THEMA Meten:Nanometrologie / Meettechnische oplossingen ...

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 6 - N U M M E R 3

THEMA Meten: Nanometrologie / Meettechnische oplossingen / Kalibratie /

Magnetisch of foto-elektrisch? / Wafermeetmachine • Precisiebewerking

Het Hightech Precisielandschap: Mechatronica Valley Twente

MIKRONIEK IS EEN UITGAVE VAN DE NVPT

00_omslag_nr3_06 01-06-2006 01:19 Pagina I

Als het om exact meten gaat dan is Mitutoyo toonaangevend. Bijvoor-beeld met de NANOCORD. Een 3D meetmachine met een onvoorstelbare

resolutie van 1 nanometer, die bovendien kan worden uitgerust met de Long Range Nanoprobe met een nog extremere resolutie van 0,1 nanometer!

Maar de kracht van Mitutoyo, als absolute marktleider, ligt vooral ook in de ongekende breedte van het assortiment. In iedere nauwkeurigheidsklasse en

binnen elk budget heeft Mitutoyo een product dat optimaal aansluit bij de wensen van de gebruiker. Samen met u zoeken wij altijd de beste en meest economische

Daarom vinden wij het nieuwe Mcube ook zo’n fantastische

aanwinst. Dankzij dit “M3 SolutionsEurope” kunnen wij u nu ook hel-pen met bijzondere expertise die normaal gesproken in ons eigen land niet zomaar beschikbaar is. Bovendien kan Mcube u niet al-leen gedegen adviseren, maar men is bijvoorbeeld ook in staat om de integratie van meetsyste-men in uw productielijn in zijn geheel voor u te realiseren.

Bniet alleen van de wereldwijde know-how van Mitutoyo maar te-vens van de enorme ervaring van de dochteronderneming KOMEG. Daardoor kunt u rekenen op een ongeëvenaard compleet advies.

Dus wanneer u u iets moet meten en u weet niet precies

hoe: u kunt altijd bij Mitutoyo te-recht voor een deskundig advies. Ongeacht of uw meetprobleem heel klein of juist enorm groot is, wij helpen u altijd aan een oplos-sing die exact op maat is!

Mitutoyo Nederland bvTelefoon: 0318-534911E-mail: [email protected]: www.mitutoyo.nl

EXACT!

00_omslag_nr3_06 01-06-2006 01:19 Pagina II

4

5

10

13

18

22

24

29

34

37

38

41

44

46

EditorialRob Bergmans, NMi VSL, over uitdagingen in meten.

Metrologie voor geavanceerde fabricageNanometrologie speerpunt van het NMi VSL..

Sneller, nauwkeuriger en met hogere resolutieSusan is ontwikkeld voor tweezijdig meten van wafers.

Eigen visie op precisiebewerkingHembrug hard op weg als systeemleverancier

Magnetisch of foto-elektrisch registreren?HEIDENHAIN over sensoren voor positieregistratie.

Precisie-in-Bedrijf-dag bij Bosch RexrothAandrijf- en besturingstechniek voor precisie.

Mitutoyo 25 jaar in NederlandVan schuifmaten tot meettechnische oplossingen.

Het PrecisiePortaal vernieuwdVernieuwde NVPT-website / Belicht: nauwkeurig wegen.

Het Hightech PrecisielandschapSmart devices and materials in Twente – en business.

MikrocentrumNieuwe cursus Micro-Systeem Technologie.

Kalibratie bij Wenzel-WKP RvA-erkend laboratorium.

PersberichtenOnder meer: Masterclass Mechatronisch Constructeur

NVPT-nieuwsMarketingonderzoek NVPT / Geslaagde Kennisdag

Kennis van Elkanders KunnenVision Dynamics: ruimte voor kennis en kunde.

3 In dit nummerIn dit nummerMMiikk

rroo

nniiee

kk

--

2200

0066

N r . 3 2 0 0 63

Colofon

DoelstellingVakblad voor precisietechnologie en fijnme-chanische techniek en orgaan van de NVPT.Mikroniek geeft actuele informatie over tech-nische ontwikkelingen op het gebied vanmechanica, 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 € 55,00 (ex BTW) per jaar Buitenland € 70,00 (ex BTW) per jaar

Redactie Hans van EerdenE-mail [email protected]

Advertentie-acquisitieNVPTJanette van de ScheurE-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 (wafermeetmachine Susan) isbeschikbaar gesteld door IBS PrecisionEngineering.

03_inhoud_nr3_06 08-06-2006 01:29 Pagina 3

N r . 3 2 0 0 6 4

edit

ori

alVanaf de eerste dagen van de Meter tijdens de Franse revolutie heeft hetmeten van lengte grote uitdagingen geboden. De zevenjarige reis vanDelambre en Méchain om de Meridiaan van Duinkerken naar Barcelonaop te meten, dit om de meter te definiëren, was een waar avontuur.Delambre ontsnapte ternauwernood aan de guillotine en Méchain werdgevangen genomen in de oorlog tegen Spanje.

Tegenwoordig zijn de uitdagingen gelukkig van andere aard. In de lengte-meettechniek betreft het de verdergaande miniaturisering en toenemendecomplexiteit van producten. Daardoor neemt het belang van 3D-metentoe. Dit blijkt uit het verschijnen van de eerste commerciële micro-CMM’s (CoördinatenMeetMachines), voor geminiaturiseerde productenen MST-devices. Om de te meten structuren goed in kaart te kunnenbrengen, zal de verscheidenheid aan tasters en sensoren toenemen. Deideale 3D-meetmachine van de toekomst zal bestaan uit een multisensor-systeem dat de gebruiker laat kiezen tussen diverse soorten sensoren. Hetgoed kunnen vergelijken van de resultaten verkregen met verschillendesensoren wordt essentieel. Momenteel is er nog een groot verschil in deuitkomsten van metingen verkregen met verschillende fysische sensoren.Een goed voorbeeld is het meten van ruwheid aantastend volgens de ISO-norm, in vergelijking tot het optisch meten ervan. Een goed begrip van deinteractie tussen sensor en oppervlak is hier noodzakelijk.

