dynamisch lopende robot • spelen met blik • lineaire stick ... filevakblad over...

VA K B L A D OV E R P R E C I S I E T E C H N O L O G I E J A A R G A N G 4 7 - N U M M E R 2

Dynamisch lopende robot • Spelen met blik • Lineaire stick-slip-actuator

International Opto-Mechanics Summer Course & Summer Conference

Innovatieve slijptechniek • Medische NVPT-Kennisdag • 3TU

Vision Inspection Feeding System

MIKRONIEK IS EEN UITGAVE VAN DE NVPTWWW.PRECISIEPORTAAL.NL

00_omslag_nr2_2007 18-04-2007 15:32 Pagina I

Precisietechnologie kent bij TNO vele gezichten. Wat te denken van een zeer nauwkeurige spectrometer die in het heelal vele jaren onder extreme omstandigheden de vervuiling van de lucht in uw achtertuinmoet blijven zien. Of de nieuwste inspectie- of handlingsystemen voorlithografie, waar een stofje van 50 nanometer een onoverkomelijk rots-blok vormt. Of de laatste cent kostenreductie in het productieprocesvan een massaproduct, die het verschil betekent tussen uw winst of verlies. Dergelijke en nog veel meer vraagstukken lossen wij voor u opmet een nauwgezetheid die niet alleen sprekend is voor ons vakgebiedmaar ook voor onze klantgerichtheid.

TNO Industrie en Techniek

Het gezicht van...

TNO.NL

00_omslag_nr2_2007 18-04-2007 15:32 Pagina II

4

5

12

16

20

2326

32

36

41

42

EditorialWe Are-directeur Astrid Strijbos over de International Opto-Mechanics Summer Course & Summer Conference.

Dribbel, de dynamisch lopende robot De ontwerpstrategie, de bouw van de mechanica, de elektronica ende software voor Dribbel.

Spelen met blikEen speelse beschouwing van Rien Koster-prijswinnaar Piet van Rensover construeren in dunne plaat.

International Opto-Mechanics Summer Course Detailed outline of the 1st International Opto-Mechanics SummerCourse & Summer Conference, 2-6 July, Amsterdam.

Vision Inspection Feeding SysteemHigh-end systeem van IMS voor het hanteren, nauwkeurig inspecte-ren en nauwkeurig toevoeren van kleine onderdelen in productie.

Het Hightech Precisielandschap3TU zet in op intelligente mechatronische systemen.

Slijptechniek naar nanoprecisie en productiviteitEen overzicht van de ‘state of the art’ in de slijp-techniek op basis van de Studer Motion Meetingbegin februari.

De lineaire stick-slip-actuatorDemcon baseerde een actuatorprincipe voor positio-nering op wrijving. Het resultaat: eenvoud, submicron-resolutie en een grote slag.

NVPT-Kennisdag Medische TechnologieVerslag van een kennisdag over precisietechnologie inde minimaal-invasieve chirurgie.

MikrocentrumNieuw managementprogramma Innovation ExcellenceFollow-up Themadag Microscopie.

NieuwsMet onder meer:Academic Council PATO 25 jaar Compacte aandrijvingen Contactloos (multi)laagdiktes meten

Colofon

DoelstellingVakblad voor precisietechnologie en fijnme-chanische techniek en orgaan van de NVPT.Mikroniek geeft actuele informatie overtechnische ontwikkelingen op het gebiedvan mechanica, optica en elektronica.Het blad wordt gelezen door functionarissendie verantwoordelijk zijn voor ontwikkelingen fabricage van geavanceerde fijnmechani-sche apparatuur voor professioneel gebruik,maar ook van consumentenproducten.

UitgeverNederlandse Vereniging voor Precisie Technologie (NVPT)Postbus 1902700 AD ZoetermeerTelefoon 079 – 353 11 51Telefax 079 – 353 13 65E-mail [email protected]

AbonnementskostenNederland € 70,00 (ex BTW) per jaar Buitenland € 80,00 (ex BTW) per jaar

Redactie Hans van EerdenE-mail [email protected]

Advertentie-acquisitieNatascha van der LindenTelefoon 071 - 562 2262E-mail [email protected]

Vormgeving en realisatieTwin Design bvPostbus 3174100 AH CulemborgTelefoon 0345 – 470 500Telefax 0345 – 470 570E-mail [email protected]

Mikroniek verschijnt zes maal per jaar.© Niets van deze uitgave mag overgenomenof vermenigvuldigd worden zonder nadruk-kelijke toestemming van de redactie.

ISSN 0026-3699

De coverfoto, beschikbaar gesteld doorBureau Communicatie van de UniversiteitTwente, toont de dynamisch lopende robotDribbel.

2 In dit nummerIn dit nummerMMiikk

rroo

nniiee

kk

--

2200

0077

3N r . 2 2 0 0 7

03_inhoud_nr2_2007 18-04-2007 15:31 Pagina 3

N r . 2 2 0 0 7 4

edit

ori

alVan precisietechnologie heb ik geen verstand. Wel van de markten diezich binnen het technologieveld bewegen. Daarom mag ik samen met enop initiatief van TNO en de NVPT werken aan een ongekend leuk enambitieus project, de eerste internationale Opto-Mechanics SummerConference en dito Summer Course in Nederland. Ambitieus is nietalleen het bijeenbrengen van internationale topbedrijven in de precisie-technologie, maar ook het Nederland op de mondiale kaart zetten als kennisautoriteit op dat gebied.

Waarom een summer conference en een summer course? Als aanvullingop de grote semicon- en technology-events in Amerika en Azië willen wein Europa een evenement neerzetten dat een ‘Network of Excellence’ inde precisietechnologie kan creëren. Ieder land heeft zo zijn eigen experti-ses en clubjes van bedrijven, researchinstituten en overheidsinstellingen,maar daartussen zijn de nodige bruggen te slaan binnen Europa. Wij wil-len het platform bieden waarop al deze expertises elkaar ontmoeten.Bedrijven kunnen drie (conference) of vijf (course) dagen lang met elkaarkennismaken en brainstormen. Kortom, leren en tegelijk het eigen net-werk strategisch uitbouwen.

Managers krijgen op de summer conference een breed overzicht vanindustriële en technologische roadmaps. Een workshop helpt hen vervol-gens om strategische allianties te bepalen en een roadmap uit te zettenvoor het eigen bedrijf. En er is een dag waarop alle relevante industriëleinitiatieven, EU-programma’s en overkoepelende branches zich kunnenpresenteren. Wie doet wat in Europa en voor wie?

Precision engineers kunnen in de summer course hun kennis op uiteenlo-pende gebieden vergroten. De weg van junior naar Einstein is natuurlijklang, maar gedurende een week met Europese collega’s begeleid te wor-den door topexperts is een uitgelezen kans voor de engineer en zijn werk-gever. Zeker als in praktica met diezelfde experts een vertaling naar depraktijk volgt. En ook hier gaat het erom deelgenoot te worden van eenvoorheen ‘onzichtbaar’ Network of Excellence. En dan heb ik nog deEuropese bedrijven vergeten die zich met hun technische ontwikkelingen,producten en diensten presenteren.

Ik weet zeker dat dit summer event interessant is voor Mikroniek-lezers.Ik hoop u dan ook begin juli te kunnen ontmoeten in Amsterdam.

Astrid StrijbosManaging director We Are

Netwerken inAmsterdam

04_editorial_nr2_2007 12-04-2007 13:34 Pagina 4

D

N r . 2 2 0 0 75

Dynamisch lopen wil zeggen dat de bewegingen van derobot voornamelijk voortvloeien uit zijn eigen dynamica.Actuatoren en regeltechniek komen eigenlijk pas in tweedeinstantie aan bod. De internationale term voor dit typeonderzoek is ‘Dynamic Walking’. Volgens passief dyna-misch lopen moet het systeem uit zichzelf (passief) al degoede beweging maken. De menselijke loopbeweging kanvoor een groot deel als een slingerbeweging worden opge-vat. Het uitgangspunt voor de dynamisch lopende robots isdus over het algemeen een eenvoudige mechanische slin-ger. Het uiteindelijke doel is een zo robuust en energiezui-nig mogelijke loopbeweging te realiseren. Dit vakgebiedstaat tegenover het overwegend Japanse onderzoek naarlopende robots (zoals Honda’s ASIMO), waarbij alle vrij-heidsgraden met conventionele, niet bepaald energiezuini-ge, regeltechniek worden bestuurd.

ADVANCED ROBOTICS

De dynamisch lopende robot Dribbel is een ‘2D-biped’: hij kan niet naar de zijkanten toe

omvallen omdat vier benen op een rij worden gebruikt (vergelijkbaar met iemand die op

krukken loopt). Dit is gedaan om alleen de voorwaartse loopbeweging te kunnen bestuderen,

zonder daarbij direct de complexe 3D-stabilisering te hoeven oplossen. Het uiteindelijke doel

is een zo robuust en energiezuinig mogelijke loopbeweging te realiseren. Dit artikel behandelt

vooral de praktische kant van het werken aan de robot Dribbel: de ontwerpstrategie, de bouw

van de mechanica, de elektronica en de software.

• Edwin Dertien en Stefano Stramigioli •

Het onderzoek naar Advanced Robotics, zoals de lopenderobot Dribbel, wordt uitgevoerd onder leiding van prof.dr.ir.Stefano Stramigioli en onder de vlag van het onderzoeksinsti-tuut IMPACT van de Universiteit Twente. Binnen de vakgroepControl Engineering (Meet- en Regeltechniek) van de faculteitElektrotechniek,Wiskunde en Informatica werken op ditmoment vijf AIO’s aan uiteenlopende projecten die te makenhebben met robotica. Er wordt gewerkt aan ‘grasping & mani-pulation’ voor orderpicking, ‘haptic feedback’ voor medischerobots, robotsystemen voor autonome pijpleiding-inspectie,micromanipulatoren voor microscopisch onderzoek en eenaantal mobiele platforms, waaronder de lopende robots.

Advanced Robotics in Twente

Dribbel:lopende robotvan10 kg op zestien penlites

05_11_dribbel_nr2_2007 12-04-2007 13:51 Pagina 5

Dynamic WalkingHet idee van passieve slingers die een loopbeweging uit-voeren, voert terug op patenten van speelgoedjes uit 1888.Het onderzoek naar Dynamic Walking is in 1990 (nieuw)leven ingeblazen door de Canadese onderzoeker TadMcGeer [1]. De passieve constructies van McGeer kunnenop een hellend vlak naar beneden lopen, zonder dat daarextra motoren of regeltechniek voor nodig zijn. In de afge-lopen jaren zijn een aantal robots gebouwd die wel vanaandrijving en regeltechniek gebruikmaken en die zijnafgeleid van de volledig passieve ‘helling-lopers’. Dribbelis een van die systemen; zie Figuur 1.Door gebruik te maken van een motor in de heup is het nietnodig dat de robot van een helling loopt; hij kan op eenvlakke vloer lopen. De rest van de robot (knieën, voeten) isnog steeds passief.

Figuur 1. Het huidige ontwerp van de robot Dribbel.

SimulatieBij het ontwerp van de robot is zeer uitgebreid gebruikgemaakt van computersimulaties. Allereerst zijn er simpelemodellen gemaakt om een geschikte gewichtsverdeling voorde robot te vinden. Het formaat van de robot is grofweg opmenselijke schaal gekozen: de robot is 1 meter hoog enheeft geen bovenlichaam. Het gewicht bedraagt ongeveer 10kg, waarvan het grootste gedeelte in de heup zit. Uit dezeeerste simulaties is het benodigde koppel voor de motor inde heup afgeleid. Korte pieken van ongeveer 10 Nm zijnnodig om het ene been voor het andere te slingeren.

Na deze eerste simulaties is de mechanica van de robotontworpen in SolidWorks, terwijl tegelijkertijd de simula-tiemodellen up-to-date werden gehouden met de nieuwstewaarden voor massa’s, beschikbaar vermogen, beschikbaresensornauwkeurigheid, etc. De simulaties zijn gedaan methet pakket 20-sim [2], dat ook binnen de vakgroep CEwordt ontwikkeld. Dit pakket gebruikt naast gangbare blok-diagrammen ook bondgraafnotatie, waardoor de focus ligtop het maken van kloppende, power-continue modellen.

Voor het modelleren van de mechanica in 3D is de nieuwe‘3D mechanics Toolbox’ gebruikt. Hiermee kan middelseen intuïtieve ‘drag&drop’ interface een volledig model(zie Figuur 2) van een mechanisch systeem wordengebouwd. De interface is enigszins vergelijkbaar met hoein een 3D CAD-omgeving wordt gewerkt. In de simulatie-omgeving wordt de vermogensinteractie en dynamicagekoppeld aan dit kinematisch model. Onder water wordt‘screw theory’ [3] gebruikt voor het genereren van de dyna-mische vergelijkingen.

Figuur 2.Afbeelding van het 3D simulatiemodel in de 20-sim 3Dmechanics editor

N r . 2 2 0 0 7 6

ADVANCED ROBOTICS


Het uiteindelijke model is gebruikt voor het testen vanregelalgoritmes, het toevoegen van extra gewicht door bat-terijen, maar ook van de effecten van ander materiaal op devoetzolen. Nadat het mechanische prototype was gebouwd,is het simulatiemodel verder verfijnd met gegenereerdemeetdata.Voor toekomstige experimenten is nu een zeer nauwkeurigsimulatiemodel beschikbaar. Figuur 3 laat de heuphoek vande robot zelf en en die van het simulatiemodel tijdens eentest-loop zien. Inmiddels zijn aan het simulatiemodel ookvoeten met geactueerde enkels toegevoegd. Deze wordenop moment van dit schrijven gebouwd en de robot kan erhopelijk in mei 2007 mee lopen.

Figuur 3. Heuphoek tijdens een korte loopafstand in zowel simula-tie als meting aan de echte robot.

BesturingVoor de heupmotor in zowel de simulatieomgeving als deechte robot is een eenvoudige PD-controller gebruikt. Hetsetpoint voor de controller wordt gespiegeld zodra de voor-ste voeten de grond raken. Deze eenvoudige regelstrategieis al bij meerdere aangedreven ‘passieve’ lopersgebruikt.[4][5]. Door het setpoint en de versterking van deregelaar te veranderen, kan de loopbeweging worden beïn-vloed. De versterking van de regelaar is erg ‘slap’ inge-steld: het been dat naar voren gestuwd wordt door de motorhaalt het setpoint, maar valt eigenlijk direct weer terugdoor de zwaartekracht. De heuphoek waarmee de voorstebenen de grond raken is dus ook kleiner dan het gegevensetpoint. Bij aanvang van de zwaaibeweging kan de verster-king worden gezien als de veerconstante van een passieveveer die tussen beide benen zit.

Het produkt van deze veerconstante en het gegeven set-point is een maat voor het koppel waarmee het been vanachter naar voor wordt geslingerd. Om met een elektromo-tor ook een puur passief mechaniek te kunnen emuleren, ishet nodig dat de motor met vertraging ook aan de last-kantvrij kan bewegen wanneer de motor niet aan staat (back-driveability). Hoewel een vertraging met zeer goede effi-ciëntie wordt gebruikt, wordt toch enige weerstand onder-vonden. Deze kan worden weggeregeld middels een kop-pelsensor die tussen de uitgaande as van de vertraging ende robotbenen is geplaatst. Met een 0-koppel regelinggedraagt de combinatie van motor en vertraging zich alseen extra massa aan een van de benen, zonder de dempingvan de vertraging. Deze koppelsturing maakt het ookmogelijk om ander gedrag, bijvoorbeeld het plaatsen vaneen extra veer tussen de benen, te emuleren.

MechanicaDe heup is het belangrijkste gewricht in de robot, omdathet het enige is dat wordt bestuurd. De knieën en de enkelszijn passieve scharnieren. De heup is ontworpen rondom debelangrijkste actuator, een Maxon RE40 150 Watt gelijk-stroommotor met een 1:73 vertraging. Het mechanisch ont-werp van de heup bestaat uit twee concentrische alumini-umbuizen die gelagerd om elkaar draaien. De binnenbenenzijn aan de buitenste buis bevestigd, de buitenbenen aan debinnenbuis die langer is dan de buitenste buis. In de bin-nenbuis is de motor geplaatst. Via een Oldham-koppelingen de genoemde koppelsensor (zie Figuur 4) oefent demotor een kracht uit tussen beide benen. Er is voor de buis-constructie gekozen omdat dit de best bekende stijfheid permassa-eenheid biedt en een zeer interessante vorm ople-vert. Uiteindelijk zijn zowel de aandrijfmotor, de motor-versterker en de batterijen geplaatst in een buis van 6 cmdoorsnee met een lengte van 54 cm. De benen bestaan uitrechthoekige aluminiumprofielen die middels koppelstuk-ken aan de heupbuizen geschroefd kunnen worden. Allegewrichten zijn modulair uitgevoerd en kunnen eenvoudigworden verwisseld of vervangen. Tot op heden zijn tweesoorten voeten getest: de eerste voeten waren klein en had-den een platte zool voorzien van een dun laagje anti-slip-rubber. Daarna is een tweede set voeten gemaakt van dikrubber. Uit simulatie en analyse bleek dat extra vering in devoeten voor een efficiëntere en meer robuuste loopbewe-ging zorgt. De montage van een set halve stuiterballenonder de robot kon deze simulatie verifiëren [6].

