Düzlemsel Lazer Kaynaklı Floresan Görüntüleme Kullanarak Çırpıcı Yumuşak Yüzgeç Deformasyonu Modellemesi

Yumuşak robotik kanatçıkların deformasyonlarını müdahaleci olmayan bir şekilde ölçme yeteneği önemlidir, çünkü su altı araçları için kanat tasarımını ve kontrolünü daha iyi bilgilendirebilir ve hesaplamalı modelleri doğrulayabiliriz. Planya lazer kaynaklı floresan adı verilen akışkanlar dinamiği içindeki mevcut bir aracı yeniden kullanabilir ve daha sonra katı ve sıvıların eşzamanlı ölçümleri için kullanılabilecek katı maddeler için genişletebiliriz. Bu yöntem yumuşak robotik sistemlere ve malzemelere genellenebilir.

Bu tekniği sadece sıvı yapısı etkileşimlerini doğrulamak için değil, aynı zamanda sensörler ve tıbbi uygulamalar için esnek malzemeleri incelemek için de kullanabiliriz. Özel bir 3D baskılı parlak bitmiş yüzgeç şekli kalıbı tasarlayarak ve inşa ederek başlayın. Tankı orta düzleminde 30 Hertz'de kesen bir planya ışık tabakası oluşturmak için dikdörtgen bir cam su tankına darbeli bir lazer sistemi monte ederek deneysel bir kurulum hazırlayın.

35 milimetre lense ve 516 nanometrelik uzun geçişli floresan filtreye sahip dört megapiksel şarj bağlantılı bir cihaz veya CCD kamera takın. Kurulumdan sonra, lazer tabaka düzlemine yerleştirilmiş bir cetvelle CCD kameradan tek bir görüntü alarak mikrometrenin piksele dönüştürülmesi için bir kalibrasyon gerçekleştirin. Ardından fotoğraf makinesinde iki konum seçin ve pikselleri ayırarak mesafeyi mikrometre cinsinden bölün.

Mikrometre-piksel oranının uygulama için yeterince küçük veya milimetre altı aralıkta olduğundan emin olun. Kanatçık yazılımından gelen tetik çıkışlarını ve bir gecikme jeneratöründen ve ilgili yazılımdan gelen sinyalleri kullanarak lazer darbelerini ve kamera görüntülerini çırpınan kanatçıkla senkronize edin. Tüm lazer güvenliğinin kurumsal yönergelere uygun olduğundan emin olun.

Lazer sistemini ayarlamak için, lazer kafalarını soğutmak üzere soğutucuyu çalıştıran güç tuşuyla lazer sistemini açın. Sistem lazerlere güç vermeye hazır olana kadar arıza ışıkları yanıp söner. Tetik kaynağını harici lambaya, harici Q anahtarına ayarlayın.

Her iki lazer kafası için de lazer enerjisini tam gücün %60 ila %80'ine ayarlayın ve her Q anahtar düğmesine basın. Ardından güç düğmesine basarak lazerleri açın. Ardından, güç kablolarını fotoğraf makinesine takın ve kamera ayar yazılımını açmadan ve uygun bağlantı noktasını seçmeden önce bilgisayara doğru bağlantıları sağlayın.

Gecikme jeneratörünü açtıktan sonra, harici kapı kanalını kanat tetiğine, E kanalını kameraya ve A'dan D'ye kanalları lazere bağlayın. Ardından, patlama için darbe modunu ve dört nanosaniyeye kadar sistem çözünürlüğünü seçmek için gecikme jeneratörü yazılımını açın. Süreyi saniye cinsinden ayarlayın.

Harici tetikleyici/kapı modunu tetiklenen, eşiği 0,20 volt ve tetik kenarı yükselen olarak ayarlayın. Ayrıca, kanalları komut dosyasında açıklandığı gibi ayarlayın. Yüzgeci hizalayın, böylece lazer tabakası yüzgecin bir kordon bilge bölümünden açıklık bilge konumda geçer ve ardından kanat platformunu montaj donanımıyla sabitleyin.

Seçilen kinematiklerle kanat çırpmaya başlamak için gücü kanat kontrol donanımına ve kanat motorlarına bağlayın ve tüm ortam ışıklarını kapatın. Gecikme jeneratörü yazılımında, senkronize deneylere başlamak ve strok döngüsü boyunca lazer levhanın yüzgeç ile kesişme noktasının görüntülerini elde etmek için çalıştır düğmesine basın. Lazer tabakası açıkken ve ortam ışıkları kapalıyken tankta kanat çırpışını gözlemleyin.

İşiniz bittiğinde, yüzgeci güç kaynağından çıkarmadan önce durdur düğmesine basın. Kanatçık platformunu hareket ettirin, böylece lazer tabakası yeni bir açıklık bilge konumunda çaprazlanır. Yüzgeci istenen ilave kanatçık membranlarıyla değiştirin ve istenen sayıda ölçüm için görüntüleri elde etmek üzere daha önce gösterildiği gibi deneyler yapın.

BW alanından, filt dot M ikili görüntüsünden yüzgeç kesitlerini temsil eden tüm beyaz nesneleri ayıklayarak ve görüntüyü M show noktası M ile görüntüleyerek görüntüyü analiz edin.Ardından, siyah arka plan piksellerine dokunan tüm yüzgeç piksellerini seçerek 2B bir şekil elde etmek için her görüntü için ikili görüntü sınırının bir izini oluşturun. Elde edilen kanatçık şekillerini 3B akışkan yapı etkileşimi veya merkez çizgilerinden oluşturulan FSI modelleriyle karşılaştırarak işlemin yüksek doğrulukta doğrulama olarak nasıl kullanılabileceğini gösterin. Programlanmış yüzgeç kinematiği, 43 derecelik bir strok genliği ve 17 derecelik bir perde genliği verdi.

Resim, konturdaki iki konumdaki karşılaştırmaları göstermektedir. Biri yukarı vuruşun ortasında, diğeri aşağı vuruşun ortasında. Ayrıca, PDMS 10'dan bire ve PDMS 20'den bir yüzgecin şekil deformasyonları arasında karşılaştırmalar yapılmıştır.

3D yüzgeç şekilleri, planya lazer kaynaklı floresan, FSI ve orta yukarı vuruştaki sert kasalardan yeniden yapılandırıldı ve mevcut tekniğin FSI simülasyonları için yüksek doğrulukta doğrulama sağlama yeteneğini gösterdi. Deneyde, yüzgeç kesiti opak sert spar nedeniyle her adımda görünmüyordu. Resim, yüzgecin görünmediği sonucu göstermektedir.

Hatırlanması gereken en önemli şey, tam denemeleri çalıştırmadan önce bileşenlerin senkronizasyonunu test etmektir. Zamanlama ayarlandıktan sonra, önce bir test çalışması gerçekleştirin.