Behalve in het verbeteren van de nauwkeurigheden liggen er ook uitda-gingen op het gebied van hogere snelheden, met name bij in-processmeten, en de toenemende informatiedichtheden van metingen: van maxi-maal 109 datapunten nu tot naar verwachting 1012 datapunten in 2020.Dit stelt hogere eisen aan software en computers. De grote omvang vandatasets alsmede de verwerking van 3D complexe en vrijevormgeome-trieën vereist gevalideerde software. Naast het automatisch verwerken vande meetdata is een automatische onzekerheidsberekening van belang. Detypische gebruiker heeft namelijk bij complexe metingen geen inzichtmeer in de nauwkeurigheid. De concepten hiervoor, zoals de virtueleCMM, zijn ontwikkeld maar worden nog maar heel beperkt toegepast.

Al met al heel wat uitdagingen, die verschillende disciplines vergen. Deeerste uitdaging ligt er dan ook in de verschillende disciplines bij elkaarte brengen.

Rob BergmansNMi Van Swinden Laboratorium

Uitdagingen in meten

04_editorial_nr3_06 07-06-2006 09:22 Pagina 4

N r . 3 2 0 0 65

Nanometrologie

Dimensionele metrologievoor geavanceerde

fabricagetechnologieënHet NMi Van Swinden Laboratorium, het nationale standaarden/metrologie-instituut,

beheert en ontwikkelt primaire meetstandaarden op het hoogste niveau, ten behoeve van

industrie, overheid en maatschappij. Een van de speerpunten is de nanometrologie.

Onlangs heeft het NMi VSL daarvoor een nanolab geopend.

• Rob Bergmans, Richard Koops en Paul van Kan •

DDe behoefte aan geometrische metingen met nanometernauw-keurigheid komt onder meer voort uit de ontwikkelingen infabricageapparatuur, waardoor producten steeds verder wordengeminiaturiseerd. De eisen aan de nauwkeurigheid van dezeapparatuur zijn daarom enorm toegenomen. Tevens worden detoleranties voor de vervaardigde producten steeds strikter. Heteinde aan de maakbaarheid en de benodigde nauwkeurigheidis nog niet zicht en de eisen hiervoor zullen de komende tijdverder op scherp worden gezet. Om daaraan te kunnen blijvenvoldoen, is het noodzakelijk dat machines voor de fabricagevan precisieonderdelen en producten worden gekalibreerdzodat kan worden vastgesteld of de afwijkingen binnen degestelde toleranties blijven. Bij het ontwikkelen van nieuw in-strumentarium voor de nanometrologie speelt de precisie-technologie een belangrijke rol. Het NMi VSL werkt daaromsamen met onderzoeksinstituten en bedrijven, onder meer bin-nen het IOP Precisietechnologie.

KalibratieVoor de kalibratie op nanometerniveau volstaan de ‘klassie-ke’ instrumenten en kalibratiemethoden niet meer. Enerzijds

zijn de klassieke instrumenten gebonden aan fysische beper-kingen zoals de resolutie van optische meetsystemen enanderzijds is de fysieke uitvoering van deze instrumentenniet geschikt om meetnauwkeurigheden in het nanometerge-bied te kunnen leveren. De klassieke kalibratiemethoden diegeldig zijn tot in het micrometergebied, zijn in het algemeenniet zonder meer schaalbaar naar het nanometergebied.Zowel op het instrumentele vlak van kalibratieapparatuur alsop het gebied van kalibratiemethoden moeten nieuwe ont-wikkelingen worden gerealiseerd om nanometernauwkeu-righeid te kunnen waarborgen en de kwaliteit van productie-machines te optimaliseren. In de recent betrokken nieuwehuisvesting van het NMi VSL is voor de nanometrologie eenspeciaal lab gerealiseerd, met eisen voor stof (klasse 10.000-1000), temperatuur (20 ± 0.1 0C) en trillingen (1-10 Hz;ampl. < 50 nm). Hieronder volgt een presentatie van de eer-ste faciliteiten die nu operationeel zijn in het nanolab.

Metrologische Scanning Probe MicroscopeVoor het opmeten van het oppervlakteprofiel van werkstuk-ken in drie dimensies (3D) met meetnauwkeurigheden van

05_09_NMi_nr3_06 08-06-2006 01:30 Pagina 5

enkele nanometers kan een scanning probe microscope(SPM) worden gebruikt. Dit instrument tast een werkstuk afmet een probe die zelf afmetingen heeft van slechts enkelemicrometers. Deze taster wordt in een rasterpatroon aange-stuurd waarbij de positie ten opzichte van het werkstukwordt vastgelegd. Uit de meetdata kan hierna het oppervlak-teprofiel van het werkstuk worden gereconstrueerd en wor-den gebruikt om relevante parameters zoals vorm of ruwheidte bepalen. Welbeschouwd is de SPM het enige instrumentwaarmee meetnauwkeurigheden van enkele nanometers in3D kunnen worden gerealiseerd. Een randvoorwaarde is weldat het meetgebied veelal is beperkt tot circa 0,1 mm in hetlaterale meetvlak en 0,01 mm loodrecht daarop.

Scanning probe microscopie bestaat al velen jaren en is oor-spronkelijk vooral toegepast in de wetenschappelijke wereld.De techniek vindt tegenwoordig echter meer en meer toepas-sing bij kwaliteitscontrole van producten. Het is een van deweinige instrumenten waarmee zelfs atomaire resolutierealiseerbaar is, maar de nauwkeurigheid is vaak van eenheel andere orde. Afwijkingen van meer dan 20% zijn moge-lijk bij commerciële SPM’s. Om deze reden heeft het NMiVSL de afgelopen jaren gewerkt aan de realisatie van eenzogeheten metrologische SPM, met als doel een meetnauw-keurigheid van enkele nanometers. Daartoe is het instrumentvanaf de ontwerpfase zoveel mogelijk geoptimaliseerd voorwat betreft constructie, thermisch gedrag en toe te passenmeetprincipes. Figuur 1 toont de SPM-opstelling.

