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用於水力學研究的 FlowBot 龍門

大學德爾夫特開發了一個突破性且全球獨特的系統:FlowBot。由於西門子技術,該龍門系統提供了對不規則移動物體周圍的流體流量進行基本研究所需的所有靈活性和精度。

此研究的結果還用於優化汽車,船舶和飛機的設計。到目前為止,風隧道經常被用於流體動力學來確定作用在移動物體上的力。此方法的缺點是以恆定流速進行測量。然而,在實際上,汽車,飛機和船隻總是以不同的速度和加速度移動。為了提高我們對水力學的了解,因此,我們希望對以非恆定速度和自定運動運動的物體進行基本研究。這正是 FlowBot 實現的。它旨在將物體移動在尺寸 5 x 2 x 2 公尺的高透明水箱中,同時準確收集數據並測量流量和力。

衝動流

流體力學部門的 FlowBot 項目負責人 Gertjan Mulder 表示:「衝動流量的研究相對較新。「我們已經有一個小巧簡單的設定,但我們希望能夠在速度、加速度和亂鬥方面做得更多。對於這項研究,能夠遵循精確的路徑很重要。通過由下列控制的新 FlowBot,這是可能的 SINUMERIK。CNC 控制的準確性特別重要,因為多軸系統必須精確地相互跟隨。」

它完全做到我們想要的。我們可以向不同的方向移動,並輕鬆精確地編程速度和加速度。
傑西·雷滕巴格, 博士候選人, 德爾夫特技術大學

精確控制

Gertjan 聯繫了系統整合商 Batenburg JB Systems,該公司除了其他項目之外,該公司在戴爾夫特的 SAM|XL 使用 SINUMERIK 自動化了龍門架。使用 SINUMERIK CNC 控制系統,可以高精度編程運動路徑,允許針對每個位置準確指定速度和加速度。這種控制系統最初主要用於車床和銑床,現在日益廣泛的應用中使用。西門子荷蘭 SINUMERIK 產品經理 Frank de Korte 表示:「基本上的任何地方都需要精確協調軸向運動,例如使用這款 FlowBot)。「我們的控制系統最多可以管理 31 個軸。這與系統的開放性相結合,就是它的優勢。」Gertjan:「對我們來說,路徑準確性是最重要的因素。這就是為什麼我們選擇龍門解決方案的原因。與此控制系統結合了龍門可以比 6 軸機器人更精確的動作。這將在未來帶來更好的研究結果。」

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

準確的研究結果

博士候選人傑西·雷伊滕巴格正在使用 FlowBot 進行第一次測試進行他的研究。「它完全做到我們想要的事情,」他熱情地說。「我們可以向不同的方向移動,並輕鬆精確地編程速度和加速度。由於我們可以同時使用多個軸,因此我們可以讓攝像頭和照明通過水箱跟踪物體。這樣,我們不會錯過任何細節。有關力、位置和其他資料的資訊儲存在單一檔案中。這有助於我們在力和速度之間建立聯繫。數據質量很好,因此我們不需要在信號處理中使用過濾器。由於 FlowBot 的高精度,例如,我們可以研究蝴蝶和鳥類的完美翅膀運動。我們還有很多東西要從大自然中學習!」

Industrial Edge

對於研究人員來說,能夠在短時間內收集大量測數據是至關重要的:作用於測試物體的力以及速度,加速度和位置。動議的準確性不得受資料收集流程影響。因此,所有測量資料都是在 Industrial Edge 裝置上收集。通過使用專用設備,SINUMERIK 控制滾輪中的處理器不會受到額外負載,並且數據收集不會影響控制速度。 Industrial Edge 與控制器無縫合作。來自控制器和現場元件的數據均以同步和高頻率存儲,並可以通過從任何位置通過安全連接檢索。對於分析,研究人員使用「分析我的工作品/捕獲」應用程序。

Gertjan:「我們可以輕鬆自己決定何時應該和不應該存儲數據。使用 FlowBot,我們連續執行許多測試。不需要在兩個測量之間存儲數據。因此,Edge 僅收集有用的測量資料。這使我們能夠在許多不同實驗中輕鬆分析數據,使我們能夠快速建立測量力和行駛路徑之間的關聯性。」

技術實施

巴滕堡 JB 系統項目經理馬塞爾·德帕格特描述了一個有趣且具有挑戰性的過程:「對我們來說,這是第一個使用新 SINUMERIK ONE 的項目,也是第一次該控制系統應用於如此複雜的應用。為了達到這一最終結果,我們與相關合作夥伴密切合作。在項目期間,我們主要專注於安全相關元件的軟件、電子工程、安裝和實施。」
在西門子的支持下,巴滕堡 JB 系統充分利用 SINUMERIK 控制系統。為了盡可能縮短調試時間,巴滕堡 JB 系統使用 SINUMERIK ONE 數位雙體軟件進行了數位準備、模擬和測試許多方面。

最高性能

目前,FlowBot 具有 23 個同步操作軸,由單一 SINUMERIK 控制器控制。不久的將來將通過添加兩個 6 軸機器人來進一步擴大軸數量。弗蘭克·德·科爾特說:「FlowBot 突破了 Sinumerik 控制系統的可能性的極限。「這也不是西門子的標準項目,但我們從一開始就相信,TU Delft 所尋求的是 Sinumerik 控制系統可以實現的。在這裡實現的事無法用任何其他控制系統完成,因此我們為此感到非常自豪。」Mulder 還將其描述為一個成功的項目:「我們的目標是最高的準確性,並且可以比我們希望更準確地測量。此外,儘管 FlowBot 複雜,但操作直觀且用戶友好。由於自動跟踪軸,FlowBot 也很容易編程。」