FlowBot portal for hydrodynamisk forskning

Resultatene av denne forskningen brukes blant annet til å optimalisere utformingen av biler, skip og fly. Til nå har vindtunneler ofte blitt brukt i fluiddynamikk for å bestemme kreftene som virker på bevegelige gjenstander. En ulempe ved denne fremgangsmåten er at målinger utføres ved konstante strømningshastigheter. I praksis beveger biler, fly og båter seg imidlertid alltid med varierende hastigheter og akselerasjoner. For å fremme vår forståelse av hydrodynamikk, er det derfor ønskelig å utføre grunnleggende forskning på objekter som beveger seg med ikke-konstante hastigheter og med selvbestemt bevegelse. Det er akkurat det FlowBot gjør mulig. Den er designet for å flytte gjenstander gjennom en høy, gjennomsiktig vanntank som måler 5 x 2 x 2 meter mens du nøyaktig samler inn data og tar målinger av strømmen og kreftene.

Impulsive strømmer

«Forskning på impulsive strømmer er relativt ny,» sier Gertjan Mulder, prosjektleder for FlowBot innen Fluid Mechanics-seksjonen. Vi hadde allerede et lite, enkelt oppsett for dette, men vi ønsket å kunne gjøre mer når det gjelder fart, akselerasjon og rykk. For denne forskningen er det viktig å kunne følge presise veier. Dette er mulig med den nye FlowBot kontrollert av SINUMERIK. Nøyaktigheten til CNC-kontrollen er spesielt viktig fordi systemer med flere akser må følge hverandre nøyaktig.»

Ph.D. kandidat Jesse Reijtenbagh gjennomfører de første testene med FlowBot for sin forskning. «Det gjør akkurat det vi vil,» sier han entusiastisk. «Vi kan bevege oss i forskjellige retninger og enkelt programmere hastigheten og akselerasjonen med presisjon. Fordi vi kan jobbe med flere akser samtidig, kan vi få kameraer og belysning til å følge objektet gjennom vanntanken. På den måten går vi ikke glipp av en eneste detalj. Informasjonen om krefter, posisjoner og andre data lagres i en enkelt fil. Dette hjelper oss med å etablere forbindelser mellom kraft og hastighet. Datakvaliteten er utmerket, så vi trenger ikke bruke filtre i signalbehandling. Takket være FlowBots høye presisjon kan vi for eksempel studere de perfekte vingebevegelsene til sommerfugler og fugler. Vi har fortsatt mye å lære av naturen!»

Det er viktig for forskerne å kunne samle inn en stor mengde måledata på kort tid: krefter som virker på testobjektet, sammen med hastigheter, akselerasjoner og posisjoner. Nøyaktigheten av bevegelsen må ikke påvirkes av datainnsamlingsprosessen. Av denne grunn samles alle måledata på en Industrial Edge-enhet. Ved å bruke en dedikert enhet blir prosessoren i SINUMERIK kontrollvalsen ikke utsatt for ekstra belastning, og datainnsamlingen påvirker ikke kontrollhastigheten. De Industrial Edge fungerer sømløst med kontrolleren. Dataene, både fra styreenheten og feltkomponentene, lagres synkront og med høy frekvens og kan hentes via en sikker forbindelse fra hvilket som helst sted. For analyse bruker forskerne applikasjonen Analyze my Workpiece/Capture.

Gertjan: «Vi kan enkelt bestemme selv når data skal og ikke skal lagres. Med FlowBot utfører vi mange tester etter hverandre. Det er ikke nødvendig å lagre data mellom to målinger. Som et resultat samler Edge bare nyttige måledata. Dette gjør at vi enkelt kan analysere dataene på tvers av mange forskjellige eksperimenter, slik at vi raskt kan etablere korrelasjoner mellom den målte kraften og banen som er tilbakelagt.»

Teknisk implementering

Marcel de Pagter, prosjektleder i Batenburg JB Systems, beskriver en interessant og utfordrende prosess: «For oss var dette det første prosjektet som brukte den nye SINUMERIK ONE, og første gang dette kontrollsystemet ble brukt på en så kompleks applikasjon. For å oppnå dette sluttresultatet jobbet vi tett med de involverte partnerne. I løpet av prosjektet fokuserte vi først og fremst på programvare, e-engineering, installasjon og implementering av sikkerhetsrelaterte komponenter.»
Med støtte fra Siemens utnyttet Batenburg JB Systems SINUMERIK styringssystemet optimalt. For å holde igangkjøringstiden så kort som mulig, forberedte, simulerte og testet Batenburg JB Systems mange aspekter digitalt ved hjelp av SINUMERIK ONE Digital Twin-programvaren.

For øyeblikket har FlowBot 23 synkront opererende akser styrt av en enkelt SINUMERIK kontroller. Antall akser vil bli ytterligere utvidet i nær fremtid med tillegg av to 6-aksede roboter. «FlowBot skyver grensene for hva som er mulig med Sinumerik-kontrollsystemet,» sier Frank de Korte. «Dette var heller ikke et standardprosjekt for Siemens, men vi var helt fra starten sikre på at det TU Delft lette etter var mulig med Sinumerik styringssystem. Det som er oppnådd her, kan ikke gjøres med noe annet kontrollsystem, og vi er derfor veldig stolte av det.» Mulder beskriver det også som et vellykket prosjekt: «Vi hadde som mål den høyeste nøyaktigheten og kan måle enda mer presist enn vi hadde håpet. I tillegg, til tross for FlowBots kompleksitet, er operasjonen intuitiv og brukervennlig. Takket være de automatiske sporingsaksene er FlowBot også enkel å programmere.»