Baanbrekende FlowBot-gantry voor hydrodynamisch onderzoek

De TU Delft heeft een baanbrekende en wereldwijd unieke installatie ontwikkeld: de FlowBot. Deze gantry biedt, dankzij Siemens technologie, alle flexibiliteit en nauwkeurigheid die vereist is om fundamenteel onderzoek te doen op het gebied van stromingen rondom onregelmatig bewegende objecten.

De uitkomsten hiervan worden onder meer toegepast om het ontwerp van auto’s, schepen en vliegtuigen te optimaliseren. Tot nu toe worden binnen de stromingsleer (hydrodynamica) vaak watertunnels ingezet om te kijken welke krachten er op bewegende objecten werken. Nadeel van deze methode is dat er wordt gemeten met constante stroomsnelheden. In de praktijk bewegen auto’s, vliegtuigen en boten echter altijd met wisselende snelheden en versnellingen. Om de kennis over hydrodynamica te kunnen vergroten, is het daarom wenselijk om fundamenteel onderzoek te kunnen doen op objecten met een niet-constante snelheid, en een zelf te bepalen beweging. Precies dat is wat de FlowBot mogelijk maakt. Hij is ontworpen om objecten door een hoge doorzichtige watertank van 5 x 2 x 2 meter te bewegen en daarbij nauwkeurig data te verzamelen en metingen te doen over de stroming en krachten.

Impulsive flows

“Onderzoek op het gebied van impulsive flows is relatief nieuw”, vertelt Gertjan Mulder, projectleider voor de FlowBot binnen de sectie Stromingsleer. “Wij hadden hier al een kleine, eenvoudige installatie voor, maar we wilden meer kunnen doen qua snelheid, acceleratie en jerk. Voor dit onderzoek is het belangrijk om nauwkeurig paden af te kunnen leggen. Dit is mogelijk met de nieuwe FlowBot aangestuurd door SINUMERIK-besturing. De nauwkeurigheid van de CNC-besturing is vooral belangrijk omdat meerdere as-systemen elkaar nauwgezet moeten volgen.

Hij doet precies wat we willen. We kunnen in verschillende richtingen bewegen en eenvoudig de snelheid en acceleratie nauwkeurig programmeren.

Jesse Reijtenbagh, promovendus, TU Delft

Nauwkeurige besturing

Gertjan contacteerde system integrator Batenburg JB Systems, die o.a. een gantry van SAM|XL in Delft geautomatiseerd heeft op basis van SINUMERIK. Met de SINUMERIK CNC-besturing, is het mogelijk om met hoge nauwkeurigheid bewegingspaden te programmeren, waarbij ook snelheid en versnellingen exact per positie ingegeven kunnen worden. Oorspronkelijk bedoeld voor voornamelijk draai- en freesmachines, wordt deze besturing tegenwoordig steeds breder ingezet. “Eigenlijk overal waar nauwkeurig gekoppelde asbewegingen, zoals bij deze FlowBot, een vereiste zijn”, zegt Frank de Korte, productmanager SINUMERIK bij Siemens Nederland. “Met onze besturing kunnen tot 31 assen aangestuurd worden. Dit, in combinatie met de openheid van de besturing, is de kracht.” Gertjan: “Voor ons was pad-nauwkeurigheid het allerbelangrijkste. Daarom is voor een gantry-oplossing gekozen. Een gantry i.c.m. deze besturing kan veel nauwkeurigere bewegingen maken dan een 6-assige robot. Dat levert straks veel betere onderzoeksresultaten op.”