N r . 2 2 0 0 77


Figuur 4. SolidWorks tekening van de aandrijving

Voor de knieën is een vergrendelingsmechaniek ontwik-keld; zie Figuur 5. Hoewel de knieën zelf niet actief wor-den bewogen, is het nodig dat deze worden vergrendeldzodra het gewicht van de robot gedragen moet worden. Heteerste ontwerp bestond uit een mechnisme waarbij eenspoel de vergrendelingspin terugtrok op het moment dat deknie moest buigen. Dit systeem bleek echter zeer onbe-trouwbaar, zodat de keuze uiteindelijk viel op een systeemmet deurvergrendelingsmagneten. Hoewel deze oplossingniet bepaald energie-efficiënt is (tijdens lopen gaat onge-veer 70% van de energie in de knieën zitten) is het eenbetrouwbaar mechaniek en een grote verbetering tenopzichte van het voorgaande.

ElektronicaHet elektronisch systeem verzorgt het meten, sturen enregelen van de robot. Op de robot wordt een modulairgedistribueerd regelnetwerk gebruikt, enerzijds om de hoe-veelheid kabels te verminderen, anderzijds om vervangingen toevoeging van extra modules en vrijheidsgraden te faci-literen. Elk gewricht heeft een print met microcontrollerom de encoders (HP5540 series) en bijvoorbeeld de voet-schakelaars in te lezen, of de knievergrendeling aan te stu-ren; zie Figuur 6. De prints zijn met elkaar verbonden dooreen TWI-bus (two-wire interface, ook bekend als Philips’I2C bus). Op deze manier zijn er slechts vier draden nodigdie alle modules op de robot met elkaar verbinden. Over debus worden met 100 Hz alle data van de robot door dehoofdcontroller verzameld. Het dataverkeer zelf gaat met400 kHz; zie Figuur 7.

Figuur 6. Print op de knie. Deze print leest de encoder in,bestuurt de knievergrendeling en is verbonden met de TWI-busdoor de vier gekleurde draden.

N r . 2 2 0 0 7 8

ADVANCED ROBOTICS

Figuur 5. Het huidige mechaniek met de magneten (links) en het oude mechaniek met de vergrendelingspin.


Figuur 7.TWI-data op oscilloscoop.

Op de prints zijn Atmel ATmega8 RISC microcontrollersgebruikt. Deze kleine microcontrollers voeren bijna 16MIPS uit bij 16 MHz. Benodigde registers en hardwarevoor de TWI-bus zijn al in de chip aanwezig. De encodersin de knieën en de voeten worden gesampled op 40 kHz enquadratuur gedecodeerd. De maximale resolutie van degebruikte encoder is 500 ppr. In quadratuur levert dit 2000ppr, wat overeenkomt met een hoekresolutie van 0,18º.Hoeksnelheden worden in de microcontroller zelf bere-kend. De software is geschreven in C, met de compiler vanCodeVision. De TWI-libraries van de GNU-GCC port voorAVR (WinAVR) zijn aangepast voor gebruik binnenCodeVision. Op moment van dit schrijven wordt alle soft-ware omgeschreven naar WinAVR (GNU-GCCAVR).

Elke print beschikt naast de TWI-bus over een viertalLED’s voor statusinformatie en een RS-232 poort voorcommunicatie en foutdetectie. De motorversterker is aan-gesloten op dezelfde TWI-bus, ook weer met dezelfdeATmega8 als gebruikt in knieën en voeten. De brug zelf iseen eigen ontwerp gebaseerd op de IR2110 driver chip.Beveiliging, temperatuur en stroombegrenzing wordengemonitord door de microcontroller. Een relais in dehoofdvoedingsleiding kan zonodig het vermogen naar demotor afsluiten. Ook zijn automatische zekeringen in deleiding opgenomen. Voor ruis- en storingsonderdrukkingzijn overspanningsdiodes, grote condensatoren en een klein‘snubber’-netwerk gebruikt.

Bij de heupmotor wordt ook een HP5540-serie encoder alssensor gebruikt. Een PID-lus met een updatefrequentie van1 kHz wordt door de gebruikte ATmega8 van de motorver-sterker uitgevoerd. Versterkingsfactoren en setpoints wor-den vanuit de hoofdcontroller over de TWI-bus doorgege-ven. Het was lastig om de motorversterker zodanig te ont-werpen dat hij achter de motor in de buis van 6 cm door-snee geplaatst kon worden. Vooral vanwege de nodige koe-ling en grote onderdelen zoals condensatoren en relais.Eerst is dus een kartonnen versie van de printplaat gemaaktom het formaat te kunnen controleren; zie Figuur 8.Uiteindelijk is achter de motorversterker nog een accupackvan 16 NiMh penlites geplaatst. Dit pack levert een span-ning van minstens 19,2 V en biedt voldoende capaciteit omde robot, zelfs bij het hoge stroomverbruik van de knieën,een half uur te laten lopen.

Naast de optische encoder voor hoekmeting is ook een kop-pelsensor in de heup geplaatst. Ook voor deze sensor is eensignaalversterkerprint ontworpen die verbonden is met deTWI-bus. Ook kan het koppelsensorsysteem met een lokaleSPI-bus direct met de motorversterker verbonden wordenom een lokale koppel-sturingslus te sluiten. Voor de koppel-sensorversterker is een geïntegreerde versterker van Maxim(MAX1452) gebruikt. De ATmega8 wordt gebruikt om designalen van dit IC te interfacen met de aanwezige 10bitsA/D-converter; daarnaast wordt ook de programmering vande MAX1452 door de ATmega8 gedaan.

De laatste microcontroller op de robot (welke het totaal opelf microcontrollers op dezelfde bus brengt) is de hoofd-controller, het ’brein’ van de robot. Het loopalgoritme eninterfacing van de robot met de simulatieomgeving wordendoor deze controller uitgevoerd. Op de hoofdcontroller iseen ATmega128 gebruikt. Deze fungeert als TWI-bus mas-ter (alle andere modules zijn ’slaves’ om communicatiepro-blemen te voorkomen). De hoofdcontroller verzamelt dedata van alle slaves (motortoestand, alle hoeken en hoek-snelheden) en stuurt commando’s naar de slaves (ontgren-delen van de knieën, de setpoints voor de heupmotor).Tussen de hoofdcontroller en een PC kan een seriële linkworden gelegd, zodat op 100 Hz vanuit de PC in real timede status van de robot kan worden opgevraagd, voor hetopslaan en analyseren van de loopbeweging, het gebruiktevermogen, etc. Het opslaan en analyseren van deze gege-vens gebeurt ook weer in dezelfde 20-sim simulatie-omgeving.

N r . 2 2 0 0 79


ExperimentenDe robot loopt inmiddels bijna twee jaar rond. De meesteexperimenten zijn gedaan in de (kleine) labruimte waar derobot rechte stukken van zo’n 10 meter kan lopen; zieFiguur 9. Voor de eerste tests werd gebruik gemaakt vaneen beveiligingskabel boven de robot. Na verloop van tijdwerd het vertrouwen in de techniek wat groter, zodat de lijnin onbruik geraakte. Niet geheel terecht; de robot heeftinmiddels een paar stevige valpartijen ondergaan. Een cri-terium voor stabiliteit van een looprobot dat door ingewij-den wel wordt gebruikt, is de afstand die de bouwer durft tenemen tot de robot terwijl deze aan het lopen is. Hoe danook, de robot heeft alle valpartijen overleefd, met geen ern-stigere schade dan een gebroken encoderbehuizing.

Figuur 9. Dribbel tijdens een loopbeweging. De foto is gemaaktdoor in een donkere ruimte de sluiter lang open te zetten, waarbijéén keer is geflitst. De lichtstrepen geven de positie in tijd enruimte weer van de status- en indicatie-LED’s op alle modules opde robot. De onderbrekingen in de patronen worden veroorzaaktdoor de knipperfrequentie van de LED’s. De blauwe strepen gevende status van encoders weer, de gele het communicatiepatroon(100 Hz) weer.

N r . 2 2 0 0 7 10

ADVANCED ROBOTICS

Figuur 8. (Werkende) insteekbord-versie van de 150 W motorversterker en de kartonnen versie van de print.


De robot kan, terwijl hij slechts door een enkele motorbestuurd wordt, op verschillende snelheden verschillendesoorten loopbewegingen uitvoeren. Wat energieverbruikbetreft, het is mogelijk om met slechts 1,6 Watt motorver-mogen te lopen. Dat maakt deze robot een stuk efficiënterdan bijvoorbeeld de Japanse robot ASIMO die meer in deorde van 100 W gebruikt. Om een eerlijke vergelijking temaken wordt efficiëntie bij robots uitgedrukt in de energie-kosten om een bepaald gewicht over een bepaalde afstandte transporteren. Deze cmt-waarde [1] is met 0,06 laag,zelfs in vergelijking met andere, of passief dynamischlopende, robots.

ConclusieHet beschreven ontwerptraject werkte goed. Het parallelwerken met simulatie tijdens het ontwerpproces heeft eengoed werkend prototype opgeleverd dat robuust genoeg isvoor experimenteel labwerk. De simulatiemodellen zijnbetrouwbaar genoeg om de effecten van toevoegingen zoalsandere voeten of andere gewichtsverdeling te kunnen voor-spellen.

AuteursnootStefano Stramigioli studeerde in Bologna en promoveerdein Delft op het gebied van analytische mechanica en roboti-ca. In 2005 werd hij benoemd op de persoonlijke leerstoelvan Advanced Robotics in de faculteit Elektrotechniek,Wiskunde en Informatica van de Universiteit Twente.Edwin Dertien is werkzaam als medewerker onderzoek bijde vakgroep Control Engineering in dezelfde faculteit. Zijnafstudeerproject [7] betrof het ontwerp en realisatie van delopende robot Dribbel, waarvoor hij simulaties maakte en

een groot deel van de hardware en alle elektronica en soft-ware ontwierp. Het ontwerp en de bouw van de robot was een groeps-prestatie, onder begeleiding van Stefano Stramigioli. Niels Beekman, Gijs van Oort, Eddy Veltman en VincentDuindam hebben een grote bijdrage geleverd aan het ont-werp en de simulaties.

Bibliografie[1] T. McGeer, Passive Dynamic Walking, Int. J. Robotics

Res., vol. 9, par. 10.3, p 72, 1990.[2] Controllab products, 20-sim, ver3.6. www.20sim.com,

2006.[3] S. Stramigioli and H. Bruyninckx, Geometry and screw

theory for robotics, Tutorial during ICRA 2001, 2001.[4] M. Wisse and J. van Frankenhuyzen, Design and con-

struction of Mike; a 2D autonomous biped based onpassive dynamic walking, AMAM, 2003.

[5] S. H. Collins and A. Ruina, A bipedal walking robotwith efficient and human-like gait, 2005.

[6] E. Veltman, Foot shapes and ankle actuation for a wal-king robot, MSc thesis, 002CE2006, May 2006.

[7] E.C. Dertien, Realisation of an energy-efficient wal-king robot, MSc thesis, 022CE2005, June 2005.

N r . 2 2 0 0 711

[email protected]

Informatie


A Heel recent hoorde ik Aldert Verheus (Centrum voorLichtgewicht Constructies TUD-TNO) tijdens de C&E-dagen (van het Mikrocentrum en de Constructeur) een pre-sentatie houden over composietmaterialen, met als titel“Weight watchers”. Hij vertelde enthousiast wat je metcomposieten en dus ook met (balsa)hout kunt in het kadervan E/ρ. Het was een schok van herkenning.

Hystere-vrije puntlasTijdens mijn afstudeerwerk onder leiding van prof.ir. W.van der Hoek speelde het construeren in dunwandige struc-turen opnieuw. Het was een bijdrage aan de Hard X-rayImaging Spectrometer, een soort schakelbare kleurenvideo-camera in het harde-röntgengebied. De afbeeldende colli-mator bestaat uit een dunwandige rechthoekige koker. In dekoker zijn de optische componenten opgehangen met eennauwkeurigheid van ongeveer 1 mm. De 1 g doorbuigingvan de koker blijkt al 4 mm te zijn. Dit werk leerde me datpuntlassen door de merkwaardige krimp vrijwel hystere-vrij zijn. Dit komt omdat de platen vrij van elkaar komen teliggen, behalve op de puntlassen zelf; zie Afbeelding 2. Bijde elektroden zit een groter smeltbad dan tussen de plaat-delen. Hierdoor zit er lokaal aan de buitenkant meer krimp.Dat een puntlas goedkoop was, wist ik al.

Afbeelding 2. Puntlas trekt de platen los van elkaar tijdens denakrimp

N r . 2 2 0 0 7 12

CONSTRUEREN MET DUNNE PLAAT

Tijdens de Precisiebeurs 2006 eind november in Veldhoven werd de tweejaarlijkse Rien

Koster-prijs uitgereikt door de NVPT aan Piet van Rens. Bij die gelegenheid sprak Rien

Koster uitgebreid over Van Rens’ enthousisame voor construeren in blik en over zijn

generieke denkkader voor het oplossen, of beter nog voorkomen, van ontwerpproble-

men. Hieronder een speelse beschouwing van de laureaat zelf.

• Piet van Rens •

Als 17-jarige toneelknecht bij een amateurtoneelvereni-ging was ik al gebiologeerd door de enorme sterkte enstijfheid die je met eenvoudig hardboard en panlatten kuntbereiken. Met als hoogtepunt de bewondering voorBruynzeel-deuren die bleken te bestaan uit twee plaatjeshardboard op een soort papieren honingraat constructie.Later heb ik dat nog nageaapt door mijn fietskar een dub-belwandige triplexbodem te geven. De ruimte tussen detriplexbodemplaten was opgevuld met een polyurethaan-plaat rondom afgezet met een panlat. Zie Afbeelding 1voor een ander voorbeeld.

Afbeelding 1. De structuur van panlatten en hardboard blijkt ruimbestand tegen drie winnende hardlopers. De top-plankjes zijn 18mm dik.

Spelen met

12_15_piet van rens_nr2_2007 18-04-2007 15:30 Pagina 12

Het laten aangrijpen van krachten in het plaatvlak bleek deuitdaging; immers bij een wanddikte van 2 mm is eenkracht die 1 mm buiten het plaatvlak valt al goed voor eenstijfheidsverlies van een factor zestien; zie Afbeelding 3.Het afstudeerwerk leverde enkele leuke plaatjes op voor het‘Duivels Prentenboek’ van prof. Van der Hoek en later voorhet boek ‘Constructieprincipes voor het nauwkeurig bewe-gen en positioneren’ van prof. M.P. Koster (ISBN 90-78249-01-3).

Afbeelding 3. Stijfheidsverlies is kwadratisch gevoelig voor deafstand tot het hart van de plaat.

Gesloten kokersHet was ook tijdens mijn afstuderen een openbaring dat dehoeveelheid omsloten lucht in dunwandige constructieskwadratisch in de stijfheid zit. Mits alle zijden van de pla-ten maar hun afschuifspanning kunnen doorgeven aan aan-grenzende plaatdelen. Dit is natuurlijk het geval bij geslo-ten kokers. Bij een open structuur echter wordt de stijfheidbepaald door het volume materiaal in het kwadraat.Hiermee wordt vooral duidelijk dat het construeren uitdunne plaat, mits voldaan aan de regels zoals die doorKoster zijn beschreven in zijn Constructieprincipes, enormevoordelen heeft voor het licht en stijf construeren.

VrijheidsgradenBehalve het construeren op stijfheid blijkt het construerenin dunne plaat ook nog veel voordelen te hebben op hetgebied van het spelen met vrijheidsgraden. Bijvoorbeeldhet opleggen van een kogel in een rond gat in een plaat kaneenvoudig door een rond gat te maken in een gedeeltelijkvrijgesneden stuk uit de plaat iets groter dan de kogeldia-meter; zie Afbeelding 4a. Er ontstaat, omdat de kogel nage-noeg dezelfde straal heeft als het gat, een puntcontact dat

erg veel lijkt op een lijncontact. Door iets van de gatwandweg te vijlen, kan de richting waarin de kogel aanligt vrijworden gekozen. Bij beeldbuizen bleek het mogelijk omeen zeer hoge belastbaarheid te realiseren; zie Afbeelding4b. De belasting was zelfs ruim tien keer de belastbaarheidvan een kogel met een twee keer grotere diameter in eennauwkeurig diepgetrokken hoedje (schuifplaatje).Omdat de kogel nu in het hart van de plaat komt te liggenkan de kogel ook veel moeilijker eruit springen bij eengrote belasting dan het geval was bij een diepgetrokkenschuifplaatje; zie Afbeelding 5.

Afbeelding 5. Oplegging van een kogel in een rond gat in een plaat.De veer houdt de kogel op z’n plaats.

Een contact tussen een nauwkeurige vorm en een kogellijkt erg veel op drie puntcontacten; de positie van dezepunten is niet goed gedefinieerd. Behalve oplegpunten ishet eenvoudig om op een dergelijke manier ook scharnierente construeren of eenvoudig losneembare verbindingen metheel hoge positiereproduceerbaarheid.