Figuur 1. Metrologische SPM, met links de laser voor het meetsys-teem, rechts de SPM en daartussen de bundelpaden aangegeven.De laserbundel wordt door middel van een stelsel optiek ver-deeld in drie bundels, voor de drie meetassen (X,Y en Z).

Het systeem bestaat uit een commercieel verkrijgbare SPM-taster en een precisiemechanisme voor verplaatsing van hetwerkstuk in 3D. In plaats van een scanning probe zoals bijeen conventionele SPM is hier dus sprake van een scanningsample systeem omdat dit een hogere meetnauwkeurigheidtoelaat vanwege het Abbe-principe. De positie van de SPM-taster ten opzichte van het werkstuk wordt in dit systeemgemeten met behulp van drie laserinterferometers, voor elkebewegingsas één. Door het gebruik van laserinterferometersis de herleidbaarheid van dit kalibratie-instrument zo directmogelijk, waardoor de meetonzekerheid wordt geminimali-seerd. Het thermisch centrum in de constructie valt samen met depositie van de SPM-probe en is dus in eerste orde ongevoeligvoor temperatuurafwijkingen. Om hun storende invloed ver-der te minimaliseren, is het zogeheten metrologieframegeheel uit invar gemaakt. Tenslotte zijn de detectoren voor delaserinterferometers niet in de directe omgeving van het in-strument aangebracht, maar wordt het (optische) interfero-metersignaal via glasvezels naar de detectie-elektronica geleid.

Op nanometerniveau hebben trillingen een grote invloed opde metingen. Vandaar dat de metrologische SPM een eigenfundering heeft, geïsoleerd ten opzichte van de rest van hetgebouw. Deze constructie bestaat uit een granieten sokkelvan 80 x 80 x 80 cm3 die rust op een zeer groot betonblokdat op drie heipalen staat. Een van de toepassingen voor dit instrument zal vooral lig-gen op het gebied van de kalibratie van standaarden, zoalsstaphoogte, periodiciteit en lijnbreedte. Met deze standaar-den kunnen andere SPM’s en elektronenmicroscopen wor-den gekalibreerd.

Meten van kleine productenIn de precisietechnologie worden vaak 3D-Coördinaten-MeetMachines (CMM’s) gebruikt om de driedimensionalevorm van een product te bepalen. Een CMM bestaat uit eenaantal precisiegeleidingen waarmee een nauwkeurig tastsys-teem naar elk willekeurig punt op een object gebracht kan wor-den. Bij een meting worden voor elk meetpunt de linialen vande meetmachine uitgelezen, waarna de coördinaten van hetmeetpunt worden berekend. Door het object op vele punten aante tasten, kunnen de ruimtelijke kenmerken van het object wor-den verkregen, zoals een diameter, een vlak of een lijn. Hetmeetvolume van een conventionele CMM is typisch 1 m3 en denauwkeurigheid is op zijn best enkele mm’s. Producten wordenechter kleiner en de toleranties strikter, waardoor voor ondermeer micromechanische onderdelen en microsysteemtechno-logieproducten de behoefte is ontstaan aan een betere nauw-keurigheid voor 3D-meten.

N r . 3 2 0 0 6 6

Nanometrologie

05_09_NMi_nr3_06 08-06-2006 01:30 Pagina 6

Om nauwkeurig 3D-metingen aan micromechanische delente kunnen realiseren, dient aan enkele voorwaarden te wor-den voldaan:• een CMM met een hoge basisnauwkeurigheid door een

vernieuwend ontwerp;• een kleine en zeer nauwkeurige taster;• goede omgevingscondities;• slimme meetstrategie, onder meer voldoende meetpun-

ten, c.q. scannend meten;• software die complexe vormen en kenmerken kan meten.

De door het NMi VSL, de Technische Universiteit Eindhovenen Zeiss ontwikkelde microCMM F25 voldoet hieraan; zieFiguur 2. Deze heeft een volledig nieuw ontwerp met een zeerhoge basisnauwkeurigheid. Zo meet de machine vrijwel volle-dig in Abbe, wordt gebruikt gemaakt van hoognauwkeurigezerodur linialen met een resolutie van 7,8 nm en heeft hij eenhoge stijfheid. In plaats van de circa 30 geometrische afwijkin-gen van een conventionele meetmachine heeft de microCMMer nog maar 13. Door het nauwkeurig kalibreren en vervolgenscorrigeren van deze afwijkingen en het plaatsen van demicroCMM in een omgeving met een temperatuurstabiliteitvan 0,05 0C wordt een nauwkeurigheid van < 100 nm in hetbereik van 100 x 100 x 100 mm3 nagestreefd.

Figuur 2. De F25 microCMM in het nieuwe nanolab.

Voor het meten aan kleine structuren zijn ook kleine tastsys-temen nodig. Als tastsysteem wordt een silicium membraan-chip gebruikt met daarin piëzoresistieve elementen. Op dezechip is een taststift gemonteerd met daaraan een kogel meteen diameter van 0,1-0,3 mm; zie Figuur 3. Omdat het aan-tastoppervlak veel kleiner is dan bij conventionele CMM’s,zou de contactdruk toenemen bij een vergelijkbare aantast-kracht. Dit is niet gewenst vanwege plastische vervormingvan het te meten object. Vandaar dat de aantastkracht zeerklein dient te zijn. Bij de toegepaste taster bedraagt dezeslechts 500 µN.

Figuur 3.Taster van de F25 microCMM.