Precieze onderzoeksresultaten

Promovendus Jesse Reijtenbagh is voor zijn onderzoek de eerste testen met de FlowBot aan het doen. “Hij doet precies wat we willen”, zegt hij enthousiast. “We kunnen in verschillende richtingen bewegen en eenvoudig de snelheid en acceleratie nauwkeurig programmeren. Doordat we met meerdere assen tegelijk kunnen werken, kunnen we camera’s en belichting het object laten volgen door de watertank. Daardoor missen we geen enkel detail. De informatie over krachten, posities en andere data worden opgeslagen in één bestand. Dit helpt ons bij het leggen van verbanden tussen kracht en snelheid. De kwaliteit van de data is super goed, waardoor het gebruik van filters in de signaalverwerking achterwege kan blijven. Door de hoge nauwkeurigheid van de FlowBot kunnen we bijvoorbeeld onderzoek doen naar de perfecte vleugelbeweging van vlinders en vogels. Van de natuur kunnen we nog veel leren!”.

Industrial Edge

Voor de onderzoekers is het essentieel dat ze in korte tijd veel meetgegevens kunnen verzamelen: krachten op het onderzoeksobject gekoppeld aan snelheden, acceleratie en posities. De nauwkeurigheid van de beweging mag door het verzamelen van de data niet worden beïnvloed. Daarom wordt alle meetdata verzameld op een Industrial Edge-device. Door gebruik te maken van een dedicated apparaat, wordt de processor in de SINUMERIK-besturing niet extra belast en heeft het verzamelen van data geen invloed op de regelsnelheid. De Industrial Edge werkt naadloos samen met de besturing. De data, uit zowel de besturing als van componenten uit het veld, worden synchroon en hoogfrequent opgeslagen en kunnen via een veilige verbinding vanuit elke locatie worden uitgelezen. Voor de analyse gebruiken de onderzoekers de Analyze my Workpiece/Capture applicatie.

Snel verbanden leggen

Gertjan: “We kunnen eenvoudig zelf bepalen wanneer data wel en niet wordt opgeslagen. Met de FlowBot doen we veel testen na elkaar. Tussen twee metingen is het niet noodzakelijk om data op te slaan. Zodoende verzamelt de Edge alleen nuttige meetgegevens. Hierdoor kunnen we bij veel verschillende experimenten gemakkelijk de data analyseren, waardoor we snel verbanden kunnen leggen tussen gemeten kracht en het bewogen pad."

Technische implementatie

Marcel de Pagter, projectmanager bij Batenburg JB Systems, vertelt over een interessant en uitdagend traject: “Het was voor ons het eerste project met de nieuwe SINUMERIK ONE en de eerste keer dat deze besturing met een dergelijke complexiteit is toegepast. Om dit eindresultaat te kunnen bereiken hebben we nauw samengewerkt met de betrokken partners. Tijdens het project hebben we ons met name bezig gehouden met de software, e-engineering, installatie en implementatie van delen van de veiligheid.”

Batenburg JB Systems heeft, met ondersteuning van ons, optimaal gebruik gemaakt van de SINUMERIK-besturing. Om de inbedrijfstelling zo kort mogelijk te houden, zijn veel zaken digitaal voorbereid, gesimuleerd en getest met de Digital Twin-software.

Maximale prestatie

Op dit moment bevat de FlowBot 23 synchroon lopende assen die aangestuurd worden door 1 SINUMERIK-controller. Het aantal assen wordt in de nabije toekomst verder uitgebreid met twee keer een 6-assige robot. “In de FlowBot wordt de grens van wat mogelijk is met de besturing opgezocht”, zegt Frank de Korte. “Ook voor Siemens was dit geen standaardproject, maar we hadden er vanaf het begin vertrouwen in dat wat de TU-Delft zocht, mogelijk was met de SINUMERIK-besturing. Wat hier gerealiseerd is, lukt met geen enkele andere besturing en we zijn er dan ook erg trots op.” Ook Gertjan spreekt van een geslaagd project: “We gingen voor de hoogste nauwkeurigheid en kunnen zelfs nóg nauwkeuriger meten dan gehoopt. Daarnaast is de bediening, ondanks de complexiteit van de FlowBot, intuïtief en gebruiksvriendelijk. Door de automatisch meelopende volg-assen is de FlowBot ook eenvoudig te programmeren.”

juni 2026