N r . 2 2 0 0 713

blik

Afbeelding 4.(a) Een bijna-lijncontact exact in het hart van de plaat.(b) Een voorbeeld uit de beeldbuis: Maskerophanging links uitplaat gesneden, rechts traditioneel diepgetrokken.

a b


Prototypes uit papierEen heel ander aangenaam bijverschijnsel van construerenuit dunne plaat is dat het de mogelijkheid biedt om prototy-pes te maken uit papier of dun karton. Visitekaartjes zijndaarvoor uitermate geschikt. Een aardige bijzonderheid is

dat als u een model geknipt uit een visitekaartje achterlaat,er een veel grotere kans is dat het kaartje nog een tijdjebewaard blijft dan wanneer het onbeschadigd op de hetbureau van de klant achterblijft. Ik nodig u uit om als oefe-ning een rechtgeleidingsmechanisme te knippen. Hetmechanisme heeft dezelfde functie als het in Afbeelding 6ernaast staande mechanisme met de vertrouwde gat-scharnieren. De robuustheid is echter aanmerkelijk beter.

Cosinus-verkortingBij gatscharnieren is de doorsnede van de scharnieren inéén richting dun omdat het in plaat is en in de andere rich-ting omdat deze moet kunnen bewegen. In het geval vaneen vouwwerkje is de doorsnede alleen dun in de plaat-richting en daardoor wordt deze veel minder kwetsbaar.Deze vouwtechniek biedt de mogelijkheid om eenvoudigemechanismen te maken uit plaatdelen. Ook brengt eenspriet gemaakt uit een gevouwen bladveer een aantal ver-rassende voordelen met zich mee. Ze geeft minder proble-men met het inklemmen dan een dun draadje. Het uitbui-gen van een omgezette bladveer heeft niet de schijnbarecosinus-verkorting van een draadveer die uitbuigt.

SprietenBij het statisch bepaald construeren wordt een vrijheids-graad vaak vastgelegd door het toepassen van een spriet,spaak of iets verwants. De in Afbeelding 7 getoonde, uitplaat geknipte onderdelen bieden vaak minder problemenmet monteren en hebben een betere stijfheidsverhouding optrek en druk versus buiging. Een uit plaat gevouwen sprietheeft niet het nadeel van een aantal gatscharnieren dat desterkte helemaal verdwijnt uit de plaat. Zie ook de visite-kaartjes. Uiteraard zijn verstijvingen tegen uitknikkenmogelijk door randjes om te zetten.

In geval van een omgezette bladveer is uiteraard de gevoe-ligheid voor cosinus-verkorting veel minder. Het verdientwel aanbeveling om bij grotere uitwijkingen de plaatdelente controleren op uitknikken. Ook kan de stijfheid erginzakken bij grotere uitwijkingen

SpanningenDe belastingen in plaatdelen van goed ontworpen kokersleiden meestal tot schuifspanningen. Ten opzichte van bui-gen of pellen zorgen die afschuifkrachten er voor dat span-ningen zich zo netjes mogelijk verdelen over de plaat. Bijpellen zal de spanning zich juist in een klein gebied con-

N r . 2 2 0 0 7 14

CONSTRUEREN MET DUNNE PLAAT

Afbeelding 6. Gatscharnier (links) en rechtgeleidingsmechanisme.(a) Schematisch.(b) Uit papier geknipt (rechts is materiaal in het hart weggeknipt).(c) Een voorbeeld voor een test met laser-adjustment. De dunnedammetjes in het midden worden beurtelings met een laserbeschoten waardoor ze beurtelings trek en druk opbouwen.W. Hoving, M.P. Koster e.a. bereikten daarmee heel leuke justeringen in het micrometergebied.Onder het rechtgeleidingsmechanisme in ander aanzicht.

a

b

c


centreren. Eenieder die wel eens veel haast had bij hetplakken van zijn fietsband kent dit afpellen en zijn voort-schrijdend hoge spanningsfront. Dit kan samen met of doorkerfwerkingen tot sterkteproblemen leiden. Bij afschuif-krachten speelt dit juist veel minder. Moeder natuur is zeerbehulpzaam bij de kracht-spanningsverdeling

WaarschuwingenEen van de voordelen van het denken in plaat is dat er eenheel groot verschil in stijfheid is tussen richtingen in hetplaatvlak en loodrecht daarop. Dit voordeel is ook meteeneen valkuil. De stijfheden in het vlak zijn lineair met hetformaat in eerste orde en lineair met de plaatdikte. De bui-gingen uit het vlak gaan met de derde macht van de dikteen vaak ook met de grootte van de plaat. Voor kleine pro-ducten blijken de buigstijfheden vaak geen ordes meer teverschillen van de stijfheid in het vlak. Bij kleine onderde-len helpt het vaak als je een schets op schaal bekijkt. Zietde plaatdikte er dan nog steeds ‘dun’ uit, dan gelden deplaatregels nog wel.

StijfheidAls je een plaat met iets verbindt, geldt eigenlijk altijd dater minimaal twee punten van de plaat gelast of geschroefdmoeten worden. Eén laserlas of puntlas of één bout legt

geen momenten vast en de plaat kan nog roteren rond hetverbindingspunt. In zijn algemeenheid zullen bouten enlassen in paren voorkomen. Uiteraard kan met lijm wel eengroter oppervlak worden bestreken en kunnen daarmee dusover een groter oppervlak afschuifkrachten en momentenworden doorgegeven.

Afbeelding 8. Ronde verbinding in een eindig grote plaat.

De torsiestijfheid van een ronde verbinding in een eindiggrote plaat (zie Afbeelding 8) is:

Gdi2t

k = π –––––––––1 – (di/du)2

Als di << du:

k = πGdi2t

Met twee puntlassen wordt deze torsiestijfheid al gauw eenorde hoger. Immers de afstand is altijd enkele malen de las-diameter en de afstand tussen de lassen zit kwadratisch inde torsiestijfheid.

Tot slotHet werken met plaat voelt als het spelen met blik. Het isaangenaam licht en het vermoeit niet. Zelfs de scherpekantjes leveren mooie en leerzame littekens.

AuteursnootPiet van Rens is Chief Technical Optimist bij VisionDynamics in Eindhoven. Hij kreeg eind 2006 op dePrecisiebeurs de Rien Koster-prijs van de NVPT uitgereikt.

N r . 2 2 0 0 715

a

b

Afbeelding 7. Sprieten.(a) Met cosinus-verkorting.(b) Zonder cosinus-verkorting

www.visiondynamics.nl

Informatie


TThe aim of the Summer Conference is to inform businessexecutives about the latest achievements in R&D and thelatest business developments as well as new internationaltrends and roadmaps in the broad field of opto-mechanicsand control. Getting an overview and a profound under-standing of several high-tech systems and applications, aswell as forming an open European Network of Excellence,is the scope of the Summer Course. Prominentinternational experts will give insight in their way ofworking and their understanding of opto-mechanics.Through lectures and practical exercises the world of opto-mechanical high-tech systems will be explored.

NetworkingSpecial attention will be paid to networking. Day 3 of theconference will be an open network day where industrialconsortia, research institutes and governmentalorganizations for the opto-mechanics industry can presentthemselves to a broad audience of colleagues and businessexecutives. The program starts with a managerial workshopon how to build strategic alliances and create a long-termcompany roadmap. This is a logical follow-up on theindustrial and technical roadmaps presented at the

conference. Industrial and governmental institutes willpresent their focus and programs in parallel sessions and onan expo. Among the invited initiatives and consortia areEPIC/Photonics21, CRNS, ESA, IOP Photonic Devices,NanoNed, IOP Precision Technology, Photonics ClusterUK, UK Display and Lighting Network, MicroNed,Euspen, ASPE, European Optical Society EOS, DanishOptical Society DOPS, Mechatronik Cluster Austria, VDIGermany, WTCM Belgium, Agoria and FMTC.

N r . 2 2 0 0 7 16

INTERNATIONAL OPTO-MECHANICS SUMMER COURSE & SUMMER CONFERENCE

The 21st century has been named the ‘photonics century’, as optics is an enabling

technology for many aspects of our daily lives: computer chips (optical lithography),

telecommunications, DVD players, LED’s, and so on. Opto-mechanical systems are

underlying many of these applications. In order to contribute to a further and positive

development of the opto-mechanics industry in Europe, the first International

Summer Course & Summer Conference on Opto-Mechanics will be organised by the

Dutch Association of Precision Technology (NVPT) and TNO Science & Industry for

European business executives and system engineers.The Summer Conference

(July 2-4) and Course (July 2-6) will both take place in Amsterdam, the Netherlands.

Premiere for the opto-mechanics

16_19_summer course_nr2_2007 18-04-2007 15:30 Pagina 16

N r . 2 2 0 0 717

Europeanindustry

“We see a trend toward convergence of various technologies,which will need to integrate optimally in our customers’processes and equipment to contribute value. For us therelevance of opto-mechatronics, relates to that convergence:in technologies related to photonics (from visible light to X-ray, with everything in between.) These technologies haveconsequences on the same customer process and equipment,that we influence with mechatronics.

Technologies and players will need to work together tounlock the full potential of value in customers’ equipment,therefore we support this cross-technology event.We expect it will be an enriching experience in terms ofnetworking and knowledge sharing, and should thereforeprovide insights into technology and market roadmap.

Bosch Rexroth is interested in the creation of a Europeanopto-mechanics community, and is willing to participateactively in such knowledge sharing.We do not believe it iscoincidental that the event takes place in the Netherlands, asthe country spearheads significant high tech innovations. It isalso inordinately dense in terms of concentration in medical,semiconductor and lighting industries, which drive thetechnology trends we’re looking at in opto-mechatronics.The first biggest success of the summer conference, will bethe sharing of knowledge that single technology sectorscontribute, the recognition that value is created with thissharing, and the creation of an opto-mechatronics community.”

Dr. Karl TraglBosch Rexroth, President of the Electric Drives and ControlsBusiness Unit, Germany, and keynote speaker at the SummerConference

Summer Conference: Sharing of knowledge

“There was no dedicated summer school on opto-mechanicsin Europe.That is why NVPT (the Dutch Association ofPrecision Technology) and TNO (the NetherlandsOrganisation for Applied Scientific Research) took theinitiative last year to organise a summer school for the opto-mechanical community in the Netherlands. Following itssuccess, we decided to take the idea to the European level,and that’s how things started for the European SummerCourse (and Summer Conference).This really fits theEuropean markets we as TNO cover with our opto-mechanical work in areas such as astronomy and aerospace.

We have invited international experts to the SummerCourse. In my opinion, one of the technological highlights willbe the presentation on the application of silicon carbide (SiC)in opto-mechanical instruments to be held by theinternational pioneer in this field, Michel Bougoin, director ofthe French company Boostec. SiC can be used for mirrors aswell as for the supporting structures, and because a singlematerial is used, there is the advantage of temperatureindependence.This is essential when components have to bepositioned with micrometer accuracy, as it will preventdegradation of imaging quality in the case of temperaturevariations. SiC is extremely stiff, with respect to its specificmass, and unfortunately also brittle, but it is not as poisonousand as rare as beryllium, which is popular as a single materialfor mirrors and supporting structures.

As a Summer Course spin-off, we have set our hopes onestablishing a Europe-wide network of specialists in opto-mechanics.Although the number of people involved in thisfield is limited, most contacts so far have been of a bilateralcharacter.And of course our own TNO may get its share ofexposure during the Summer Course – not only for ourprojects but also for the courses we have been and will bedelivering on this subject.”

Ir. Jan NijenhuisSenior system engineer,TNO APPE (Advanced Products andPrecision Equipment)

Summer Course:Technological highlights


N r . 2 2 0 0 7 18

INTERNATIONAL OPTO-MECHANICS SUMMER COURSE & SUMMER CONFERENCE

The focus of the 2007 Summer Conference program, July 2 toJuly 4, will be on divers complexities within the broad area ofopto-mechanics.Well known international top speakers, allexperts in their own domain of opto-mechanics will sharetheir research and market development knowledge.Theprogram of each day contains keynotes on technologyassessment, overviews of business cases, and trends &developments in various markets.

Day 1 Dr. ir. Egbert Jan Sol (CTO TNO Science & Industry,TheNetherlands, Chairman of the Day), Introduction

Ir. Martin A. van den Brink (Executive Vice President Marketing& Technology and member of the board of managementASML,The Netherlands), Opening Keynote 1:Technologyroadmap for the Semiconductor Industry

Dr. Karl Tragl (Bosch Rexroth, President of the Electric Drivesand Controls Business Unit, Germany), Keynote 2: Productroadmap for metrology performance regarding machineperformance. Opto-mechanics as enabling technology

Speaker (to be announced), Roadmap DisplaysRepresentative (European Space Agency ESA, invited),Industrial roadmap for SpaceRepresentative (Central Research and Technology Division ofthe optical group, Carl Zeiss AG, invited), Industrial roadmapfor MedicalSpeaker (to be announced), Roadmap Solid State LightingRepresentative (Airbus Toulouse, invited), Industrial roadmapfor AviationRepresentative (Alcatel, France, invited), Industrial roadmap forTelecom

Day 2Prof.dr.ir. J.T. Fokkema (Rector Magnificus, Delft University ofTechnology, Chairman of the Day), Introduction

Jean Francois Coutris (Vice President of Sagem, France andPresident of Photonics21 Platform EU), Opening Keynote 1:Technology drivers for a sustainable future

Dr. Luis Spinelli (CTO of Coherent USA, invited), Keynote 2

Representative (FEI Company, Hillsboro, invited), Technologytrends in Electron OpticsRepresentative (Fraunhofer Institute, Germany, invited),Technology trends in Photon CrystalsDr.Thomas Bauer (Manager Research and Development,JENOPTIK Polymer Systems GmbH), Technology trends inClassical OpticsRepresentative (Fraunhofer Institute For Laser Technology,Germany, invited), Technology trends in Eximer Laser and SolidState Laser technologyDr.Thomas Zapf (Director Scientific Relations of Leica-Microsystems, Germany, invited), Technology trends in MicroOptic SystemsProf. Dr. Fleck (Cambridge Centre for Micromechanics,University of Cambridge, invited), Technology trends in Opto-MechanicsJelto Smits (Philips Technology Incubator,The Netherlands,invited), Closing Keynote: From research lab to commercialmarkets

Day 3: Networking

Participants of the Summer Conference are businessexecutives (chief technology, chief executive, and strategyofficers; R & D, business development, and productdevelopment managers), venture capitalists and seniorconsultants in the field of precision technology.

www.optomechanics-summerconference.com

Summer Conference program


N r . 2 2 0 0 719

The 1st International Opto-Mechanics Summer Course andSummer Conference is being organized by NVPT (DutchAssociation of Precision Technology) in association with TNO(the Dutch knowledge organisation for applied scientificresearch) and We Are (the Eindhoven-based professionalconference organizer in the high-tech market).The event willtake place at the Okura Hotel in Amsterdam, July 2 to July 6.

www.nvpt.nl www.tno.nl www.weare.nl

Organization

The focus of the 2007 Summer Course program, July 2 to July6, will be on trends in research and development in the broadfield of opto-mechanics.The morning program of each day con-tains keynotes by well-known international top speakers. In theafternoon parallel sessions will be held with business cases andpracticals (interactive demos, computer analyses and simula-tions, with FEM programs, Zemax tools, Simulink, and so on).

Day 1: Conference

Day 2: Optics Prof. dr. Bob Fisher (invited), Keynote on design processBob Kruizinga (TNO, the Netherlands), TolerancingDr.Angela Duparre (Fraunhofer, Germany, invited), Plenary onoptics

Day 3: Mechanics Prof. Dr. D.Vukobratovich (Research Scientist, Optical Sciences,University of Arizona, USA), Keynote on Opto-MechanicsRepresentative (Astrium, France, invited), Opto-Mechanics tech-nologyRepresentative (Heidenhain), High-end measuring solutions

Day 4: ControlProf. Dr. Ir. Maarten Steinbuch (Control Systems Technology,Technical University of Eindhoven,The Netherlands), Keynoteon Control, focussing on adaptive optics Representative (Heidenhain, Germany, invited), Control issuesProf. David Trumper (MIT, invited), Mechatronics

Day 5: Special TopicsClean room expert (to be announced), Keynote onContamination ControlRepresentative (Alcatel), Temperature ControlDr. Michel Bougoin (Director of Boostec, France), Specialmaterials

Participants of the Summer Course are European precisionspecialists, who have to deal with issues and developmentsregarding opto-mechanics, control, system design and engi-neering, and environmental control. Each Summer Courseparticipant will receive a certificate of excellence in high-precision engineering.

www.optomechanics-summercourse.com

Summer Course program


IIMS (Integrated Mechanization Solutions) in Almelo ont-wikkelt en bouwt productiemachines voor de fijnmechani-sche, elektronische en medische industrie. Het bedrijf isgespecialiseerd in micro-assemblage en testen. Vanuit dezeervaring ontwikkelt IMS continu nieuwe, vooruitstrevendetechnologie die het mogelijk maakt om kleine, complexeproducten betrouwbaar te produceren; zie Afbeelding 1.Voorbeelden zijn productielijnen voor luidsprekertjes enmicrofoontjes gebruikt in gehoorapparaten, druksensorengebruikt in auto’s, connectoren gebruikt in mobiele tele-foons en een medisch array voor het met behulp van micro-naaldjes kleine gaatjes in de opperhuid branden.

Kopen of zelf ontwikkelenIMS integreert techniek als het op de markt te koop is enontwikkelt technologie zelf als het nog niet beschikbaar is.Voor het toevoeren van micro-onderdelen vond het bedrijfgeen betrouwbare oplossing. Trilvullers hebben hetbezwaar dat onderdelen zo licht zijn dat ze tegen de wandaanplakken vanwege adhesiekrachten of dat de vorm vaneen component niet geschikt is voor betrouwbare sortering.In microsysteemtechnologie (MST)-productie worden nuonderdelen vaak handmatig aangevoerd en gehanteerd.Maar met de voortgaande miniaturisering is dit vaak nietmeer mogelijk vanwege de minimale grootte van onderde-len, gevraagde outputvolumes en kwetsbaarheid van onder-delen of omdat inspectie met het oog niet mogelijk is.Eisen ten aanzien van kwaliteit, betrouwbaarheid, traceer-baarheid en reproduceerbaarheid van processen vragendaarnaast vaak om automatisering.