Uiteraard dient ook deze taster gekalibreerd te worden,onder meer door de diameter van de tasterkogel te bepalen.Men meet namelijk de maat inclusief de diameter van de tas-terkogel, zodat hiervoor gecorrigeerd dient te worden. Ditgebeurt op dezelfde manier als voor een conventioneleCMM, namelijk met een ijkkogel. Deze ijkkogel dient ech-ter veel nauwkeuriger gekalibreerd te worden dan bij eenconventionele CMM. Hiervoor heeft het NMi VSL een nieu-we kalibratieopstelling ontwikkeld, waarin de diameter vande kogel met een nauwkeurigheid van 35 nm kan wordenvastgesteld; zie Figuur 4. Het meetprincipe berust op inter-ferometrie. Hierbij wordt de afstand gemeten tussen tweeparallelle vlakken, te weten de ronde schijf onderin Figuur 4en de eindmaat bovenop de kogel. Door een meting met enzonder kogel wordt de diameter van de kogel berekend.Hierbij worden met gewichtjes diverse krachten aange-bracht, zodat uiteindelijk de diameter bij meetkracht nul her-leid kan worden.

N r . 3 2 0 0 67

05_09_NMi_nr3_06 12-06-2006 10:44 Pagina 7

Figuur 4. Opstelling voor het meten van de diameter van kleine ijkkogels.

Kalibratie van nanosensoren en nanopositionersPositiesensoren (capacitief, inductief) zijn op dit ogenblik alzo gevoelig, dat ze verplaatsingen van een fractie van eennanometer kunnen detecteren. Bij snel variërende, sinusvor-mige bewegingen met kleine amplitude of bij verplaatsing inkleine, discrete stappen, leveren deze sensoren inderdaad debeloofde prestatie. Als de verplaatsing een groot deel van hetmeetbereik van de sensor beslaat, is de meetonzekerheidvaak veel groter, omdat de lineariteit van de sensor begrensdis. Op een tijdschaal van enkele minuten is vaak al driftmerkbaar, niet alleen in de verplaatsing of dimensies van hette meten object, maar ook in de sensoren, wat tot uiting komtwanneer meerdere sensoren dezelfde verplaatsing meten. Demeetsignalen van de sensoren verliezen dan hun correlatieen de meetonzekerheid kan oplopen tot 100 nm in enkeleuren.

De oorzaak van de toename in de meetonzekerheid in niet-ideale situaties is vaak te vinden in de elektronica die de sen-soren uitleest. Anderzijds is de montage van een sensor sterkvan invloed op het resultaat. Er is een flink aantal initiatie-ven genomen om dit soort onzekerheidsbronnen te begrijpenen te minimaliseren. Bij dergelijk onderzoek speelt het NMi

N r . 3 2 0 0 6 8

Nanometrologie

Figuur 5. Schematische weergave van de kalibratieopstelling voornanosensoren.

05_09_NMi_nr3_06 08-06-2006 01:31 Pagina 8

NMi Van Swinden LaboratoriumRob BergmansTel. 015 - 269 16 41 / 15 [email protected]

Informatie

VSL een rol in het uitvoeren van herleidbare metingen.Hierbij wordt uitgegaan van de primaire lengtestandaard. Ditis in de praktijk een jodium-gestabiliseerde He-Ne laser.Voor het meten aan nanosensoren is een platform geconstru-eerd, dat zo goed mogelijk stil staat; zie Figuur 5. Hieropwordt de sensor gemonteerd. Het centrale deel van het plat-form is beweegbaar (in verticale richting). Met dit deelbeweegt ook de uittreespiegel van een optische Fabry-Perot(FP) resonator die onder het platform hangt. De overigecomponenten van de resonator (een glazen buis en eeninkoppelspiegel) zitten vast aan het stationaire deel van hetplatform. Door de FP-resonator schijnt de bundel van eenexterne laser die afstembaar is rond de frequentie van de He-Ne laser. Het frequentieverschil tussen het licht van de stan-daardlaser en dat van de afstembare laser wordt continugemeten.

De FP-resonator is te beschouwen als een kopie van de re-sonator van de standaardlaser die er naast staat. Bij het beginvan het experiment wordt het centrale deel van het platformzover opgetild dat de lengte van de FP-resonator gelijk is aande lengte van de resonator in de standaardlaser. Het frequen-tieverschil is dan nul. Elke verplaatsing van het centrale deelvan het platform resulteert nu in een verandering van deresonantiefrequentie van de FP-resonator; zie Figuur 6. Deafstembare laser kan deze frequentieverandering volgen enhet frequentieverschil met de standaardlaser neemt toe of af.De gevoeligheid ligt bij de huidige opstelling rond de 3 MHzper nm verplaatsing. De te kalibreren sensor detecteert deverplaatsing van het platform. Vergelijking van de aanwij-zing van de sensor met de werkelijke (herleidbare) verplaat-sing laat vervolgens direct het kalibratieresultaat zien.

Figuur 6. Relatie tussen frequentie, golflengte en verplaatsing.

In de opstelling van het NMi VSL is het bereik niet beperktdoor de ‘free spectral range’ van de FP-resonator of de band-breedte van de detector die de verschilfrequentie meet. Deafstembare laser kan de frequentie sprongsgewijs op eenaangrenzende ‘mode’ van de FP-resonator instellen en zo hetfrequentieverschil binnen een bandbreedte van enkele GHzhouden, terwijl het platform zich over een afstand van tien-

tallen micrometers herleidbaar kan verplaatsen. Op dezemanier kunnen kalibraties worden uitgevoerd over het volle-dige meetbereik van de meeste sensoren.

