유체역학 연구를 위한 플로우봇 갠트리요

TU 델프트는 획기적이고 세계적으로 독특한 시스템인 FlowBot을 개발했어요.지멘스 기술 덕분에 이 갠트리 시스템은 불규칙하게 움직이는 물체 주위의 유체 흐름에 대한 기초 연구를 수행하는 데 필요한 모든 유연성과 정밀도를 제공해요.

이 연구 결과는 무엇보다도 자동차, 선박, 비행기 설계를 최적화하는 데 사용돼요.지금까지 풍동은 유체역학에서 움직이는 물체에 작용하는 힘을 결정하는 데 자주 사용돼왔어요.이 방법의 단점은 일정한 유속으로 측정한다는 거예요.하지만 실제로 자동차, 비행기, 보트는 항상 속도와 가속도가 달라요.따라서 유체역학에 대한 이해를 높이려면 일정하지 않은 속도로 스스로 결정하는 운동으로 움직이는 물체에 대한 기초 연구를 하는 것이 바람직해요.그게 바로 플로우봇이 가능하게 하는 거예요.데이터를 정확하게 수집하고 흐름과 힘을 측정하면서 5 x 2 x 2 미터 크기의 크고 투명한 물 탱크를 통해 물체를 이동시키도록 설계됐어요.

충동적인 흐름

유체 역학 섹션 내 FlowBot의 프로젝트 리더인 게르티안 멀더 (Gertjan Mulder) 는 이렇게 말합니다. “충동적인 흐름에 대한 연구는 비교적 새로워요.“이미 작고 간단한 설정이 있었지만 속도, 가속, 저크 측면에서 더 많은 것을 할 수 있기를 원했어요.이 연구에서는 정확한 경로를 따라갈 수 있는 것이 중요해요.로 제어되는 새 FlowBot으로 가능해요. SINUMERIK.여러 축 시스템이 서로를 정확하게 따라가야 하기 때문에 CNC 제어의 정확도가 특히 중요해요.”

우리가 원하는 것을 정확히 해줘요.우리는 다른 방향으로 움직일 수 있고 속도와 가속도를 정밀하게 프로그래밍할 수 있어요.

제시 레이텐바그, 박사 후보자예요, 델프트 공과대학교

정밀한 제어

게르트잔은 시스템 통합업체 바텐부르크 JB Systems에 연락했어요. Batenburg JB Systems는 다른 프로젝트들 중에서도 SINUMERIK을 사용해 델프트에 있는 SAM|XL의 갠트리를 자동화했어요.SINUMERIK CNC 제어 시스템을 사용하면 모션 경로를 매우 정밀하게 프로그래밍할 수 있어 각 위치의 속도와 가속도를 정확하게 지정할 수 있어요.원래는 선반과 밀링 머신에 주로 사용되었지만, 이 제어 시스템은 이제 점점 더 다양한 용도로 사용되고 있어요.네덜란드 지멘스의 SINUMERIK 제품 매니저 프랭크 드 코르테 (Frank de Korte) 는 이렇게 말합니다. “기본적으로 이 플로우봇처럼 정확히 조율된 축 이동이 필요한 곳이면 어디든 말이죠.“우리 제어 시스템은 최대 31개의 축을 관리할 수 있어요.이것이 시스템의 개방성과 결합되어 강점이에요.”Gertjan: “저희는 경로 정확도가 가장 중요한 요소였어요.그게 우리가 갠트리 솔루션을 선택한 이유예요.이 제어 시스템과 갠트리를 결합하면 6축 로봇보다 훨씬 더 정밀하게 움직일 수 있어요.그러면 앞으로 훨씬 더 좋은 연구 결과가 나올 거예요.”

Article block image - ONE - Groundbreaking FlowBot gantry for hydrodynamic research

정확한 연구 결과

박사 후보 제시 레이텐바그가 연구를 위해 플로우봇으로 첫 테스트를 하고 있어요.“정확히 우리가 원하는 것을 해줘요.” 그가 열정적으로 말해요.“우리는 다른 방향으로 움직일 수 있고 속도와 가속도를 정밀하게 프로그래밍할 수 있어요.여러 축을 동시에 사용할 수 있기 때문에 카메라와 조명이 물탱크 안에서 물체를 따라가도록 할 수 있어요.그래야 디테일을 하나도 놓치지 않아요.힘, 위치 및 기타 데이터에 대한 정보가 단일 파일에 저장돼요.이것은 힘과 속도를 연결하는 데 도움이 돼요.데이터 품질이 우수해서 신호 처리에 필터를 사용할 필요가 없어요.플로우봇의 높은 정밀도 덕분에 예를 들어 나비와 새의 완벽한 날개 움직임을 연구할 수 있어요.우린 아직 자연에서 배울 게 많아요!”