ModulairHet VIFS is modulair opgebouwd in functionaliteit; zieAfbeelding 2. Standaard biedt het systeem een oplossingvoor het oriënteren, selecteren, roteren, inspecteren (opdimensies en toleranties) en plaatsen van onderdelen.Klantspecifieke wensen ten aanzien van visuele inspecties

N r . 2 2 0 0 7 20

VISION INSPECTION FEEDING SYSTEM

In 2004 won IMS met het eerste prototype al eens de Overijssel Innovation Award. Op

de Hannover Messe 2007 (16-20 april) introduceerde het bedrijf het Vision Inspection

Feeding System (VIFS) als standaardproduct. Het VIFS is een high-end systeem geschikt

voor het hanteren, nauwkeurig inspecteren en nauwkeurig toevoeren van kleine

onderdelen in productie. Het systeem biedt een oplossing waar traditionele technie-

ken stoppen of waar een combinatie van flexibiliteit, nauwkeurigheid en snelheid

wordt gevraagd.

• Jasper Kerkwijk •

Hanteren, inspecvan kleine

Afbeelding 1.Voorbeelden vanonderdelen dieproducenten metbehulp van detechnologie vanIMS kunnen toe-voeren en inspec-teren.

20_22_vision inspection_nr2_2007 12-04-2007 14:37 Pagina 20

kunnen eenvoudig worden toegevoegd aan de software-toolbox. Doordat het systeem is opgebouwd uit standaardcomponenten, is het flexibel en generiek. Door het wijzi-gen van de software, kan het systeem worden ingezet voorverschillende componenten.

Afbeelding 2. Model van het Vision Inspection Feeding System.

Voor 70 tot 80% van de aanvragen die IMS krijgt, is eenvacuümgripper voldoende. Soms vraagt een componentvanwege kwetsbaarheid, vorm of materiaal een dedicatedgripper. Alternatieven zijn dan bijvoorbeeld het vastvriezenvan onderdelen, waar IMS onderzoek naar doet in samen-werking met de TU Delft.

ProductselectieKleine producten worden in bulk op de invoertray geplaatstwaarboven met een dome-verlichting de producten uniformworden belicht. Afhankelijk van het product kan de domemet verschillende kleuren worden uitgevoerd. Middels geo-metrische vormherkenning worden van de producten op deinvoertray de positie, oriëntatie en rotatie bepaald; zieAfbeelding 3.In een combinatie van toevoer en inspectie vindt nauwkeu-rige positionering tot 0,01 mm plaats bij de inspectiestap.Als het systeem alleen wordt ingezet voor toevoeren vancomponenten, vindt dit bij de optische productselectieplaats. ‘Image intake’ bij deze stap is 25 frames perminuut. Het systeem maakt gebruik van een PC-besturingmet real-time software. Voor productselectie en -inspectie

wordt gebruik gemaakt van een geavanceerde vision soft-ware-bibliotheek. Beide draaien onder Windows. Dit maakthet mogelijk om efficiënt complexe beeldverwerking toe tepassen. Om de efficiëntie van het systeem, en daarmee decyclustijd, optimaal te maken, is de invoertray voorzien vaneen vibratiefunctie. De onderdelen op de tray kunnen wor-den geschud, zodat producten die te dicht tegen elkaar aan-liggen of op de zijkant liggen alsnog aan het systeem kun-nen worden aangeboden. Producten die op de kop liggen,kunnen worden geflipt in een rotatie-unit (180º).

Inspectie-unitMet de gegevens uit de optische productselectie wordt eenproduct zo opgepakt, georiënteerd en geroteerd dat ditnauwkeurig is gepositioneerd op een meettafel (0,01 mm).Op deze meettafel wordt wederom van bovenaf een beeldgenomen, dit keer met backlight als belichting. Met geome-trische vormherkenning wordt het beeld opnieuw bekeken,dit keer zeer nauwkeurig, door tot op een klein ‘field ofview’ in te zoomen. Aan de hand van deze gegevens wordthet product geroteerd en in y-as gecorrigeerd, zodat hetproduct midden in het ‘gezichtsveld’ wordt gepositioneerd.Op basis van deze gegevens wordt opnieuw een beeld vanbovenaf genomen. Hierop worden met vision metrology-functies de productdimensies nagemeten. Deze worden ver-geleken met de productspecificaties en toegestane toleran-ties. Standaard biedt het VIFS deze inspectie op dimensies(2D). Optie is om uit te breiden met een extra meting opdimensies of om bijvoorbeeld ook laagdiktemetingen opeen product te kunnen doen. Daarvoor wordt de meettafelin y-as gecorrigeerd, zodat de zijkant van het productscherp in beeld staat voor een camera. Backlight kan wor-den gebruikt voor nauwkeurige meetresultaten, waar nodigin combinatie met frontbelichting om ook de productdetails

N r . 2 2 0 0 721

teren en toevoerenonderdelen

Afbeelding 3. Geometrischevormherkenning van deonderdelen.


aan de voorzijde te kunnen nameten. De metingen wordenuitgevoerd met een pixelresolutie tot 4 µm.

Afbeelding 4 toont een applicatie waarbij wordt geïnspec-teerd op dimensies en een laagdiktemeting. Tabel 1 bevatde meetresultaten die het systeem oplevert en op basiswaarvan een selectie wordt gemaakt op OK of NOK.

Tabel 1.Werkelijke foutmetingen van voorbeeldapplicatie.

Average Average Max Reprodu-

Error Deviation Deviation cibility

Total length L2 (mm) -0,007 0,000666667 0,002 < 0,001

Total width top L3 (mm) -0,008 0,001888889 0,004 < 0,002

Total width bottom L1 (mm) -0,011 0,001666667 0,004 < 0,002

Layer thickness (mm) -0,014 0,004666667 0,009 < 0,005

Overall height (mm) -0,003 0,004555556 0,008 < 0,005

Tapered angle left (deg) 0,383 0,095555556 0,3 < 0,1

Tapered angle right (deg) 0,791 0,083333333 0,2 < 0,1

Naast de standaard-inspecties, biedt het systeem mogelijk-heden tot het integreren van andere inspectiestappen, bij-voorbeeld controleren van het oppervlakte van het productop beschadigingen of specifieke kenmerken. Deze inspec-ties zijn vaak productspecifiek. De toolbox voor inspectie(vision library) kan daarvoor worden uitgebreid. Door toe-komstige ervaringen met het systeem zal de toolbox vanhet systeem in de loop der jaren groeien en zullen bepaaldeinspecties als standaard worden toegevoegd.

Vanwege de hoge nauwkeurigheden is calibratie van hetsysteem een belangrijke stap. Daarbij zijn belangrijke para-meters:• zoom-motor setting voor de reductie van het field of

view, resulterend in de gevraagde, hoge pixelresolutie;• focus-motor setting voor een scherp beeld;• backlight power setting voor een goed contrast en het

voorkomen van overbelichting;

• het aantal pixels per mm, dat wordt bepaald aan dehand van een ‘golden part’ met bekende dimensies;

• positioneringsparameters, om de meetgegevens goeddoor te geven aan de pick & place-unit en grijper.

Aanvoeren voor verwerkingNa de inspectiebewerkingen kan het product wordengedraaid en gepositioneerd voor pick-up, richting de vol-gende processtap. Dit kan zijn het product aanbieden vooreen assemblagebewerking of het verpakken van het pro-duct. Uiteraard maakt het systeem daarin een schifting tus-sen producten die binnen de toleranties en productspecifi-caties vallen en welke niet (OK/NOK). Producten die nietovereenkomen worden afgevoerd naar een reject bin.Plaatsingsnauwkeurigheid voor verdere bewerking zit op 10µm. Totale cyclustijd van het systeem ligt tussen 1 en 5sec., afhankelijk van de inspectiestappen die plaatsvinden.Afbeelding 5 toont de uiteindelijk uitvoering van het VisionInspection Feeding System.

Afbeelding 5.Vision Inspection Feeding System.

AuteursnootJasper Kerkwijk is marketing manager bij IMS te Almelo.

N r . 2 2 0 0 7 22

VISION INSPECTION FEEDING SYSTEM

www.microassembly.info

Informatie

Afbeelding 4.Voorbeeld van eengeometrische vorm.


B

N r . 2 2 0 0 723

Centre of ExcellenceIn aanloop naar de oprichting van de Federatie is al een enander geregeld in 3TU-verband. Zo zijn inmiddels tweegezamenlijke masteropleidingen van start gegaan en zijndrie andere in voorbereiding. Op het gebied van onderzoekis een begin gemaakt met afstemming en (her)prioritering.Eerste resultaat is de vorming van zes Centres ofExcellence: samenwerkingsverbanden waar op specifiekeonderzoekthema’s wordt gestreefd naar het creëren vansynergie en kritische massa. Een (internationale) wervings-campagne voor hoogleraren en universitaire (hoofd)docen-ten is inmiddels in volle gang. Elk Centre of Excellence(CoE) is ingebed in een Centre of Competence dat voor hethele betreffende vakgebied dient als een coördinatieplat-form. Relevant voor de precisietechnologie is met name het3TU.Centre for Intelligent Mechatronic Systems, als onder-deel van het Centre of Competence for High Tech Systems.

HET HIGHTECH PRECISIELANDSCHAP

3TU zet in opintelligentemechatronischesystemen

Het Nederlandse hightech landschap krijgt steeds meer structuur. Grote OEM’ers en middelgro-

te system suppliers bundelen krachten in platforms en allianties. Bedrijfsleven en kennisinstellin-

gen definiëren gezamenlijk onderzoek in het Programme for High Tech Systems. Kleine zelfstan-

dige specialisten verenigen zich ook, zoals in het vorige nummer van Mikroniek werd gemeld. En

nu hebben de drie technische universiteiten hun samenwerking bezegeld in de 3TU.Federatie; op

7 februari vond de officiële oprichting plaats.Vorig jaar al waren diverse Centres of Excellence

van start gegaan, waaronder het 3TU.Centre for Intelligent Mechatronic Systems. Mikroniek

sprak met wetenschappelijk directeur en TU/e-hoogleraar Maarten Steinbuch.

Begin februari hebben de drie technische universiteiten destichting 3TU.Federatie opgericht. Deze vergaande samen-werking tussen universiteiten is uniek in het Nederlandseonderwijsbestel. In de Federatie bundelen de drie TU’s hunkrachten op het gebied van onderwijs en onderzoek, ommeer gericht te kunnen werken aan technologische doorbra-ken. Hiermee willen ze gezamenlijk een belangrijke bijdra-ge leveren aan het oplossen van urgente maatschappelijkevraagstukken, onder meer op het gebied van mobiliteit,energie en klimaat. “Door gerichte samenwerking en hetvormen van een kritische massa zijn we in staat om beterbij te dragen aan het versterken van de Nederlandse kennis-economie”, aldus de eerste voorzitter van de 3TU.Federatieen Delftse College van Bestuur-voorzitter Hans van Luijk.“Bovendien worden we daarmee aantrekkelijk voor top-talent uit binnen- en buitenland.”

23_25_hightech_nr2_2007 12-04-2007 14:42 Pagina 23

Wetenschappelijk directeur van beide Centres is MaartenSteinbuch, hoogleraar Regeltechniek aan de faculteitWerktuigbouwkunde van de TU Eindhoven.

LeerstoelenplanHet businessplan, dat eind 2005 al werd opgesteld, isonlangs goedgekeurd, meldt Steinbuch. Dat betekent dathet ministerie van Economische Zaken instemt met de keu-zes die zijn gemaakt (zie het kader) en dat per Centre tienmiljoen euro over een periode van vijf jaar beschikbaarkomt. Dat geld is bestemd voor uitbreiding van de vastestaf en opbouw van nieuwe groepen aan de drie TU’s. Nadie vijf jaar stopt het geld van EZ, benadrukt Steinbuch.Consequentie is dat de drie TU’s keuzes moeten maken,welke onderzoekslijnen c.q. vakgroepen zij dan gaanafbouwen om het wegvallen van die geldstroom op te van-gen. “Mijn rol is onder meer om een leerstoelenplan voorde 3 TU’s op te zetten. Wie gaat wanneer met pensioen enhoe kunnen we de eventuele opvolging afstemmen? Het isuniek dat die afstemming boven het niveau van de afzon-derlijke universiteiten gaat plaatsvinden.”

Extra financieringHet geld van EZ is niet bestemd voor tijdelijke medewer-kers zoals AIO’s. Die moeten uit eigen middelen en de

tweede en derde geldstroom worden bekostigd. “Als weten-schappelijk directeur ga ik mij onder meer sterk makenvoor extra programmafinanciering. In dat kader spelen weals 3TU een actieve rol in het Programme for High TechSystems (PfHTS, zie ook de Mikroniek van decembervorig jaar, red.).” Steinbuch richt zich nu volledig op hetCoE voor intelligente mechatronische systemen. Volgendjaar verwacht hij zich te kunnen buigen over de noodzaakvan een eventueel volgend CoE binnen het overkoepelendeCentre of Competence for High Tech Systems. Op hetgebied van embedded systemen (software!) en duurzameenergievoorziening zal er samenwerking komen met de col-lega-CoE’s, te weten het 3TU.Centre for Dependable ICTSystems en het 3TU.Centre for Sustainable EnergyTechnologies.

Humanoid dreamIn het businessplan voor het 3TU.Centre for IntelligentMechatronic Systems wordt ter onderbouwing van de maat-schappelijke relevantie de zogeheten ‘humanoid dream’geschetst: een toekomst waarin slimme en nauwkeurigemens-achtige robots worden ingezet om maatschappelijkeproblemen op te lossen, op het gebied van onder meergezondheidszorg, ouderenzorg, productie en arbeids-omstandigheden.

N r . 2 2 0 0 7 24

HET HIGHTECH PRECISIELANDSCHAP

De NanoCMM is een vrucht van onderzoek aan intelligente mechatronische systemen. De coördinatenmeetmachine met een meet-onzekerheid van 25 nanometer in een meetvolume van 50 x 50 x 4 mm was onderwerp van het promotieonderzoek van dr.ir. J.K. vanSeggelen MBA (links op de foto) bij de Technische Universiteit Eindhoven. Zie ook www.nanocmm.eu. (Foto: Bart van Overbeeke)


Het 3TU.Centre for Intelligent Mechatronic Systems (IMS)onderscheidt vier onderzoeksthema’s:• Robotics• Precision Systems• Micro-systems• Distributed and Embedded Systems

Op de volgende gebieden is of wordt vaste staf (hooglerarenen/of U(H)D’s) geworven:• Mathematical Systems and Control Theory • Device Fabrication Technologies • Humanoids Robot Control • Hybrid Control and Intelligent Transportation • Humanoid Robots Design • Development of (Micro-)Actuators • Distributed Sensing and Control • Hybrid Systems for Embedded and Networked Control

Systems • Precision Mechatronics Design

Focus van het 3TU.Centre

[email protected]

Informatie

Deze focus op robotica betekent allerminst dat de hightechequipmentbouw (ASML, FEI, Assembléon, enz.) onderbe-licht blijft in het CoE, haast Steinbuch zich te verzekeren.Hij verwijst daartoe naar de drie onderzoekslijnen die hetPfHTS, als beoogd financier van tijdelijke onderzoekersbinnen het CoE, heeft gedefinieerd: advanced motion sys-tems, wetenschappelijke instrumentatie en robotica vooronzekere omgevingen (medisch en thuis).

OntzagSteinbuch is optimistisch over hoe het Nederlandse high-tech precisielandschap zich ontwikkelt. “Nergens terwereld zie je zo’n combinatie van kennisinstellingen entopindustrie op zo weinig vierkante meters. De bedrijvenomarmen in hoge mate de diverse initiatieven. Zo is deindustrie in korte tijd en in een forse omvang bij hetProgramme for High Tech Systems betrokken geraakt; daarwordt op het ministerie van EZ met ontzag naar gekeken.”

N r . 2 2 0 0 725

MAKE LIGHT | MANAGE LIGHT | MEASURE LIGHT

BelgiumNewport Spectra-Physics B.V.

Phone: +32 (0)16 40 29 27Fax: +32 (0)16 40 22 27

e-mail: [email protected]

NetherlandsNewport Spectra-Physics B.V.Phone: +31 (0)30 659 21 11

Fax: +31 (0)30 659 21 20e-mail: [email protected] A

D-0

3073

6-N

L

Feel the Agilis™ Difference

Ultra-high adjustment sensitivity, remote operation, ease-of-use, and

economy – that is the Agilis difference. Newport’s new piezo motor

driven optical mount gives you the performance and simplicity of a

motorized mount, in the footprint and price range of a manually

driven component.

Feel the Agilis difference for yourself. Visit newport.com/agilis or

contact your local Newport Representative for complete details, today.