Nieuwe ontwikkelingenVoor de nabije toekomst richt het NMi VSL zich op het ver-der ontwikkelen van het instrumentarium. Voorbeelden hier-van zijn het IOP-project Nanomefos (TNO Industrie enTechniek, TU/e, NMi VSL) en technologieontwikkelingvoor een nanoCMM (TU/e, IBS Precision Engineering, NMiVSL). Hiernaast zal veel aandacht worden besteed aan hetontwikkelen van kalibratiemethoden met dit nieuwe instru-mentarium. Door de nanometerschaal waarop de metingenzich afspelen, is met name een goed begrip van de fysischeinteractie tussen het oppervlak en de taster onontbeerlijk omde vereiste nauwkeurigheden te halen.

AuteursnootRob Bergmans, Richard Koops en Paul van Kan zijn verbon-den aan het NMi Van Swinden Laboratorium in Delft.

N r . 3 2 0 0 69

05_09_NMi_nr3_06 08-06-2006 01:31 Pagina 9

MMeetmachines gebaseerd op capaciteitsmeting worden veelgebruikt in de halfgeleiderindustrie voor het meten van degeometrische eigenschappen van wafers. IBS PrecisionEngineering in Eindhoven bouwt met zijn machine voort opdit principe, maar gaat een stap verder door gebruik temaken van zeer nauwkeurige luchtgeleidingen. Dit resul-teert in een zeer exact, uiterst stabiel ontwerp voor een snel-lere, nauwkeurigere en betrouwbare werkwijze. Voor hetontwerp van Susan (zie Afbeelding 1) is geput uit de kennisdie is verkregen in het eind 2004 afgesloten Europese pro-ject SuperWafer, gericht op het ontwikkelen van nieuweproductietechnologie voor 200 en 300 mm wafers. IBS nameraan deel samen met partijen als het Fraunhofer Institut fürProduktionstechnologie in Aken en de Technische UniversiteitEindhoven.

CapacitiefDe capacitieve meetmethode is bij uitstek geschikt omdathet een contactloze afstandsmeting betreft. De gemetencapaciteit is omgekeerd evenredig met de breedte van de(lucht)spleet tussen de sensor en het te meten oppervlak.Door een heel oppervlak te scannen kan een ‘hoogtekaart’worden gegenereerd. Pluspunten van capacitieve meetsyste-men zijn hun grote bandbreedte, hoge resolutie, hoge line-ariteit, vacuümcompatibiliteit en het ontbreken van lokalewarmte-ontwikkeling.

Bow en warpDe sensorkeuze voor Susan maakt het mogelijk om wafers temeten met een grote mate van bow en warp. Tevens kunnenzeer vlak gepolijste wafers worden gemeten met een hogegraad van nauwkeurigheid. Bow is een maat voor de vervor-ming van het mediane waferopppervlak in zijn middelpunt,afgezien van diktevariaties. Warp is het verschil tussen demaximale en minimale vervormingen van het mediane opper-vlak van een wafer ten opzichte van een referentievlak. Bowgeeft aan hoe bol of hol een wafer is, terwijl warp een maat isvoor de vervorming zoals een aardappelchip die vertoont.

N r . 3 2 0 0 6 10

INNOVATIEVE WAFERMEETMACHINE

IBS Precision Engineering heeft onder de naam Susan (SUperwafer Surface ANalysis)

een machine ontwikkeld voor het tweezijdig meten van siliciumwafers. De machine,

gebaseerd op capacitieve meettechnologie, meet van wafers tot 300 mm eigenschap-

pen als warp, bow en dikte. Susan is aanzienlijk sneller en nauwkeuriger dan bestaan-

de machineconcepten dankzij luchtlagering. Haar modulaire structuur biedt ruimte

voor een optionele hoge-resolutiesensor voor het meten van de oppervlakteruwheid.

Susan meet sneller, nauwkeuriger

Afbeelding 1. Susan (zonder kast).

• Hans Koopmans •

10_12_Susan_nr3_06 09-06-2006 09:34 Pagina 10

MetingDe werkwijze is als volgt. Een wafer wordt – nadat hij isgezaagd en eventueel geslepen, gepolijst en gedoped – metde hand geplaatst in een rotatietafel in de vorm van eenluchtgelagerde houder; zie Afbeelding 2. De standaardwaferafmeting is 300 mm, kleinere afmetingen zijn moge-lijk bij gebruik van een adapter. De wafer wordt vastge-klemd door drie grijpvingers, die met hun onderzijdessamen een referentievlak definiëren en met hun verendebovenzijdes de variabele dikte van een wafer kunnen opvan-gen. Tabel 1 geeft een aantal eigenschappen waaraan dewafer moet voldoen. De wafer staat verticaal, zodat heteigen gewicht geen invloed heeft op het meetresultaat.

Tabel 1. Meetbereik van Susan in termen van wafer-eigenschappen.

Diameter 150 / 200 / 300 ±1,5 mmDikte 0,35 / 0,40 / 0,70 tot 2,0 mmMaximale bow 800 µmMaximale warp 1800 µmSoortelijke weerstand 10-6 tot 102 Ωcm Edge exclusion 2,5 mm

De meting wordt uitgevoerd met behulp van twee capacitie-ve sensoren aan weerszijden van de wafer; zie de schemati-sche weergave in Afbeelding 3. De sensoren zijn gemon-teerd op een meetframe en voorzien van drivers, zodat desensorspleet instelbaar is. Deze instelbaarheid maakt hetmogelijk alle typen wafers te meten zonder handmatigeinstelprocedures. Nadat de sensoren zijn ingesteld op dejuiste dikte, worden ze gekalibreerd door het meten van

geïntegreerde kaliberblokken. Voor een capacitieve scan vanhet wafer-oppervlak wordt de wafer in rotatie gebracht engelijktijdig lineair (in radiële richting) langs de sensoren ophet stationaire meetframe voortbewogen. Zo vindt een spi-raalvormige scan van het oppervlak plaats. De benodigdetijd voor een capacitieve scan van een 300 mm wafer is 30seconden. Enige extra tijd is nodig om de wafer met de handin de machine te plaatsen en weer uit te nemen nadat demeting is uitgevoerd. Susan bevat voorzieningen om in detoekomst een wafer-handler in het systeem te integreren.