Industrial Edge

연구원들이 단기간에 대량의 측정 데이터를 수집할 수 있는 것이 필수예요. 시험 물체에 작용하는 힘, 속도, 가속도, 위치와 함께 말이죠.동작의 정확도는 데이터 수집 과정의 영향을 받지 않아야 해요.이런 이유로 모든 측정 데이터는 Industrial Edge 장치에서 수집돼요.전용 장치를 사용하면 SINUMERIK cont 롤러의 프로세서에 추가 부하가 걸리지 않고 데이터 수집이 제어 속도에 영향을 주지 않아요.그 인더스트리얼 엣지 컨트롤러와 원활하게 작동해요.컨트롤러와 필드 구성 요소의 데이터가 동기식으로 높은 빈도로 저장되고 어느 위치에서든 보안 연결을 통해 검색할 수 있어요.분석을 위해 연구원들은 내 공작물 분석/캡처 애플리케이션을 사용해요.

Gertjan: “데이터를 언제 저장해야 하고 언제 저장하지 말아야 하는지 스스로 쉽게 결정할 수 있어요.FlowBot으로 여러 테스트를 연속으로 수행해요.두 측정 사이의 데이터는 저장할 필요가 없어요.결과적으로 엣지는 유용한 측정 데이터만 수집해요.이렇게 하면 다양한 실험에서 데이터를 쉽게 분석할 수 있어서 측정된 힘과 이동한 경로 사이의 상관관계를 빠르게 확인할 수 있어요.”

기술적 구현

바텐버그 JB Systems의 프로젝트 매니저인 Marcel de Pagter가 흥미롭고 어려운 프로세스를 설명합니다. “우리에게는 신형 SINUMERIK ONE을 사용한 첫 프로젝트였고 이 제어 시스템을 이렇게 복잡한 애플리케이션에 적용한 것은 처음이에요.최종 결과를 달성하기 위해 관련 파트너들과 긴밀하게 협력했어요.프로젝트 동안 우리는 주로 안전 관련 구성 요소의 소프트웨어, e-엔지니어링, 설치 및 구현에 집중했어요.”
지멘스의 지원으로 바텐버그 JB 시스템즈는 SINUMERIK 제어 시스템을 최적으로 활용했어요.시운전 시간을 최대한 단축하기 위해 바텐버그 JB Systems는 SINUMERIK ONE Digital Twin 소프트웨어를 사용하여 여러 측면을 디지털 방식으로 준비하고 시뮬레이션하고 테스트했어요.

피크 퍼포먼스

현재 플로우봇에는 단일 SINUMERIK 컨트롤러로 제어되는 23개의 동기식 작동 축이 있어요.가까운 장래에 6축 로봇 두 대 추가해서 축 수가 더 늘어날 거예요.프랭크 드 코르테는 이렇게 말합니다. “플로우봇은 시누메릭 제어 시스템으로 가능한 것의 한계를 뛰어넘어요.“이것은 지멘스의 표준 프로젝트도 아니었지만, TU Delft가 찾고 있던 것이 Sinumerik 제어 시스템으로 가능하다는 것을 처음부터 확신했어요.여기서 이룬 것은 다른 어떤 제어 시스템으로도 할 수 없어요. 그래서 우리는 그걸 자랑스럽게 생각해요.”멀더는 또한 이 프로젝트를 성공적인 프로젝트라고 설명해요. “우리는 최고의 정확도를 목표로 삼았고 기대했던 것보다 훨씬 더 정밀하게 측정할 수 있었어요.게다가 플로우봇은 복잡하지만 조작이 직관적이고 사용자 친화적이에요.자동 추적 축 덕분에 FlowBot은 프로그래밍도 쉬워요.”