• Convenient hands-off remote adjustment

• Impressive 0.5 arcsec adjustment sensitivity

• Ultra-compact, ideal for space constrained setups

and system integration

• Set-and-forget long-term stability

Agilis Mountsfor 1” and 0.5” diameter optics

Agilis hand-held2-axis controller &

AG-M050 mount


BBuiten kijf staat dat CNC-rond-, vlak-, profiel- en gereed-schapslijpen voorkeur verdient als industrieel verspanings-proces voor bestuurde precisie op maat, maar vooral voorsubmicron-oppervlaktegesteldheid in harde materialen.Abrasief verspanen blijft veranderen, de gestelde eisen zijnnog nooit zo hoog geweest. Dit deels omdat deze finish-techniek gepositioneerd is achterin de fabricageketen voorhet bewerken van in die fase op zich prijzige, hoogwaardi-ge werkstukken. Afwijkingen leiden onherroepelijk totduur herstel of afkeur en, dicht tegen de afleverdatum, totvertraging. Op het brede toepassingsgebied – automotive,stempel- en matrijzenmakerijen, machinebouw, aerospace,pneumatiek/hydrauliek, elektronica, medische en horloge-industrie – gaan, naast stijgende kwaliteit, de trendsmomenteel in diverse richtingen:• miniaturisering van fijnmechanische, meettechnische,

elektronische en medische onderdelen;• complexe, hoogbelaste maar lichte delen (bijvoorbeeld

nokkenassen met de nokken gemonteerd op dunwandi-ge holle assen en hogedrukdieselinjectiesystemen);

• uiterst moeilijk conventioneel bewerkbare, zeer hittebe-stendige en slijtvaste materiaalsoorten als titaan,chroom- en nikkel-superlegeringen en keramieksoorten.

Wat bij andere technieken gangbaar is, kan men intussenhier soms in één machine terugvinden, zoals een korteopsomming aantoont: combinatie-, meerzijdig- en com-pleetbewerken, snelloopslijpen, lineaire motoren, hydrosta-tische precisielagering, polymeerbeton, simultaan meeras-sig verspanen, snelle en krachtige CNC’s met PC-facilitei-ten onder Windows XP, simulatie voor optimale en tegenbotsing beveiligde bewerkingscycli, en automatischegereedschap- en werkstukwisseling.

Twee sterker dan éénCombineren van bewerkingen waar dat gaat is stand dertechniek. Zo’n combi bevestigt eens te meer dat één enkelproductieproces alleen in uitzonderlijke gevallen de meestoptimale en efficiënte oplossing biedt. Ter verkorting vande doorlooptijd en om – in dezelfde opspanning – een nogbetere concentriciteit te realiseren, is de laatste jaren hetsimultaan in- en uitwendig slijpen geperfectioneerd. Dezenieuwe mogelijkheid is momenteel op diverse moderneslijpbanken werkelijkheid en zet door in de industrie.Tegenwoordig beseft zelfs een slijpmachinefabrikant hoe-veel winst met weinig extra moeite te behalen is door eenaanvullende verspaningstechniek in dezelfde multifunctio-nele machine te integreren. Zo kan nu bijvoorbeeld hard-

N r . 2 2 0 0 7 26

SLIJPTECHNIEK TUSSEN AMBACHT EN PRODUCTIE

Abrasief naar nano productiviteit

R&D in het slijpen heeft de laatste jaren zeker niet stilgestaan. Betere kennis van de

procesfysica leverde onder meer innovaties als verbeterde, meer slijtvaste abrasief-

schijven op, die langdurig identieke kwaliteit garanderen op hoger prestatieniveau.

Grootste vooruitgang is echter geboekt door aangepaste machinebouw met meer

dynamische aandrijvingen, geavanceerde geleidingen, besturingen en software.

Een overzicht van de ‘state of the art’ op basis van de Studer Motion Meeting

begin februari in het Zwitserse Thun.

• Jan Wijers •

26_31_slijptechniek_nr2_2007 18-04-2007 15:29 Pagina 26

draaiend een complex contourelement snel worden voor-bewerkt met goedkoop standaardgereedschap. Vervolgensslijpt men het hele onderdeel exact binnen de gesteldetoleranties. Tegelijk wordt de draaistructuur weggewerktwaar die ontoelaatbaar is, zoals op lagervlakken.

MechanicaQua mechanica is veel veranderd. Vroeger bouwde elkefirma machines van de grond af op voor specifieke slijp-technieken als rond-, vlak- (mee- en tegenlopend kruip-gangslijpen), profiel-, centerloos-, gereedschap- en co-slij-pen. Daar gaat een conglomeraat als de Körber SchleifringGruppe – bestaande uit Studer, Ewag, Schaudt, Mikrosa,Mägerle, Blohm, Jung en Walter – vandaag anders mee om.Een ontwerper vertrekt nu vaak strategisch – voor maxima-

le synergie – van een optimaal doordacht bouwdoosprinci-pe op basis van een systematisch opgebouwde reeks preci-siecomponenten als bed, X-/Z-/A- en B-as, slijpen werk-stukkop en meetsystemen. Van het begin af aan moet – ondanks die functiemodules – een maximale stijfheidgegarandeerd zijn. Veel kennis en ervaring zit verborgenachter de modules. Zo krijgen de geslepen tafels doel-gericht een uit de praktijk afgeleide afwijking van enigemicrometers ten opzichte van de ‘nullijn’. Eigen massa endie van de erop geplaatste machinesubsystemen corrigerenzodanig dat de optimale lijn in gebruiksklare toestandwordt bereikt. Tijdens demonstraties in Thun toonden hoog-gekwalificeerde vaklieden hoe strategische precisiedelenals de hoogwaardige hoofdspindels, machine-assen enlagerhuizen in eigen beheer extreem zorgvuldig en gestruc-

N r . 2 2 0 0 727

precisie en

Principieel lijdt het flexibele slijpen eronder dat geen stan-daardgereedschap ter beschikking staat. De verspaningstech-niek heeft een duaal karakter omdat uitgegaan wordt van ver-schillende ‘near-net-shape’-gereedschappen.Aan slijpschijvenmoet namelijk geregeld een bepaalde vorm en een ‘open’,scherpe structuur worden gegeven voor reproduceerbaretechnologie (ofwel voorspelbare kwaliteit). Dat dressen ofafritsen gebeurt nauwkeurig middels vooraf en in-procesrepeterend of continu profileren en opscherpen vanwege tij-dens het verspanen optredende schijfslijtage.Vervolgens wordtmet dit productspecifiek gereedschap – gekenmerkt door tal-loze geometrisch ongedefinieerde microsnedes – doelgerichtvoorgeslepen, gefinished en uitgevonkt; zie Figuur 1.

Figuur 1.Actieopname van precisieslijpen van een prothese-element in de praktijk.

Door de minder goed bekende verspaningssituatie blijft slijpenbij enkelstuks- en kleinseriefabricage van gereedschap en fijn-mechanische onderdelen een bijna ambachtelijke, sterk opvakmanschap steunende specialiteit. Echte slijpspecialistenhalen met moderne apparatuur onvoorstelbare mogelijkhedenuit het proces met de kleinste toleranties, puur op eigen ken-nis en ervaring.Vaak moet het kennisgebaseerde proces echter productspeci-fiek grondig worden uitgezocht. In dat geval kunnen op auto-matische, totaal op de betreffende opgave toegespitste machi-nes de moeilijkste opgaven volledig beheerst en hoogproduc-tief worden uitgevoerd. Dat bewijzen de – autonoom enbedrijfszeker – in de industrie lopende lijnen voor productievan grote werkstukken tot aan series precisieonderdelen voormicrosystemen. Drijvende kracht in deze sector is zondertwijfel de auto-industrie. In de massa- of grootseriefabricagevan motoren, versnellingsbakken, aandrijvingen, servohydrau-liek en inspuitsystemen bevinden zich talrijke hoognauwkeuriggeslepen componenten.Pluspunten van slijpen zijn onmiskenbaar (sub)micronnauw-keurige geometrie, maat, positie en ruwheid, en relatief kleineproceskrachten. Gestreefd wordt allerwegen naar eliminatievan de huidige tekortkomingen, zijnde groot tijdsbeslag, gerin-ge afnamesnelheid, hoog energieverbruik en sterke mens-afhankelijkheid.

Duale positie slijpen


tureerd worden geslepen. Bewerkingsstappen voor eeninbouwklare spil zijn onder meer: in/uitwendig voorslijpen,nitreren, hardheidcontrole, nogmaals voorslijpen, schroef-draadslijpen, kunstmatig ouderen in elektro-ovens, centersnaslijpen, buitencontour geclimatiseerd finishslijpen, idembinnencontour met tussentijdse elektropneumatische metingen eindcontrole op vorm-, positie- en ruwheidstoleranties.Trots melde de QA-chef dat in 2005 totaal voor slechts2506 Zwitserse Frank aan afkeur werd geproduceerd.

HybrideBij Studer vormt een bed uit Granitan S103 de hybridebasis. Dit is een zelf ontwikkeld, economisch alternatiefvoor het gebruikelijke gietijzer of staal, met meer dan der-tig jaar in de praktijk bewezen trillingsdempende eigen-schappen. Dergelijke materialen worden momenteel zelfsgebruikt voor de nauwkeurigste coördinatenmeetmachines.Het gepatenteerde polymeerbeton heeft als belangrijkstekenmerken: • hoge thermostabiliteit,• extreem lage uitzettingscoëfficiënt,• geen inwendige spanningen, • chemisch bestendig en niet oxiderend, • uitstekend eigen resonanties dempend,• hoge dichtheid, • hoogdrukvast, • snel (binnen tien dagen) en tegen geringe kosten vorm-

vast af te vormen via gieten.

De bedconstructie – en dus ook de specifieke gietmal – iswel aangepast op dit speciale materiaal, bijvoorbeeld doorrelatief grote wanddikte en mogelijkheden om precisie-bepalende onderdelen als lageringen en geleidingen na uit-harden te monteren; zie Figuur 2.

AutomatiseringBij slijpbewerkingen staan aan- en afvoer bekend als knel-punt. In de productie worden in toenemende mate robotsingeschakeld die het uitgangsmateriaal laden en de kant-en-klare werkstukken afvoeren. Als economische MKB-oplos-sing stond met de allereerste easyLoad een constructiefgezien simpel aan- en afvoerconcept ter beschikking metaantrekkelijke prijs-prestatieverhouding en 20-30% produc-tieverhoging. Tegelijk met de geredesignde S33 universelerondslijpmachine – intussen wereldwijd al 400 keergeplaatst voor een sterk variërend werkstukspectrum in éénopspanning – werd dit jaar op klantenwens de logische ver-volgstap geïntroduceerd; zie Figuur 3. De volautomatische,op de nieuwe vormgeving aansluitende smartLoad-module– voor een snelle, veilige en schone werkstukhandlingtegen redelijke prijs – is door een extra interface ook ach-teraf te integreren. Een nauwelijks plaats innemende por-taallader werkt met snel verwisselbare, productspecifiekegrijpers. De versie met twee V-vormige klauwen is bijvoor-beeld geschikt voor maximaal 300 mm lange assen en foe-terdelen van 6 tot 100 mm diameter en 5 kg massa. Aan- enafvoer van de eindproducten gebeurt met de rechts naast deslijpbank opgestelde unit via een in hoogte en breedte ver-stelbare band of middels pallets.

Figuur 3. Presentatie van vernieuwde S-33 machine metsmartLoad-hanteerunit.

N r . 2 2 0 0 7 28


Figuur 2. Bed van een precisieslijpbank gegoten uit Granitan S 103.


Beheersing op nano’sEen aansprekend staaltje machinebouw vormt de hoog-nauwkeurige S12 rondslijpbank; zie Figuur 4. De uiterststabiele, hoogdynamische machine is door de hoge modula-riteit vrij configureerbaar voor onder meer simultaan in- enuitwendig slijpen (Figuur 5) en centerloosslijpen.

Met de innovaties die zijn ingebouwd wordt de lat duidelijkhoger gelegd, wat precisie en efficiëntie in bedrijf aangaatvoor kleine en middelgrote onderdelen; zie Figuur 6. Bij ditcompacte kruistafelconcept (4 m2 vloeroppervlak, center-hoogte 175 mm, slijplengte 150 mm, maximale schijfdoor-snede 500 mm) is sprake van een uniek, gepatenteerd aan-drijf- en geleidingssysteem. Twee in uitgekiende V-vormopgestelde lineairmotoren positioneren de dwars- (X-as,300 mm, zie Figuur 7) en de langsbeweging (Z-as, 350mm) hoogdynamisch met extreme precisie, zoals de‘Kreisform’-test bewijst; zie Figuur 8.

N r . 2 2 0 0 729

Figuur 5. Simultaan binnen- en buitenslijpen is mogelijk.

Figuur 4. Functioneel Studer S-12 design.

Figuur 6. Hoognauwkeurige werkstukken die, ook economisch gezien, nauwelijks zonder slijpen zijn te fabriceren.


Figuur 7. Lineairmotor met geïntegreerde hydrostatische lageringen geleiding.

Om de krapste toleranties te realiseren wordt gewerkt meteen ongekend nauwkeurige, programmeerbare aanzet in 10nm stappen. Bekend is dat waar 0,1 μm geëist wordt in hetproduct, de machine binnen het 0,01 μm bereik moet ope-reren. De zeer stijve, hydrostatische gelagerde tafels – metmaximaal gespreide geleidingen – zijn magnetisch voorge-spannen. Die garanderen door de goede dempende werkingen hoge thermostabiliteit over een lange levensduur precie-ze en gladde producten. Aangepaste Heidenhain absolutemeetsystemen met glaslinialen van 0,01 μm resolutie zijnvolgens de regels van de kunst ingebouwd (centrisch, tril-lingsvrij, volledig afgeschermd van stof, vloeistoffen enthermische invloeden). De enorme dynamiek van de line-

airmotoren maakt voedingssnelheden tot 30m/min haalbaarbij 3 m/s2 maximale versnelling. Aan een verhoogde pro-ductiviteit – lees cyclustijdverkorting – draagt zonder meerbij de HSG-optie. Voor hogesnelheidsslijpen – omtrek-snelheden tot 140 m/s – worden de stuurcommando’s directaan de aandrijving gegeven.

StabiliteitThermische invloeden dienen voor allernauwkeurigsteapplicaties minimaal te zijn. Optimale koelcondities zijndan ook bij slijpen in het algemeen – maar zeker bij highspeed en kruipslijpen – van het hoogste belang. Het geïnte-greerde koelsysteem verzekert actief een hoge thermischestabiliteit door het geheel van motoren, hydrostatische enelektronische componenten op constante temperatuur tehouden. Verdere ingebouwde hydraulische en pneumatischeunits staan thermisch en wat in- en externe trillingen betreftvrij opgesteld.Bij alle vooruitgang staat de mens centraal in dit functio-neel, ergonomisch en ontwerptechnisch knappe design.Veel glas rondom maakt de werkruimte goed overzichtelijk,met een grote naar boven wegklappende deur voor vrijetoegang.

Superglad met microkorrelsNaast onderzoek naar hogere verspaningscapaciteit blijftverdere vermindering van de eindruwheid gewenst.Spiegelgladde oppervlakken vereisen nu meestal een extrapolijstbehandeling. Dat de basistechniek slijpen industrieelveel onontdekte potentie heeft, bewijzen twee interessanteontwikkelingen.

N r . 2 2 0 0 7 30


Figuur 8. ‘Kreisform’-test bewijst ontbreken van kwadrantfouten.


Opvallend is dan ook dat zo’n twintig jaar na de ontdek-king in Europa het ELID-slijpen slechts in uitzonderlijkegevallen wordt ingezet. Tijdens recente bezoeken aanJapanse bedrijven en JIMTOF (Azië’s tegenhanger van deEMO-beurs) bleek dat elke zichzelf respecterende leveran-cier van vlak-, rond- en CNC-slijpen uit Nippon deze optiemet bijbehorende technologie intussen aanbiedt. Electro-Lytic In-proces Dressing gaat in essentie uit van metaalge-bonden diamantschijven met een hoge concentratie aanextreem fijne korrels (< 8 μm). Deze worden continu, goedgeregeld elektrolytisch gedresst. Daardoor blijft de uit-steeklengte constant en loopt de spaanruimte niet dicht. Ditmiddels een pulsgenerator met sterke gelijkenis met eenmicrovonkgenerator. Deze efficiënte manier van ultrafijn-slijpen levert – door veel lagere maar stabiele proceskrach-ten – metallurgisch vrijwel onbeschadigde oppervlakkenop, aan de maat met een sterk verhoogde, optisch gladde‘polijst’-kwaliteit (< 0,01 μm Ra). Aangezien aparte polijst-handelingen vervallen, wordt zodoende een maximalevormzuiverheid gerealiseerd zonder kans op maatverlies.Het ELID-proces functioneert in principe op elke stabieleconventionele slijpmachine, mits voorzien van een specialeCD-kop met gesegmenteerde dresselektrode om de slijp-schijf, gekoppeld aan bovengenoemde pulserende stroom-bron. Een praktische beperking vormt het feit dat profile-ren vooraf op de gebruikelijke wijze moet plaatsvinden.In plaats van de typisch random verdeelde korrels in meer-dere lagen van een normale slijpschijf gaat een tweedefinishmethode – voor bijvoorbeeld (herbruikbare) slijpstif-ten en hoonalen – uit van één strak geformeerde, enkelvou-dige laag abrasiefkorrels. Eigenlijk de ideale uitgangssitu-atie: per applicatie naar op afmetingen en slijpmiddel –CBN en PCB – gerangschikte korrels, met bovendien even-eens naar snijkant georiënteerde abrasieve deeltjes op eenruimtelijk te definiëren positie. Wat slijptechnologie aan-gaat beschikt men dan over een naar aantal slijpkorrels, uit-steeklengte en vrije ruimte gedefinieerde mono-layer, metop optimale stand, spaanhoek en andere korreleigenschap-pen – als abrasieve weerstand, analoog aan de roosterstruc-tuur bij diamant – georiënteerde snijkanten.