Afbeelding 3. Principe van tweezijdige capaciteitsmeting aan eenwafer.

NauwkeurigheidHet ontwerp van het meetframe dat de twee capacitieve sen-soren onderling verbindt, bepaalt in hoge mate de stabiliteiten daarmee de reproduceerbaarheid en nauwkeurigheid vande machine. Door graniet als structurele component van demachine te gebruiken (zie Afbeelding 4), wordt de (dynami-sche en thermische) stabiliteit van het systeem aanzienlijkvergroot. De onzekerheid van de diktemeting bedraagt±0,5 µm, de repeteerbaarheid is veel beter dan ±0,5 µm.Voor de capacitieve sensor is een Lion Precision twee-kanaalsmeetsysteem gekozen. Tabel 2 geeft enkele specifi-caties van de sensor en de actuator (de sensor-driver).

Tabel 2. Enkele relevante specificaties van de sensor en de actuator.

SensorResolutie van de diktemeting (RMS) 13 nmNauwkeurigheid van de diktemeting ±0,5 µmLaterale resolutie 5,6 mmActuatorBereik 2 mmStabiliteit tijdens de meting < 10 nmResolutie < 100 nm

N r . 3 2 0 0 611

en met hogere resolutie

Afbeelding 2. De luchtgelagerde rotatietafel.

10_12_Susan_nr3_06 09-06-2006 09:34 Pagina 11

De geleidingen zijn luchtgelagerd om een wrijvingsloze enzeer nauwkeurige beweging van de sensoren en de wafer tegaranderen. De rotatieas is radiaal gelagerd door middel vanvier New Way luchtlagersegmenten, waarvan er twee een pre-load hebben. De luchtlagersegmenten zijn vervaardigd uitporeus grafiet, hetgeen een contactloze en wrijvingsloze gelei-ding en een zeer hoge stijfheid garandeert; zie Afbeelding 5.Voor de relatieve vochtigheid wordt een waarde van 40-70%opgegeven. Voorts moet de machine worden geplaatst in eentrillingsarme omgeving. Zolang de soortelijke weerstand vande wafers binnen de opgegeven grenzen ligt, hoeft de machineniet voor ieder wafertype apart te worden gekalibreerd. Een setwafers wordt gemeten door een gecertificeerd laboratorium engebruikt voor een periodieke referentiecontrole van de machi-ne.

Gemeten groothedenMeting van een wafer geschiedt geheel automatisch. Desoftware voor besturing van Susan is geschreven in eenDelphi-programmeeromgeving. Na meting vindt bewerking

van de meetgegevens plaats en worden de volgende groot-heden berekend: Mean, Standard deviations, Maximum devia-tion, Minimum deviation, Total deviation en Center value.Over een vierkant van 1 x 1 inch2 worden lokale eigenschap-pen berekend: de LTV (Local Thickness Variation) en deLFPD (Local Focal Plane Deviation). De software verzorgt eenweergave van de berekende resultaten en een grafische presen-tatie van de gemeten wafer. Afbeelding 6 toont een meting vande warp.

Afbeelding 6. Meting van de warp.

OppervlakteruwheidOmdat de machine gebaseerd is op capacitieve meting, heeftde oppervlakteruwheid geen invloed op de meting. Dezewordt namelijk niet gemeten vanwege het middelende effectin laterale richting van de capacitieve sensoren: hun ‘ven-ster’ is te groot voor de karakteristieke periode van opper-vlakteruwheid. Susan is echter voorbereid op een toekomsti-ge uitbreiding met een optionele focusprobe, waarmee een(verticale) resolutie van 10 nm en een laterale resolutie van1 µm kan worden bereikt. Wanneer de machine is uitgerustmet deze sensor, kan de oppervlakteruwheid worden geme-ten. De optische sensor kan tevens worden gebruikt om spe-cifieke gebieden op de wafer met een zeer hoge lateraleresolutie aan een verdere inspectie te onderwerpen. Hetmaakt Susan tot het eerste systeem op de markt dat naast degebruikelijke geometrische metingen aan een wafer ookmetingen met hoge laterale resolutie kan uitvoeren.

AuteursnootHans Koopmans is freelance tekstschrijver in Apeldoorn.

N r . 3 2 0 0 6 12

INNOVATIEVE WAFERMEETMACHINE

IBS Precision EngineeringHans Ott, sales managerTel. 040 - 290 12 70www.ibspe.com

Informatie

Afbeelding 4. Het frame van Susan heeft dankzij een granietentafel een hoge stabiliteit en is daarnaast voorzien van actieve,pneumatische trillingsisolatie.

Afbeelding 5. Close-up van de luchtlagering.

10_12_Susan_nr3_06 09-06-2006 09:34 Pagina 12

N r . 3 2 0 0 613

HEMBRUG HARD OP WEG ALS SYSTEEMLEVERANCIER

• Jan Wijers •

Eigen visie op precisiebewerken

HHet Haarlemse Hembrug profileert zich meer en meer alssysteemleverancier van allesomvattende productoplossingenvoor alsmaar toenemende producteisen en moeilijker bewerk-bare materiaalsoorten. Opgericht in 1679 heeft Hembrug alszelfstandige machinefabrikant een naam opgebouwd metgereedschapwerktuigen met bewezen hoge betrouwbaarheid.Eind jaren zestig ving men aan de bekende ultrapreciezedraaimachines te fabriceren, voor ‘diamantdraaien’ op non-ferro’s en kunststof met 0,1 µm positioneernauwkeurigheiden rondloop. Dat betrof standaarduitvoeringen zowel alsklantspecifieke machines. Nog steeds is er een gat in demarkt voor fabricage op maat, ook in de machinebouw. Opbasis van de opgebouwde expertise en ervaring met de extre-me eisen die ultraprecisiedraaien stelt aan machine zowel alsdraaitechnologie, behoren de in Nederland ontwikkelde engebouwde CNC-draaimachines internationaal tot de top.Ook bij superprecisie geldt dat de machine een factor beterdient te zijn dan het erop vervaardigde product; zieAfbeelding 1. “Ons bedrijf heeft een eigen visie op het feno-meen ‘bewerkingsmachine’ voor ultraprecisiedraaien in harden zacht materiaal, van klein tot groot, horizontaal en nu ookverticaal”, stelt international sales manager Huub Balm.

