε να είμαστε σε θέση να κάνουμε περισσότερα όσον αφορά την ταχύτητα, την επιτάχυνση και το τρελό. Για αυτήν την έρευνα, είναι σημαντικό να είστε σε θέση να ακολουθήσετε ακριβείς διαδρομές. Αυτό είναι δυνατό με το νέο FlowBot που ελέγχεται από SINUMERIK. Η ακρίβεια του ελέγχου CNC είναι ιδιαίτερα σημαντική επειδή τα συστήματα πολλαπλών αξόνων πρέπει να ακολουθούν το ένα το άλλο με ακρίβεια».

Ο υποψήφιος διδάκτορας Jesse Reijtenbagh διεξάγει τις πρώτες δοκιμές με το FlowBot για την έρευνά του. «Κάνει ακριβώς αυτό που θέλουμε», λέει με ενθουσιασμό. «Μπορούμε να κινηθούμε σε διαφορετικές κατευθύνσεις και να προγραμματίσουμε εύκολα την ταχύτητα και την επιτάχυνση με ακρίβεια. Επειδή μπορούμε να εργαστούμε με πολλούς άξονες ταυτόχρονα, μπορούμε να έχουμε κάμερες και φωτισμό να ακολουθούν το αντικείμενο μέσω της δεξαμενής νερού. Με αυτόν τον τρόπο, δεν χάνουμε ούτε μια λεπτομέρεια. Οι πληροφορίες σχετικά με τις δυνάμεις, τις θέσεις και άλλα δεδομένα αποθηκεύονται σε ένα μόνο αρχείο. Αυτό μας βοηθά να δημιουργήσουμε συνδέσεις μεταξύ δύναμης και ταχύτητας. Η ποιότητα των δεδομένων είναι εξαιρετική, επομένως δεν χρειάζεται να χρησιμοποιούμε φίλτρα στην επεξεργασία σήματος. Χάρη στην υψηλή ακρίβεια του FlowBot, μπορούμε, για παράδειγμα, να μελετήσουμε τις τέλειες κινήσεις των πτερυγίων πεταλούδων και πουλιών. Έχουμε ακόμα πολλά να μάθουμε από τη φύση!»

Είναι σημαντικό για τους ερευνητές να είναι σε θέση να συλλέξουν μεγάλο αριθμό δεδομένων μέτρησης σε σύντομο χρονικό διάστημα: δυνάμεις που δρουν στο αντικείμενο δοκιμής, μαζί με ταχύτητες, επιταχύνσεις και θέσεις. Η ακρίβεια της αίτησης δεν πρέπει να επηρεάζεται από τη διαδικασία συλλογής δεδομένων. Για το λόγο αυτό, όλα τα δεδομένα μέτρησης συλλέγονται σε μια συσκευή Industrial Edge. Χρησιμοποιώντας μια ειδική συσκευή, ο επεξεργαστής στον κύλινδρο ελέγχου SINUMERIK δεν υπόκειται σε πρόσθετο φορτίο και η συλλογή δεδομένων δεν επηρεάζει την ταχύτητα ελέγχου. Η Industrial Edge λειτουργεί απρόσκοπτα με τον ελεγκτή. Τα δεδομένα, τόσο από τον ελεγκτή όσο και από τα στοιχεία πεδίου, αποθηκεύονται συγχρόνως και σε υψηλή συχνότητα και μπορούν να ανακτηθούν μέσω ασφαλούς σύνδεσης από οποιαδήποτε τοποθεσία. Για ανάλυση, οι ερευνητές χρησιμοποιούν την εφαρμογή Analyze my Workpiece/Capture.

Gertjan: «Μπορούμε εύκολα να αποφασίσουμε μόνοι μας πότε τα δεδομένα πρέπει και δεν πρέπει να αποθηκεύονται. Με το FlowBot, εκτελούμε πολλές δοκιμές διαδοχικά. Δεν είναι απαραίτητο να αποθηκεύετε δεδομένα μεταξύ δύο μετρήσεων. Ως αποτέλεσμα, το Edge συλλέγει μόνο χρήσιμα δεδομένα μέτρησης. Αυτό μας επιτρέπει να αναλύουμε εύκολα τα δεδομένα σε πολλά διαφορετικά πειράματα, επιτρέποντάς μας να δημιουργήσουμε γρήγορα συσχετισμούς μεταξύ της μετρούμενης δύναμης και της διαδρομής που διανύθηκε».

Τεχνική εφαρμογή

Ο Marcel de Pagter, υπεύθυνος έργου στο Batenburg JB Systems, περιγράφει μια ενδιαφέρουσα και απαιτητική διαδικασία: «Για εμάς, αυτό ήταν το πρώτο έργο που χρησιμοποίησε το νέο SINUMERIK ONE και η πρώτη φορά που αυτό το σύστημα ελέγχου εφαρμόστηκε σε μια τόσο περίπλοκη εφαρμογή. Για να επιτύχουμε αυτό το τελικό αποτέλεσμα, συνεργαστήκαμε στενά με τους εμπλεκόμενους εταίρους. Κατά τη διάρκεια του έργου, επικεντρωθήκαμε κυρίως στο λογισμικό, την ηλεκτρονική μηχανική, την εγκατάσταση και την εφαρμογή εξαρτημάτων που σχετίζονται με την ασφάλεια.»
Με την υποστήριξη της Siemens, η Batenburg JB Systems έκανε βέλτιστη χρήση του συστήματος ελέγχου SINUMERIK. Για να διατηρηθεί ο χρόνος θέσης σε λειτουργία όσο το δυνατόν συντομότερος, η Batenburg JB Systems ετοίμασε, προσομοίωσε και δοκίμασε ψηφιακά πολλές πτυχές χρησιμοποιώντας το λογισμικό SINUMERIK ONE Digital Twin.

Επί του παρόντος, το FlowBot διαθέτει 23 συγχρόνως λειτουργούντες άξονες που ελέγχονται από έναν μόνο ελεγκτή SINUMERIK. Ο αριθμός των αξόνων θα επεκταθεί περαιτέρω στο εγγύς μέλλον με την προσθήκη δύο ρομπότ 6 αξόνων. «Το FlowBot ξεπερνά τα όρια του τι είναι δυνατό με το σύστημα ελέγχου Sinumerik», λέει ο Frank de Korte. «Αυτό δεν ήταν ένα τυπικό έργο ούτε για τη Siemens, αλλά ήμασταν σίγουροι από την αρχή ότι αυτό που αναζητούσε η TU Delft ήταν δυνατό με το σύστημα ελέγχου Sinumerik. Αυτό που έχει επιτευχθεί εδώ δεν μπορεί να γίνει με κανένα άλλο σύστημα ελέγχου και, ως εκ τούτου, είμαστε πολύ περήφανοι για αυτό». Ο Mulder το περιγράφει επίσης ως ένα επιτυχημένο έργο: «Στοχεύσαμε στην υψηλότερη ακρίβεια και μπορούμε να μετρήσουμε ακόμη πιο ακριβή από ό, τι ελπίζαμε. Επιπλέον, παρά την πολυπλοκότητα του FlowBot, η λειτουργία είναι διαισθητική και φιλική προς το χρήστη. Χάρη στους άξονες αυτόματης παρακολούθησης, το FlowBot είναι επίσης εύκολο να προγραμματιστεί.»