SoftwareAan Studer’s inzet om ‘The Art of Grinding’ te perfectione-ren, dragen besturing en software maatgevend bij. Optimalefunctionele ondersteuning is voor deze complexe techniekvan allerhoogst belang, evenals bedieningsvriendelijkheid.Sterk punt is dat voortaan één krachtige CNC (Siemens

840D of Fanuc 310i) met geïntegreerde PC-functionaliteitalle gezamenlijke functies zichtbaar op het beeldschermuitvoert. Van snel en veilig on-line, off-line of direct – mid-dels pictogrammen – programmeren op de machinebedie-ningspaneel, (snel) instellen (tussen de opdrachten), sturen– met in-proces terugkoppeling – van de machine met alleperiferie-apparatuur, en procesbewaken tot meten met in-proces statistische verwerking en correcties uitvoeren toe.Geselecteerde opties – als draadloze akoestische opnemers,sensoren voor procescontrole via bijvoorbeeld toucheerher-kenning, meetsystemen met contactloze optische meetkop-pen, een automatisch balanceer- en werkstukmanipuleer-systeem – geven de klanten uitbouwmogelijkheden naarbehoefte.Bovendien verhoogt uitgekiende software – die de operatorzoveel mogelijk zaken uit handen neemt – de acceptatie inde markt. Daarvoor staan ter beschikking zelf ontwikkeldeslijpspecifieke softwaremodules: StuderWIN, StThread(draadslijpen), StPunch (snijders), Quick-Set en StGRIND,alsmede een omvangrijke, met unieke klant- of product-gerichte gegevens uitbreidbare technologiedatabank. Dezehelpen (onder Windows XP) ook bij het opstellen en simu-leren op een externe PC van gecontroleerde en botsings-vrije slijpen dresscycli, inclusief maakbaarheidscontroleen kostprijsdefinitie. Invoer verloopt via DXF, IGES,VDAFS, ISO, enz.Mensen zijn van nature visueel ingesteld. Werk-voorbereiding en uitvoering sterker grafisch ondersteunenen simuleren, maakt zelfs ingewikkelde cycli overzichtelijken beheersbaarder. Niet alleen wat betreft de verschillendeslijpcycli, evengoed ten aanzien van profileertechnologieen -strategie van de tweede essentiële bewerking, het dres-sen. Van de dresstechnologie wordt geëist met micronpreci-sie en rendabel vrij programmeerbare contouren in CBN enPCD schijven aan te brengen. Mede daardoor wordt deeconomisch haalbare batchgrootte verkleind.

AuteursnootJan Wijers is freelance journalist te Eindhoven, gespeciali-seerd in productietechnieken.

N r . 2 2 0 0 731

www.studer.com

Informatie


VVan alle actuatieprincipes voor positionering c.q. verplaat-sing is het piëzo-effect wellicht het meest geschikt voorelektronische besturing en integratie in een halfgeleider-omgeving. Nadeel is de beperkte slag in verhouding tot deafmeting van een piëzo-element. Combinatie van het piëzo-effect met het zogeheten stick-slip-effect resulteert in hetnavolgende actuatorprincipe, met een in principe onbeperk-te slag; zie Afbeelding 1.

Stick-slipEen piëzo-element, verbonden aan de ‘vaste wereld’, fun-geert als lineaire actuator en geeft een verplaatsing dooraan een klem. Bij een beweging met kleine versnelling kande klem, dankzij wrijving, een pen vasthouden (stick) enkrijgt deze pen dus dezelfde verplaatsing opgelegd. Bij eengrote versnelling slipt de pen dankzij z’n massatraagheid inde klem en is de verplaatsing van de pen nagenoeg nul. Als

de actuator en de klem nu periodiek in de ene richting meteen lage versnelling en vervolgens in de omgekeerde rich-

N r . 2 2 0 0 7 32

DE LINEAIRE STICK-SLIP-ACTUATOR

Eenvoudig, goed Wrijving heeft een slechte naam in de mechanica.Want wrijving is vaak ongewenst

vanwege slijtage en in andere gevallen juist lager dan benodigd voor een bepaalde toe-

passing. En wrijving levert in een systeem parasitaire demping op die regeltechnisch

niet of heel moeilijk is te compenseren. Zodra er wrijving optreedt bij het positioneren

van een object, is de positie van dat object niet zonder meer bekend.Toch kan wrijving

ook nuttig worden toegepast. Mechatronisch ontwerpbureau Demcon baseerde er een

actuatorprincipe voor positionering op. Met als resultaat een actuator die eenvoudig

en goedkoop kan worden geproduceerd, met behulp van terugkoppeling een hoge

nauwkeurigheid en submicronresolutie kan bereiken en een relatief grote slag heeft. De

kleine kracht die de actuator kan leveren, is geen bezwaar voor nauwkeurige positione-

ring van bijvoorbeeld optische componenten of voor toepassing in een braillecel.

• HenkJan van der Pol en Hans van Eerden •

a b

Afbeelding 1. Principe van een lineaire stick-slip-actuator.(a) Schematische weergave.(b) Nadere uitwerking.

32_35_braillecel_nr2_2007 18-04-2007 15:28 Pagina 32

ting met een hoge versnelling bewegen, volgens een soortzaagtand, dan zal de pen opeenvolgende verplaatsingen inéén richting ondergaan. De zaagtand-aansturing wordt ver-taald in een gelijkgerichte beweging. Het resultaat is eenmacroscopische verplaatsing, veroorzaakt door een actuatormet een microscopisch bereik.

KrachtenbeschouwingHet stick-slip-principe volgt uit een krachtenbeschouwing.De klem maakt op een aantal punten contact met de pen enoefent daar een klemkracht (normaalkracht) in horizontalerichting op de pen uit. Deze normaalkracht kan een wrij-vingskracht veroorzaken in verticale richting tussen klemen pen. Als de actuator de klem met een bepaalde versnel-ling beweegt (stel omhoog), dan zal de pen deze bewegingvanwege zijn traagheid in eerste instantie niet willen vol-gen. Er zijn hierbij twee mogelijkheden:1. Als de versnellingskracht (benodigd om de pen de klem

te laten volgen) groter is dan de wrijvingskracht tussenklem en pen, dan zal de pen gaan slippen ten opzichtevan de klem.

2. Als de versnellingskracht kleiner is dan de wrijvings-kracht tussen klem en pen, dan zal de pen worden mee-genomen door de klem (stick).

Van belang hierbij is de Stribeck-curve, die de wrijvings-coëfficiënt geeft als functie van de snelheid (de relatievesnelheid van de twee wrijvende oppervlakken). Vanuit destatische situatie neemt de wrijvingscoëfficiënt af met desnelheid om pas bij nog hogere snelheden weer toe tenemen. Dankzij dit verloop van de curve zal bij de terug-gaande beweging van de klem (als de snelheid hoog is,maar de versnelling van teken wisselt) de wrijvingskrachttoch te laag zijn om de pen “mee terug te nemen”.

ZaagtandDe lineaire piëzo-actuator wordt elektrisch aangedrevenmet een bij benadering zaagtandvormig signaal; zieAfbeelding 2. De positie van de actuator volgt deze zaag-tand, zodat de beweging naar boven met een lage versnel-ling (tot zelfs nul bij eenparige beweging) wordt doorlopen,en de beweging naar beneden met een veel hogere versnel-ling. Op deze manier wordt de pen naar boven toe aan-gedreven, waarna deze slipt als de klem naar benedenbeweegt. Door deze cyclus vaak te herhalen ontstaat eengrote verplaatsing van de pen ten opzichte van de ‘vastewereld’. Vanwege de traagheid van de pen wordt de zaag-

tand van de klem omgezet in een nagenoeg constante snel-heid van de pen. Om de pen in de omgekeerde richting(‘retour’) te laten bewegen, dient het zaagtandsignaal teworden omgekeerd (dat wil zeggen snel omhoog en lang-zaam omlaag).

Afbeelding 2. Beweging van de piëzo en resulterende bewegingvan de pen.

Dit principe voor een lineaire actuator is geschikt voor toe-passing met grote aantallen actuatoren tegelijk, bijvoor-beeld in een brailleterminal (met meerdere regels van elkbijvoorbeeld tachtig brailletekens, met acht pennen perteken). Voor dergelijke toepassingen is de kostprijs kritisch;deze moet in de ordegrootte van 1 euro per actuator liggen.Voor de piëzo komt dan alleen een monolaag in aanmer-king. Een (keramische) onderlaag kan worden voorzien vanprintsporen die als elektrode fungeren en een monolaag-piëzo, met daarboven een gesloten tegen-elektrode en tenslotte de klemmen. Zo kan elke pen afzonderlijk wordenaangestuurd. Zie Afbeelding 3.

Afbeelding 3. Schematische opbouw van de piëzo.

N r . 2 2 0 0 733

koop en nauwkeurig


In Afbeelding 4 is deze actuatoropbouw uitgewerkt tot eenontwerp voor een module van zeven brailletekens.

Afbeelding 4. Opengewerkt model van een module voor zevenbrailletekens, met bovenop elke (blauwe) aandrijfpen nog een(gele) braillepen geplaatst.

Voor de klem is een uitvoering gekozen als ‘vouwwerkje’,dat uit plaat gestanst en gevouwen wordt; zie Afbeelding 5.Deze werkwijze leent zich voor serieproductie. De pen isgemaakt van wolfraam en er zijn twee vlakke kanten aangeslepen. Op die vlakken grijpen de verende vingers van deklem aan, terwijl de twee gesloten zijvlakken van de klemminimaal contact maken met het gekromde penvlak. Dezeconstructie, statisch goed bepaald, zorgt ervoor dat de nor-maalkrachten goed voorspelbaar zijn. De goed voorspeldenormaalkracht in combinatie met de conforme geometriezorgt voor een lage Hertze contactdruk, waardoor slijtagewordt voorkomen.

Afbeelding 5. De klem als vouwwerkje.(a) Uitslag.(b) Met pen, in zij- en bovenaanzicht.

ModelleringDe grenswaarde voor de versnelling, die waarbij juist sliptussen klem en pen optreedt, wordt bepaald door de wrij-vingskracht en de massa van de pen.

agrens = Faandrijf / mpen (1)

Met een ruime marge van een factor drie kunnen dan deversnellingen bij aandrijven en slippen worden bepaald. InTabel 1 zijn typische waarden voor relevante groothedenverzameld.

Tabel 1.Typische waarden van relevante grootheden bij de stick-slip-actuator.

gewenste wrijvingskracht Fw 0,25 Nmassa aandrijfpen m 0,22·10-3 kggrenswaarde versnelling agrens (= Fw /m) 1136 m/s2

versnelling bij aandrijven astick (= a/3) 380 m/s2

versnelling bij slippen aslip (= 3·a) 3400 m/s2

De minimale signaalfrequentie wordt bepaald door de slagvan de piëzo en de gewenste verplaatsing d in een bepaaldetijd t.

fsignaal = 1 / Tcyclus

t / Tcyclus = d / spiëzo

fsignaal = d / (spiëzo*t) (2)

Bij een slag van een piëzo-element in de orde van 50 nmmoeten voor een verplaatsing van typisch 1 mm zo’n20.000 slagen worden gemaakt. Bij een tijdsduur van 1 smoet de de frequentie van het zaagtandsignaal dus mini-maal 20 kHz zijn.De aandrijving moet dusdanig stijf worden uitgevoerd datook hogere harmonischen worden doorgegeven, zodat hetsignaal, en daarmee de verplaatsing van de wrijvingscon-tacten, nog voldoende asymmetrisch (dat wil zeggen zaag-tandvormig) is. Daarom moet de klem in verticale richtingzo stijf mogelijk zijn, bij een zo klein mogelijke massa. Omdeze stijfheidseis door te rekenen, wordt van de actuatoreen dynamisch model gemaakt; zie Afbeelding 6.

Afbeelding 6. Dynamisch model van de actuator.

N r . 2 2 0 0 7 34

DE LINEAIRE STICK-SLIP-ACTUATOR

a b


Uit berekeningen blijkt dat de hogere harmonischen bovenplusminus 200 kHz worden afgekapt, maar daar benedenvoldoende worden doorgelaten om de signaal-asymmetrie tebehouden. Afbeelding 7 toont de frequentiekarakteristiek vaneen zaagtandsignaal en de tweede afgeleide van de gefilterdesignalen, dat is de versnelling van de piëzo. Hoe sterker hetsignaal wordt gefilterd (dat wil zeggen dat er minder hogereharmonischen worden weergegeven), hoe minder ver depiekversnellingen boven de stick-slip-grens uitkomen.

Echt hoge harmonischen worden in de constructie dus weg-gefilterd en dat betekent dat er geen scherpe zaagtand aande piëzo hoeft te worden aangeboden. Voor de aansturing

van de piëzo kan derhalve met een LC-netwerk wordenvolstaan. Een voordeel daarvan is dat het een resonantie-schakeling is en dus erg weinig energie verbruikt; dit isvoor de applicatie van groot belang. De crux is dat er tel-kens wordt overgeschakeld tussen een L met een kleineeigenfrequentie en een L met een hoge eigenfrequentie,waardoor toch asymmetrie wordt bereikt.

Daarnaast dient nog wel de dynamica van de pen afzonder-lijk te worden beschouwd. Bij hoge frequenties zou immersde pen in eigentrilling kunnen komen, waardoor niet dehele pen meetrilt. In dat geval is de trillende massa diedoor de klem wordt ‘gevoeld’ veel kleiner dan de massavan de hele pen. De eerste longitudinale eigenfrequentievan de pen wordt als volgt berekend met een eenvoudigmassa-veermodel (zie de bovenste helft in Afbeelding 6):

flong = (E /ρ) / 4L (3)

De factor E /ρ is de geluidssnelheid van het materiaal,dit zegt iets over de snelheid waarmee trillingen zich doorhet materiaal voortplanten. Een materiaal met een hoge

E /ρ is bijvoorbeeld wolfraam, dat een waarde van 4,11•1011 / 19250 = 4620 m/s noteert. Bij een penlengte

L van 3 mm resulteert dit in een eigenfrequentie van 385 kHz, voldoende ver boven de afkapfrequentie van dehogere harmonischen van het signaal.

Tot slotDe braillecel is slechts een van de mogelijke toepassingenvan de lineaire stick-slip-actuator. Voor andere toepassin-gen, zoals de nauwkeurige positionering van optische com-ponenten, kan de actuator gedimensioneerd worden aan dehand van de relaties (1) en (2) en de frequentiekarakteris-tiek behorende bij Afbeelding 6. Dan kan een lineaire actu-ator worden gerealiseerd die in serie goedkoop geprodu-ceerd kan worden en die, met meettechniek en terugkop-peling, een hoge nauwkeurigheid en resolutie kan bieden.

AuteursnootHenkJan van der Pol is senior projectmanager bij Demconin Oldenzaal en winnaar van de eerste Ir. A. Davidson-prijsvan de NVPT (zie Mikroniek 2006, nr. 1). Hans vanEerden is freelance tekstschrijver te Winterswijk en tevenseindredacteur van Mikroniek.

N r . 2 2 0 0 735

www.demcon.nl

InformatieAfbeelding 7. Frequentiekarakteristiek van een zaagtandsignaal.a. Fouriertransformatie.b. Lagere harmonischen.c. Versnelling veroorzaakt door de verschillende gefilterde sig-

nalen

a

b

c


OOp 5 maart hadden de deelnemers de mogelijkheid om hetNVPT-programma te volgen dan wel lezingen van het drie-daagse congres. Die varieerden van ‘live’ cinema van eenoperatie tot de financiële aspecten van deze chirurgie. Voorhet medisch-technologisch programma van de NVPT warenbedrijven en universiteiten uitgenodigd om te vertellen overhun productenontwikkeling of onderzoek. Dit betrof zowelvoorbeelden uit de praktijk als nieuwe sensoren en roboticadie een bijdrage kunnen gaan leveren aan de instrumentenvan de toekomst.

Chirurgische robotsDe dag begon met een overzicht van de operatiekamer(OK) zoals deze wordt ingericht voor minimaal-invasievechirurgie. Erik Knuiman, van de firma Stöpler, liet zien datde OK veel ruimer is opgezet. Daarbij valt direct op deprominente aanwezigheid van grote beeldschermen, voor

de chirurg en de aanwezigen assistenten. Stöpler is leveran-cier van OK-apparatuur voor ziekenhuizen in de Benelux.