“Juist met het in alle facetten beheerste bouwen volgensklantenwens van hoogproductieve machines in enkelstuks enkleinserie heeft Hembrug recht van bestaan in deze vooralop export gerichte, uiterst competitieve markt.”

Afbeelding 1. Hoogglansdraaien van een koperen bol.

Precisieharddraaien Eind tachtiger jaren ontdekte Hembrug dat precisiehard-draaien in finishkwaliteit – tot hardheden van HRc50-70 en

Hembrug bouwt geavanceerde (ultra)precisiedraaimachines die tot de top behoren wat

betreft bereikbare oppervlaktegesteldheid, maat- en vormnauwkeurigheid en duurzaamheid.

De daarmee opgedane knowhow en ervaring kan Hembrug – in antwoord op de huidige

industriële eisen – uitstekend inzetten als projectmatige probleemoplosser bij jonge verspa-

ningsprocessen als HSC- en harddraaien, met nieuwe machineontwerpen voor buitenpropor-

tionele, verticaal te draaien producten.

13_17_Hemburg_nr3_06 09-06-2006 09:53 Pagina 13

zelfs HRc85 in het geval van wolframcarbide – een volwaar-dig alternatief vormt voor slijpen, met een nauwe vorm- enmaatvoering in een fractie van de benodigde slijptijd; zieAfbeelding 2. Introductie van hogesnelheidsbewerkingen engereedschappen maakte dat aantrekkelijk. Het tegenwoordi-ge slijpen is namelijk nog steeds geen alledaags volumever-spaningsproces. In eerste instantie werd voor dat werk dehydrostatisch gelagerde Mikroturn-CNC serie – met gebrui-kelijke horizontale hoofdasopstelling – ingezet met ‘slant-bed’. Dergelijke ultraprecisiemachines vinden ook hun wegin de massafabricage; zie Afbeelding 3. Automatisering metnauwkeurige robots voor zelfstandig be- en ontladen ver-hoogt én autonomie én productiviteit nog eens extra en is uitergonomische oogpunt aantrekkelijk.

Afbeelding 2. Harddraaien als proces.

Afbeelding 3. Geautomatiseerde cel rondom horizontaleMikroturn ultraprecisiedraaimachine.

Draaien met geometrisch gedefinieerde snijkant en slijpenmet veel onbepaalde snedes zijn vanouds sterk concurreren-

de eindbewerkingen in de kwaliteitsklasse IT 3-5. Hoe nau-wer de gegeven toleranties, des te belangrijker wordt het omalle facetten van de fabricageketen maximaal op elkaar af testemmen (machine, snijgereedschap, opspanmiddel, proces-parameters, NC-programma en bewerkingsstrategie). Er lijktnu een keerpunt bereikt. Tot voor kort was gebruikelijk: eerstin zacht materiaal bij benadering, als ‘near-netshape’, decontouren aanbrengen, dan harden en vervolgens vonkend ofslijpend de laatste finishbewerking uitvoeren. Harddraaienbrengt deze omslachtige en tijdrovende reeks terug tot éénsnelle draaicyclus: met één snijgereedschap worden ver-schillende geometrieën en contouren bewerkt. De op hetwerkstuk negatief uitwerkende bewerkingskrachten heeftHembrug intussen steeds meer in de grip. Er is aandachtvoor het onderdrukken of vermijden van trillingen (vooralhoogfrequent schadelijk) en warmteontwikkeling. “Watruwheid betreft doet het glanzende oppervlak van harddraai-en niet meer onder voor slijpen.” Daarnaast is vastgesteld datbij hoogbelaste onderdelen een optimale oppervlaktegesteld-heid van grotere invloed is dan puur superieure ruwheid.Vanwege eventuele achterblijvende restspanningen wordenten dele – bijvoorbeeld in de lagerindustrie – functionelevlakken nabewerkt middels honen in een fractie van de nor-male tijd. “Slijpen heeft weer als pre dat in-process gemetenen naar de maat toe gecorrigeerd wordt. Bij draaien vindt demeetcyclus gestaffeld plaats.”

MachinekenmerkenAl bij het diamantdraaien werd uitgegaan van ultraprecisie-draaimachines op basis van bewezen fabriekseigen ken-merken. Zoals volhydrostatisch oliefilm-gelagerde hoofd-spil (tot 12.000 tpm) en geleidingen (zonder metaal-metaalcontact), een robuuste machinebasis van natuurgra-niet, uiterst verzorgde thermische huishouding, moderneCNC en hoogwaardige glaslinealen. De keuze van vlakkegeleiding en lagering bepaalt primair de fabricage- enbedrijfskosten. Hydrostaticatoepassing levert een verwaar-loosbare wrijving op normale snelheden, zonder stick/slip,waardoor als kleinste verplaatsing 10 nm mogelijk wordt,en – samen met de natuurgranietbasis – een grote stijfheiden demping in de belastingsrichting, hoge eigenfrequentieen inherente thermische en dynamische stabiliteit. Samenvormt dat de garantie voor extreem lange levensduur onderspaan. Uit snijtesten en praktijkterugkoppeling blijkt datmede door de hydrostatische lagering een aanzienlijk ver-lengde gereedschapstandtijd wordt bereikt. De resulterendebetere oppervlaktegesteldheid is een logisch gevolg van ditalles. Lineaire meetsystemen met hoge resolutie helpen depositie van de diverse sledes exact aan te sturen tot snelhe-den van 20 m/min.