Patrick Finlay van Prosurgics Ltd. uit Engeland gaf eenoverzicht van de wereldwijde markt voor medische roboti-ca. In 2005 werden er ongeveer 1.000 klinische robotsgebruikt. De markt rondom robotische minimaal-invasievechirurgie (MIS, met S voor Surgery) bedraagt ongeveer250 miljoen dollar en stijgt jaarlijks met zo’n 50%. Debelangrijkste drempel voor de introductie van robots in deOK is al genomen en het nut van robots is aangetoond engeaccepteerd. Prosurgics was voor 2006 bekend onder de naamArmstrong Healthcare en is een bedrijf dat zich al sinds1996 specialiseert in assisterende chirurgische robots voorMIS. De filosofie achter hun producten is dat de chirurgzoveel mogelijk in controle moet zijn, maar dat daarbij zijn

N r . 2 2 0 0 7 36

NVPT-KENNISDAG MEDISCHE TECHNOLOGIE

Precisietechnologieinvasieve

Begin maart vond een NVPT-Kennisdag over minimaal-invasieve chirurgie plaats tij-

dens het lustrumcongres van de Nederlandse Vereniging voor Endoscopische Chirurgie

(NVEC) in Leeuwarden. Endoscopische chirurgie is een vorm van minimaal-invasieve

chirurgie waarbij buisvormige instrumenten worden gebruikt die middels kleine incisies

in het lichaam worden gebracht.Aan het uiteinde bevindt zich typisch een mesje, pin-

cet of schaar welke kan worden geactueerd. Hiernaast dient er altijd een endoscopi-

sche camera met lichtbron aanwezig te zijn voor het verkrijgen van beeld op de

plaats van handelen in het lichaam. Deze relatief nieuwe vorm van chirurgie wordt

pas sinds een jaar of tien op grotere schaal gepraktiseerd. Een groot voordeel voor de

patiënt is het verkleinde trauma en dientengevolge een sneller herstel.

• Jeroen Heijmans, Ron Hendrix en Linda van den Bedem •

36_40_kennisdag_nr2_2007 18-04-2007 15:28 Pagina 36

handen vrij moeten worden gelaten. Een succesvol ontwik-keld product is de EndoAssist; zie Afbeelding 1. Dit is eenrobotische camera-manipulator voor MIS in de buik- enborstkasholte. De chirurg bestuurt de manipulator methoofdbewegingen en heeft zo de directe controle over decamera. De assistent hoeft nu niet te interpreteren wat dechirurg wil zien en langdurig de endoscoop in de gewenstepositie te houden, trillingsvrij en steriel. De benodigde tijdvoor een procedure kan hiermee worden verminderd, even-als eventuele stress ten gevolge van miscommunicatie.

De PathFinder is een ander systeem van Prosurgics. Ditsysteem wordt gebruikt in neuro-(hersen)chirurgie.Informatie van medische beeldverwerking (CT, MRI) wordttoegepast om de plaats en oriëntatie van het instrument tebepalen voor het behandelen van een hersenlaesie.Daarnaast is het gebruik van een stereotactisch frame over-bodig geworden, aangezien er wordt uitgegaan van mar-keerpunten die zijn aangebracht op de schedel van depatiënt. Beide systeemeigenschappen dragen bij aan hetverkorten van de procedure. Als toekomstige ontwikkelingzag Finlay chirurgie waarbij het slangvormige instrumentwordt ingebracht via de mond (orifice transluminaal) en inde buikregio de behandeling uitvoert. Ook zullen de robotssemi-autonoom worden én kleiner, zodat de chirurg meerwerkruimte en overzicht krijgt.

Afbeelding 1. De EndoAssist van Prosurgics.

N r . 2 2 0 0 737

in de minimaal-chirurgie


Telemanipulatie met gevoelAan de Technische Universiteit Eindhoven in de faculteitWerktuigbouwkunde vindt onderzoek plaats naar telemani-pulatie met gevoel. Bij telemanipulatie manipuleert eenoperator een master (bedieningsconsole) en bestuurt daar-mee een slave (robot) die de opgelegde handelingen uit-voert. Deze systemen bieden een uitkomst in een voor demens moeilijk toegankelijke of gevaarlijke omgeving. Deinformatievoorziening aan de operator bestaat daarbij vaakslechts uit visuele terugkoppeling. Aan de TU/e wordtonderzocht of het mogelijk is om daar krachtterugkoppe-ling aan toe te voegen. Toegespitst op de medische roboticazijn er een vijftal projecten te onderscheiden; zie Tabel 1.

De kleine incisies bij MIS in de buik- en borstholte (lapa-roscopie en thoracoscopie) bemoeilijken het manipulerenvan de instrumenten, onder meer doordat de oog-handcoör-dinatie afwijkt van de natuurlijke oog-handcoördinatie. Eentelemanipulatiesysteem biedt hierbij uitkomst. PromovendaLinda van den Bedem gaf een toelichting op haar ontwerpvan een slave operatierobot die boven de patient wordtgeplaatst en krachten meet voor krachtterugkoppeling.Ron Hendrix vertelde over zijn promotiewerk betreffendede master voor zeer preciese oogchirurgie. Voor oogchirur-gie zijn er nog geen telemanipulatiesystemen commercieelverkrijgbaar. Deze vorm van robotica verschilt van de con-ventionele medische robotica door het kleine werkvolumeen de hoge benodigde nauwkeurigheid. Binnen de retinale(netvlies) oogchirurgie wordt het operatiegebied bereiktmet twee tot drie incisies van ongeveer 0,6 mm. Hierbij

zijn de krachten die uitgeoefend worden te klein om directwaar te kunnen nemen. Er werd gesproken over verschil-lende uitvoeringsvormen van de chirurgische robot en deproblematiek rondom de bedieningsconsole. Deze dient debewegingen van de chirurg te vertalen naar bewegingen vande robot en daarbij de chirurg optimaal van zicht en kracht-terugkoppeling te voorzien. De chirurg dient zich hierbijnatuurlijk en ergonomisch te kunnen bewegen.

SensorenHans Goosen van de TU Delft sprak over de mogelijkhedenvan microsensoren en -actuatoren voor de medische tech-nologie. Niet alleen geeft microsysteemtechnologie demogelijkheid van volumeverkleining maar ook zijn dedominante fysische processen op deze schaal significantanders en is het energieverbruik laag. Daarbij lenen defabricageprocessen zich voor massafabricage en spelenmateriaalkosten zo goed als geen rol. Voorbeelden van ver-schillende sensoren die het lichaam van binnen uit monito-ren, zijn microfluïdische systemen voor bloed- of DNA-analyse, drukmeters, stroomsnelheidmeters in arteriën enpH-meters; zie Afbeelding 2. Een voorbeeld van een opti-sche sensor is die voor het meten van het zuurstofgehaltevan het bloed. Dit wordt gedaan door de absorptiecoëffi-ciënt te meten van licht dat door een fiber is ingebracht enwaarvan de golflengte middels een fotodiode wordt ge-detecteerd.Een belangrijk aspect bij het gebruik van sensoren in hetlichaam is de acceptatie van het materiaal door het lichaam.In het lichaam wordt vreemd materiaal namelijk directomkapseld, hetgeen de werking van de sensor kan belem-meren.

Optische beeldvormingVanuit het AMC-lasercentrum sprak professor Ton vanLeeuwen over 3D-analyse van weefsel middels OpticalCoherence Tomography (OCT), de optische tegenhangervan de ‘ultrasound’-beeldvormingstechniek. Het verschil inoptische eigenschappen van weefsel, waaronder reflectie,maakt het mogelijk om onderscheid te maken in weefsel.Deze techniek, die vandaag de dag wijd erkend en onder-zocht is, is ontstaan uit onderzoek naar het netvlies in hetoog. Het licht wordt door de ooglens achterin het oog gefo-cusseerd en het gereflecteerde licht wordt opgevangen engeanalyseerd middels OCT. Deze non-invasieve techniekmaakt het mogelijk om onderliggend weefsel achter in hetoog zichtbaar te maken met een resolutie van micrometers

N r . 2 2 0 0 7 38


Tabel 1: Projecten aan de TU/e met betrekking tot telemanipulatiein chirurgie.

Project Subsidie SamenwerkingSlave voor MIS in STW TU/ebuik en borstholteMicro-slave voor TU/e,TNO en oogchirurgie AMCMaster voor de

IOP Precisie-

micro-slave en technologie

mogelijk ook de slaveControl TU/e

IOP Mens-Machine

Perceptie Interactie


en tot een diepte van enkele millimeters. Daarbij is dezetechniek tegenwoordig ook toepasbaar via optische vezels.Hierdoor wordt het mogelijk om het weefsel in het lichaamte onderzoeken, een zeer interessante ontwikkeling voortoepassing in de minimaal-invasieve chirurgie.

NetvlieschirurgieFrank Ruseler gaf een presentatie over het DutchOphthalmic Research Center. D.O.R.C. is gespecialiseerdin de ontwikkeling en het wereldwijd vermarkten van inno-vatieve producten voor de oogchirurgie. Hieronder instru-menten voor het gebruik binnen de vitreoretinale (netvlies)-chirurgie. Doordat D.O.R.C. wereldwijd nauw samenwerktmet chirurgen beschikt het over een enorme kennis van dedoor de chirurgen gestelde eisen aan instrumenten en appa-ratuur, wat heeft geresulteerd in de ontwikkeling van talvan innovatieve producten.Een van de laatste ontwikkelingen speelt zich af binnen de23 gauge-instrumentatie (0,6 mm in diameter) voor vitreo-retinale oogchirurgie. Aan het eind van deze naaldvormigeinstrumenten bevinden zich typisch een pincet of eenafsluitklepje (Vitrector). Deze laatste wordt gebruikt voorhet fijnmaken en opzuigen van de oogvloeistof en de hierinaanwezige stolsels. Ondanks de verkleinde naalddiameter ishet gelukt om de stroomsnelheid gelijk te houden aan de

conventionele 20 gauge (0,9 mm)-instrumenten door deactuatiefrequentie van het klepje te verhogen; dit wordtpneumatisch aangedreven. Door de instrumenten nog dun-ner te maken, is het hechten aan het eind van de operatieoverbodig geworden. Hechten van het oog is namelijk eentijdrovende ingreep met een langduriger herstelperiodevoor de patiënt.

Cardiologische ingrepenKoen Michels van het Medtronic Bakken research centre inMaastricht gaf inzicht in de minimaal-invasieve techniekendie gebruikt worden om patiënten met een hartkwaal vaneen pacemaker te voorzien.Medtronic is in deze markt wereldleider en toonde eenindrukwekkend stukje medische techniek. Michels sprakover het aanbrengen van elektroden in de hartkamers of aande buitenzijde van het hart, zonder het hart stil te hoevenleggen. Nieuwe technieken maken het mogelijk om elektro-den middels katheters in te brengen. Een flexibele dunneslang wordt via de lies of bij de schouder ingebracht endoor de aderen naar het hart geleid. Wanneer de geleidendedraad (‘guide wire’) in positie is gebracht, schuiven hiervervolgens meerdere buisjes overheen om de elektrode aante brengen. Deze cardiologische ingreep wordt toegepast incombinatie met MIS-technieken waarbij er tussen de ribben

N r . 2 2 0 0 739

Afbeelding 2. Een aan de TU Delft ont-wikkelde, geïntegreerde sensor voor demeting van O2, stroomsnelheid en druk.


een kleine opening wordt gemaakt die de toegang verschaftnaar de buitenzijde van het hart; zie Afbeelding 3. Al dezeontwikkelingen worden in nauw overleg met chirurgen ont-wikkeld en getest.

Tot slotHoezeer de minimaal-invasieve chirurgie nog in ontwikke-ling is, bleek onder meer uit de congreslezingen over deopleidingsprogramma’s, de mogelijke rol hierin van virtu-ele trainingssimulatoren en de continue zoektocht naar hetuitvoeren van nieuwe behandelingstechnieken.De Kennisdag werd afgesloten met een postersessie en eenborrel. ’s Avonds waren de deelnemers uitgenodigd voorhet feest op de mooie locatie van Post Plaza in het centrumvan Leeuwarden. Een ideale gelegenheid om nog eens watverder te praten met de sprekers van deze geslaagde dag.

Opgemerkt moet worden dat de NVPT in de toekomst haarleden eerder dient in te lichten over het plaatsvinden vanevenementen zoals een Kennisdag. Deze dag was achterafgezien te laat georganiseerd en gecommuniceerd, waardoorde opkomst met 35 deelnemers te laag was voor een derge-lijk bijzonder programma. Desondanks was de dag nietminder interessant, met dank aan de sprekers, de congres-

organisatie en de verenigingen NVEC en LIMIS (Leeuwar-den Institute of Minimally Invasive Surgery).

Afbeelding 4. In de wandelgangen van de Kennisdag was er ondermeer gelegenheid om te oefenen met een simulator.

AuteursnootJeroen Heijmans is beheerder van NVPT-website hetPrecisiePortaal en werkt bij TNO APPE, AdvancedProducts and Precision Equipment. Ron Hendrix en Lindavan den Bedem zijn promovendi aan de TechnischeUniversiteit Eindhoven, faculteit Werktuigbouwkunde, inde secties Dynamics and Control respectievelijk ControlSystems Technology.

N r . 2 2 0 0 7 40


www.precisieportaal.nlwww.nvec.nl

Informatie

Afbeelding 3. Door Medtronic ontwikkelde elektroden die aan debuitenzijde van het hart worden geplaatst.


N

N r . 2 2 0 0 741

Nieuw managementprogrammaHet innoverend vermogen van een onderneming wordtsterk bepaald door de mate waarin het innovatieproceseffectief en efficiënt kan worden uitgevoerd. Het juiste pro-duct of de juiste dienst moet op het juiste tijdstip in de juis-te markt worden gezet tegen de juiste prijs en de juistekwaliteit. Kortom, bedrijven staan voor de uitdaging om énefficiënt én effectief hun producten of diensten te innove-ren. Een integrale benadering van innovatie optimaliseertde innovatiekracht van het bedrijf. De bedrijfsvisie dient teworden gekoppeld aan een krachtige innovatiestrategie, diemet behulp van een excellent innovatieproces wordt gere-aliseerd. De cursus Innovation Excellence biedt een op depraktijk gebaseerde aanpak vanuit dat samenhangende per-spectief.

Innovatievraagstukken• Wanneer bracht uw bedrijf voor het laatst een succesvol

product op de markt?• Lukt het maar niet om uw innovatieproces te verkorten?

En realiseert uw bedrijf die 25% doorlooptijdverkortingmaar niet?

• Heeft u dringend die 25% kostenverlaging nodig?• Gaat die 25% kwaliteitsverbetering wel lukken?• Wat heeft uw bedrijf nodig om succesvol te innoveren?

• Begrijpt u wel wat er moet gebeuren, maar de rest vanhet bedrijf nog niet?

• Wat is uw visie op innovatie?• Hoe goed is uw innovatie eigenlijk?

Het innovatieproces speelt een cruciale rol voor bedrijvenbij het aanpassen aan de veranderende marktomstandig-heden. Meer dan ooit gaat het bij innovatie niet alleen ommethoden en tools als losstaande instrumenten, maar zijn ineen modern innovatieproces het proces zelf en de instru-menten volledig geïntegreerd.

Meer informatie over de cursus Innovation Excellence:Frank Bruls, tel. 040 - 296 99 24,[email protected]

MIKROCENTRUM

Innovation Excellence

Op dinsdag 30 januari werd bij het Mikrocentrum inEindhoven een drukbezochte themadag gehouden overmicroscopie. De lezingen vormden een mix van de nieuwsteuniversitaire ontwikkelingen (Delft, Leiden, Nijmegen), prakti-sche toepassingen (TNO, ECN) en bedrijfsapplicaties (SVI, FEI,3A-NDT). Optische microscopie, elektronenmicroscopie enscanning probe microscopie (STM,AFM) kwamen aan bod.Er bleek veel belangstelling voor een follow-up, want veel(MKB)-bedrijven hebben nog (te) weinig kennis van microsco-pie(toepassingen). Een ‘gebruikersgroep’ kan helpen potentiëlegebruikers snel en laagdrempelig in contact te brengen metde juiste expert (van TNO, ECN, enz.), die zo nodig nog kandoorverwijzen. Een database van ‘aanbieders’ kan daarbij han-dig zijn.De Nederlandse Vereniging voor Microscopie (NVvM) werkteal aan een dergelijk initiatief en NVvM-voorzitter HenkKoerten stelde dan ook voor om te proberen op dit gebiedeen samenwerking op gang te brengen tussen de NVvM, hetMikrocentrum en andere partijen. Een overleggroep, bestaan-de uit Henk Koerten (NVvM),Yvonne Mergler (TNO), ErikSchuring (ECN), Hans Elemans (Nanolab Nijmegen), Jan vanden Berg (3A-NDT en docent bij CTT en Mikrocentrum), JanJaap Baalbergen en Geert Hellings (Mikrocentrum), gaat ditinitiatief verder uitwerken.

www.mikrocentrum.nl

Themadag Microscopie krijgt follow-up

41_mikrocentrum_nr2_2007 12-04-2007 15:39 Pagina 41

N r . 2 2 0 0 7 42

NIEUWS

NVPT-Kennisdag over motion control

Op donderdag 24 mei organiseertVCCN (Vereniging ContaminationControl Nederland) het VCCNCleanroom Symposium in combinatiemet de vakbeurs ContaminationControl, in congrescentrum Triaviumin Nijmegen.

Het symposium is bedoeld voor men-sen die werkzaam zijn in het clean-room-vakgebied binnen de elektroni-ca/semiconductor-, de farmaceutischeen de levensmiddelenindustrie, alsookvoor medewerkers van leveranciers,installateurs en schoonmaakbedrijvenen voor werkers in de gezondheidszorg

(in operatiekamers). Het symposiumbestaat uit parallelle sessies over deonderwerpen ‘Ontwikkelen, ontwerpenen realiseren van een cleanroom’,‘Ontwerp, realisatie en kwalificatievan utiliteiten in cleanrooms’ en ‘Deziekenhuisapotheek in beweging’. www.vccn.nl

Cleanroom Symposium

PATO, voor technische bij- en nascho-ling op academisch niveau, bestaat 25jaar. In 1981 verschafte het ministerievan O&W aanloopsubsidie voor acti-viteiten in technische vakdisciplinesals Elektrotechniek & Energie-techniek, Meet-, Regel- en Besturings-technologie, Technische Bedrijfskunde& Management enWerktuigbouwkunde & IndustrieelOntwerpen. In 1990 werd de StichtingPATO als zelfstandige ‘not for profit’-organisatie opgericht.

In al die jaren is het uitgangspuntgelijk gebleven, aldus directeur Rickde Bruin: “Up-to-date kennis op eenpraktijkgerichte manier overdragen inkortdurende cursussen van hoogniveau. Om dat niveau en de aanslui-ting op de praktijk te garanderen,

onderhoudt PATO nauwe contactenmet de (technische) universiteiten,onderzoeksinstituten, vak- en beroeps-verenigingen en het bedrijfsleven.Tevens wordt de mening van (potentië-le) cursisten serieus genomen. Eenvoorbeeld daarvan is de behoeftepei-ling op het gebied van Meet-, Regel-en Besturingstechnologie die momen-teel onder ruim 1.200 geïnteresseerdenwordt gehouden.” Zie www.pato.nl/behoeftepeiling.asp.De Bruin vervolgt: “In totaal organi-seren we ruim 100 cursussen per jaar,waaraan circa 1.000 cursisten deelne-men. Tot enkele jaren geleden warendat vooral (reguliere) cursussen metopen inschrijving. De laatste jarenworden in toenemende mate ook in-company cursussen verzorgd, bestaan-de zowel als speciaal ontwikkelde.”

Over de toekomst: “Als flexibele orga-nisatie zien wij nieuwe uitdagingen inde onderwijsmarkt, zoals de toene-mende vraag naar (individuele) cur-sustrajecten, Engelstalig onderwijs,geaccrediteerde cursussen en onder-wijs op afstand. Dit vraagt om eenaantal strategische keuzes. Zo werkenwe aan een samenwerkingsverbandmet faculteiten die het begrip ‘lifelong learning’ inhoud willen gevendoor hun alumni de mogelijkheid tebieden zich na hun afstuderen regel-matig te laten bijscholen door defaculteit. Daarnaast zijn we in gesprekmet een aantal partijen om strategi-sche samenwerkingen aan te gaan, omonze marktpositie te kunnen verster-ken.”

www.pato.nl

PATO 25 jaar

Op 6 juni organiseert de NVPT bijBosch Rexroth Electric Drives andControls in Eindhoven een Kennisdagover dynamische precisie met motioncontrol. Aan de orde komen de rol vanmotion control in de precisietechnolo-gie, het bereiken van hoge nauwkeu-

righeid, ontwerpregels en applicaties.Dagvoorzitter is de Twentse hoogle-raar Job van Amerongen. Sprekerskomen van ASML, Imotec, SKFAutomotive Division, Moog FCS,Assembléon, CCM en Bosch Rexroth.Inschrijven kan via een formulier dat

is te downloaden van www.precisie-portaal.nl. De kosten bedragen € 250,-voor NVPT-leden en € 300,- voor nietleden, exclusief BTW.

[email protected]

42_46_Nieuws_nr2_2007 18-04-2007 15:27 Pagina 42

Begin maart vond in Utrecht de instal-latie plaats van de Academic Council,die de interactie tussen de academi-sche wereld en de hightech-industriemoet gaan versterken. De AcademicCouncil is een onderdeel van het stra-tegische innovatieprogramma Point-One, dat de reeds sterke Nederlandsepositie in nano-elektronica en embed-ded systemen verder wil uitbouwen.Daartoe werken industrie (kleine engrote bedrijven), wetenschap (onder-wijs- en onderzoeksinstellingen) enoverheid intensief samen. Concreetwil Point-One een omzetgroei realise-ren van 30% naar 26 miljard, 20.000additionele banen (waarvan 8.000voor kenniswerkers), een stevige ver-ankering van de activiteiten in hetMKB en het vergroten van het poten-tieel en de internationale uitstralingvan kennisinstellingen en -instituten.

In de Academic Council zijn deNederlandse onderwijs- en onder-zoeksinstellingen op het gebied vannano-elektronica en embedded syste-men breed vertegenwoordigd. Hetgaat om 26 vertegenwoordigers vanuniversiteiten, hogescholen, relevantenationale R&D programma’s (zoalsMicroNed, NanoNed, Freeband enNIRICT) en onderzoeksinstellingenals TNO, ESI en Holst Centre.

Point-One kent voorts een MKBCouncil, bestaande uit Siebren deVries (Chess), Job Elders (Concept toVolume) en Henny van Doorne(Centre for Concepts in Mechatronics,CCM). In opdracht van deze councilorganiseerden de federatie van techno-logiebranches FHI en de NederlandseVereniging Algemene Toelevering(NEVAT) eind maart voor het eerst de

MKB-dag. Hier werden kleinere tech-nologiebedrijven in contact gebrachtmet grote hightech bedrijven, zoalsPhilips en ASML, en geïnformeerdover Point-One en de kansen die hetbiedt aan MKB-bedrijven. Na bezoe-ken aan de High Tech CampusEindhoven en ASML waren er in hetEvoluon workshops en presentatiesmet diverse onderwerpen, zoals ventu-re capital-mogelijkheden, de MKB-roadmap van Point-One en de R&D-subsidiemogelijkheden voor deel-nemers binnen Point-One in 2007.

www.point-one.nl

De Academic Council tijdens de installatie.(Foto: Rob Stork)

N r . 2 2 0 0 743

Academic Council

42_46_Nieuws_nr2_2007 18-04-2007 15:27 Pagina 43

Dutch Precision Technology (DPT)heeft een nieuwe website gelanceerd,die een goed beeld geeft van wat dezebranchevereniging voor precisiever-spaners te bieden heeft. Naast degebruikelijke informatie en aankondi-gingen biedt de site leden de gelegen-

heid vragen te stellen, die andereleden beantwoorden. Dit moet samen-werking tussen de leden bevorderenen de kennis binnen de sector bredertoegankelijk maken.DPT, opgericht in 2004, heeft metvijftig aangesloten bedrijven de top-

specialisten beschikbaar voor allemogelijke vormen van precisiebewer-king, in combinatie met de mogelijk-heid onderdelen te assembleren totsamenstellingen en/of complete syste-men of producten. DPT is onderdeelvan de Koninklijke Metaalunie.

DPT lanceert www.dptech.nl

De bekende EnDat interface van HEI-DENHAIN voor zeer dynamische toe-passingen met directe aandrijvingen,vooral in de elektronika-industrie, isnu beschikbaar met een taktfrequentievan 16 MHz. Deze verhoging van 8

naar nu 16 MHz verkort de tijd waarinde positiewaarde beschikbaar komt,waardoor nog kortere cyclustijdenmogelijk zijn geworden. Hiermee isEnDat op dit moment de snelste puurseriële interface voor positiemeetsys-temen op basis van RS-485, aldusHEIDENHAIN.

De EnDat-interface als snelle, puurseriële en daarmee volledig digitale,bidirectionele interface voor zeerdynamische aandrijvingen maakt kos-tenbesparingen mogelijk op het gebiedvan de bekabeling. Tevens is de beno-digde inbouwruimte in de machinegeringer. Omdat de analoge meetsys-

teemsignalen meteen al ter plaatseworden geïnterpoleerd en gedigitali-seerd, zijn de eigenschappen van deservo-aandrijvingen, zoals de positio-neernauwkeurigheid en het gelijkloop-gedrag, nog weer verder te optimalise-ren. Naast de automatische inbedrijf-name van de meetsystemen en de aan-drijvingen, is de overdracht van aan-vullende informatie naar de volgelek-tronica, zoals de temperatuur, zonderaanvullende aders mogelijk. De EnDatinterface biedt tevens een online diag-nosefunctie.

www.heidenhain.nl

N r . 2 2 0 0 7 44

NIEUWS

EnDat interface nog sneller

Agie heeft de startgatvonkboormachi-ne Agiedrill geschikt gemaakt voor hetsnel boren van zeer kleine gaten inmaterialen als hardmetaal, polykristal-lijn diamant, hard en zacht staal, gra-fiet, aluminium en titanium. Daarmeestaat een productief en nauwkeurigalternatief ter beschikking voor metho-den zoals conventioneel vonkboren enelektrochemisch boren. Met dePräzidrill, zoals deze upgrade van deAgiedrill heet, kunnen gaten vanaf0,15 mm en met een lengte-diameter-verhouding tot 300 worden aange-

bracht met een grote precisie en opper-vlaktekwaliteit. De maximale boor-diepte bedraagt 250 mm. De haaksheidvan de gaten ten opzichte van hetwerkstukoppervlak blijft binnen 0,1mm over een afstand van 100 mm. DePräzidrill heeft drie bestuurde assen eneen geïntegreerde rotatiespil. De gego-ten constructie op basis van een C-frame garandeert een optimale tempe-ratuurstabiliteit en zorgt voor een toe-laatbaar werkstukgewicht van 300 kg.

www.agie.com

Het aanbrengen van vacuümkanalen in eenprecisieonderdeel; de kanalen worden vanbeide zijden geboord en moeten elkaarraken.

Zeer kleine en lange gaten boren

42_46_Nieuws_nr2_2007 18-04-2007 15:27 Pagina 44

N r . 2 2 0 0 745

Maxon motor benelux heeft in april opde beurs MOCON in Den Bosch demaxon compact drive geïntroduceerd.Maxon is wereldwijd marktleider ophet gebied van precisieaandrijvingenen -systemen. De maxon compactdrive bestaat uit een programmeerbarepositioneerbesturingen EPOS, eenencoder en borstelloze EC-motor ineen aluminium behuizing. De combi-natie van bestaande maxon-productenin deze aangepaste uitvoering resul-teert in een robuuste en ruimtebespa-rende oplossing. De nieuwe MCDEPOS is een dynamische, onderhouds-vrije positioneeraandrijving met eenCANopen veldbus aansluiting en 60W maximaal uitgaand vermogen. Deze

geïntegreerde oplossing is eenvoudigte bekabelen met de voeding- enCANbuskabel, aldus maxon, en isbedoeld voor toepassing in bijvoor-

beeld industriële automatisering, robo-tica en laboratoriumapplicaties.

www.maxonmotor.nl

Mechatronica MagazineTijdens het vierdaagse, goed georgani-seerde maar nog matig bezochte evenement (congres met beurs)Hightech Mechatronica in Kortrijk(België) en Veldhoven werd hetMechatronica Magazine gelanceerd.Met dit nieuwe vakblad wil uitgeverTechwatch, bekend van Bits&Chips,mensen die werken in de systeem- enmachinebouw informeren over de‘turbulente high-techsystemenmarkt’.In het eerste nummer komen machine-bouwers als MA3 Solutions, PhilipsApplied Technologies, Demcon, Besi,PANalytical en IMS aan bod. Ook deintreerede van de kersverse Delftsehoogleraar Rob Munnig Schmidt (ziehet vorige nummer van Mikroniek)wordt gecoverd.

www.mechatronicamagazine.nl

OPTICS | OPTICAL COATINGS | OPTO-MECHANICS | MOTOR STAGES | CUSTOM COMPONENTS

© 2005 OptoSigma, Inc. All rights reserved. OptoSigma and the OptoSigma logo are trademarks usedunder license by OptoSigma, Inc. All other trademarks are the property of their respective companies.

CATALOG OR CUSTOM, WE PROVIDE PARTS AND KNOW-HOWWhen it comes to laser optics, OptoSigma wrote the book onquality materials and great pricing. While we’re proud of ourcomprehensive line of products, we are equally proud of ourability to tackle challenges that can’t be solved from ourcatalog. When you require someone to read between the lines,OptoSigma’s engineers will consult with you to develop acustom solution that fits your needs.

OptoSigma is more than a leadingmanufacturer and distributor, we’reyour partner in invention. Give us acall. If it’s not in the book, we’llwrite a new chapter for you.

COMMITTED TO THE LASER OPTICS INDUSTRYFor the past decade,OptoSigma has been arecognized, stableleader in the laser opticsindustry. Our dedicationstems from a desire tosolve problems. As longas there are break-throughs to be made,you can count on us tobe at the forefront.

molenaar opticsindustrial laser systems, measuring instruments, optical components

Postbus 2, 3700 AA ZeistGerolaan 63a, 3707 SH ZeistTel.: 030-69 51 038Fax: 030-69 61 348E-mail: [email protected] Internet: www.molenaar-optics.nl

Compacte aandrijvingen

42_46_Nieuws_nr2_2007 18-04-2007 15:27 Pagina 45

IBS Precision Engineering inEindhoven, specialist in precisiemeet-systemen, introduceert samen metLumetrics (Rochester, USA) hetOptiGauge-meetsysteem. Met deOptiGauge kunnen contactloos de dik-tes van mono- en multilagen wordengemeten. De meettechniek is snel,zeer nauwkeurig, betrouwbaar,robuust en schaalbaar voor nagenoegelke toepassing in kwaliteitscontroleof procesbewaking, aldus IBS.Het OptiGauge-meetsysteem omvatdrie componenten: een meetkop, eenmeetkast met lichtbron en een compu-ter. De meetkop is met een optischeglasvezel verbonden aan de meetkast,die infrarood-licht (van een diode)naar de meetkop stuurt en het gere-flecteerde licht verwerkt. Aansturingen uitlezing van de meetkast gebeurtvia de computer. Applicatiesoftwareverzorgt de signaalverwerking, deanalyse van de metingen en de grafi-sche weergave van de resultaten. Demetingen zijn contactloos en non-destructief.

Het meetbereik van de OptiGauge ligttussen 12 μm en 12 mm, bij 0,1 μmnauwkeurigheid, 0,03 μm resolutie en100 Hz bandbreedte. Uiteraard moe-ten de te meten multilagen transparantzijn voor het gebruikte infrarood-licht

en moeten de brekingsindexen van deverschillende lagen bekend zijn. Eénsysteem kan tot acht meetkoppen aan-sturen, waardoor simultaan meerderemetingen kunnen worden uitgevoerd –desgewenst op grote afstand vanelkaar, want de glasvezel tussen eenmeetkop en de centrale meetkast magin principe kilometers lang zijn. DeOptiGauge is zelf-kalibrerend en kanin productieomgevingen wordengebruikt voor in-line procesbewakingen voor kwaliteitscontrole in ondermeer de medische, halfgeleider-, auto-mobiel-, verpakkings- en glasindus-trie. Het systeem is geschikt voor hetmeten aan contactlenzen, catheters,

sondes, membranen, siliciumwafers,gelaagde autoruiten, coatings, lami-naatlagen, kunststoffilms en tallozeandere producten.

De OptiGauge werkt op basis vaninterferentie. Voor industriële toepas-singen is laserinterferometrie echteronvoldoende robuust. De crux van deOptiGauge is dat de laserinterferome-ter “in de kast” blijft. Daar zorgt eenMichelson interferometer voor deijking van het weglengteverschil tus-sen een referentie- en een meettak.Het diodelicht wordt door de overgan-gen tussen de verschillende lagen vaneen product of tussen een laag en delucht gereflecteerd en komt vervol-gens in de interferometer. Daar zal ditzwak coherente licht alleen construc-tieve interferentie vertonen als hetweglengteverschil tussen referentie-en meettak exact het veelvoud is vaneen dubbele laagdikte. Het verschil inafgelegde weg is dan heen en terugdoor de betreffende laag, waarbijgecorrigeerd moet worden voor debrekingsindex van die laag. Dankzijde laser-ijking kan de absolute waardevan het weglengteverschil en daarmeede laagdikte worden bepaald.

www.ibspe.com

N r . 2 2 0 0 7 46

NIEUWS

Contactloos laagdiktes in multilagen meten

Overgang 1

Overgang 2

Glasvezel

Meetkop

Materiaal

SLED Laser

Interferometer

Een typische meetopstelling, met drie meetkoppen voor meting van diameter enwanddikte van een buis.

De schematische werking van de OptiGauge.

42_46_Nieuws_nr2_2007 18-04-2007 15:27 Pagina 46

00_omslag_nr2_2007 18-04-2007 15:32 Pagina 47

Voor veel mensen is de globalisering een hot item. Voor de halfgeleiderindustrie is dit al lang

dagelijkse kost. Zo wordt de keuze van de productievestiging bepaald door afzetmarkten die zich

steeds meer verspreiden over de wereld. Van alle partners en toeleveranciers wordt dan ook een

perfecte logistiek en de hoogste beschikbaarheid ter plaatse verwacht. HEIDENHAIN biedt u

deze ondersteuning vandaag al, wereldwijd. Dit vinden wij vanzelfsprekend. Waar u ook gaat, wij

zijn er voor uw ondersteuning. HEIDENHAIN NEDERLAND B.V., Postbus 92, 6710 BB Ede,

Telefoon: (0318) 581800, Telefax: (0318) 581870, www.heidenhain.nl, E-Mail: [email protected]

Hoe bereikt de halfgeleiderindustrie wereldwijd nauwkeurigheid?

Hoekmeetsystemen Lengtemeetsystemen Contourbesturingen Digitale Uitlezingen Meettasters Impulsgevers

00_omslag_nr2_2007 18-04-2007 15:32 Pagina 48

dynamisch lopende robot • spelen met blik • lineaire stick ... filevakblad over...

Documents