N r . 3 2 0 0 6 14



Aangepaste machineconfiguratiePuur op klantenbehoefte ontwikkelde Hembrug de succes-volle reeks Mondrian-Mikroturn (bereik Ø300-Ø1500 mm):universele verticale precisieharddraaimachines in uitgekien-de carrouseluitvoering, met hoge statische, dynamische enthermische stabiliteit tijdens bedrijf; zie Afbeelding 4. Metde hoofdas van deze jongste generatie hardbewerkingscentraletterlijk op z’n kop gesteld (verticale Z- en/of W-as), ont-staat een liggende werkstukpositie; zie Afbeelding 5.Onzichtbaar zorgt een compact, nieuw motorconcept (36kW geïntegreerde torquemotor met 0-500 tpm) voor recht-streekse aandrijving; zie Afbeelding 6. Het hoge aantal pool-paren van deze ‘opgerolde lineairmotor’ geeft al bij lage toe-rentallen een hoog, constant koppel en brengt ook een hogeversnelling binnen bereik. Dankzij de ingebouwde thermo-stabiliteit en afscherming kan langdurig met constante hogeprecisie worden verspaand; zie Afbeelding 7. Voor radialeverstelling zorgt de X-as en/of U-as. Ter opvoering van deproductiviteit kiest men vaak voor onafhankelijke, simultaanof opeenvolgend bewegende gereedschappen. Zo’n verticaleconfiguratie leidt tot een vrij dure constructie die uitsluitend

voor grote en zeer nauwkeurige draaimachines in aanmer-king komt. Daarmee komt precisiebewerking tot in het(sub)microngebied van ±0,1 µm binnen bereik voor boven-modaal grote, veeleisende technische onderdelen, die metextreme precisie gefabriceerd worden uit harde, slijtvaste enmoeilijk verspaanbare hogesterkte-materialen. Zoals lager-ringen – groot van diameter bij relatief kleine hoogte – vanØ200-Ø1500 mm voor bijvoorbeeld windturbines. Of appli-caties als dress- of afritsrollen voor het slijpen, indexeer-

N r . 3 2 0 0 615

Afbeelding 4. Mondrian verticale harddraaimachine met gereed-schapwisselaar

Afbeelding 5. CAD-tekening V-Mikroturn met asaanduiding.


tafels, zeer hoogwaardige lensvattingen voor IC-fabricage enprecisiecomponenten voor gereedschapmakerijen en fijn-mechanische werkplaatsen. Tijdens het draaien zijn de werk-stukken goed zichtbaar, mede omdat droog of met minimaal-smeerkoeling wordt gedraaid. De onderdelen buigen – hori-zontaal liggend op de gunstig belaste draaitafel (C-as) – tij-dens bewerking niet door en zijn snel en eenvoudig, eventu-eel automatisch, te laden en centreren. Opspannen dient vrij-wel alleen om proceskrachten op te vangen. Gereed-schapwisseling is simpel door te voeren met behulp van eennieuw ontwikkeld horizontaal gepositioneerd gereedschap-magazijn met 12 of 20 posities.

Technologische draaiaspectenHet uitgangsmateriaal van het snijgereedschap is eveneensdrastisch veranderd. Met natuurdiamant – bekend voor pre-cisiebewerken van non-ferro en kunststof – is op staal boven

600-700 °C niet te draaien. De keuze bestaat overwegend uitPCD (polykristallijne diamant), CBN (kubisch boornitride)al of niet gecoat, of opkomende harde, slijtvaste mengkera-miekvarianten. Enige taaiheid kan worden gerealiseerd doorkorrelgrootte, percentage basismateriaal, binder en warmte-afvoer (voornamelijk door coating) te variëren. Het geringehardheidsverschil beperkt de parameterselectie. Daarom kiestmen bij voorkeur als optimale snijsnelheid die met de minstesleet. De keuze voor speciaal- of standaardgereedschap gaatsteeds meer richting standaardbeitelplaat, vanwege de relatieflage prijs. Deze courante snijgereedschappen zijn in veel con-figuraties – scherpe beitelpunt, afgerond, met fase, enzovoort–, afmetingen en materialen, al of niet gecoat, relatief snel viade handel verkrijgbaar. Om het beitelnulpunt exact op z’nplaats te houden tijdens het bewerken, prefereren Hembrug-specialisten een zo groot mogelijk dragend oppervlak en ver-diepte profilering. Dit zorgt samen met een krachtgesloteninklemming dat snijkracht noch tegendruk (hoger dan primai-re procesbelasting) de beitel in welke richting ook lost. Voorelke benodigde contour berekent eigen software – afhankelijkvan soort bewerking en producteisen – de optimale beitel ende stabielste boorstanguitvoering. Als minimale stijfheid aande beitelpunt wordt 25 N/µm geadviseerd. Over het algemeenwordt gedraaid met 160-200 m/min snijsnelheid met kleinesnededieptes, 0,10-1 mm bij voordraaien tot 0,05-0,1 mm bijfinishen. Zo ontstaat een oppervlaktekwaliteit dicht tegen detheoretische Ra-waarde.

Meten op de bank rendabelIn Huub Balm’s ervaring is de klant er steeds vaker van teovertuigen dat tijd, en dus geld, te winnen valt door met eengeavanceerde CNC-machine en hoogwaardige standaard-meetmiddelen verschillende grootheden op de machine teinspecteren en na meting automatisch te corrigeren. Dit in dedirecte productieomgeving, naar keuze vooraf, tussentijds ofop het eind van de bewerking. De huidige generatie meettas-

N r . 3 2 0 0 6 16


Afbeelding 8. Meettaster in gereedschaphouder.

Afbeelding 6. Hoofdasconstructie van de draaitafel met torquemotor.

Afbeelding 7. Representatieve harddraaiwerkstukken.


ters versnelt in de praktijk alle meetcycli. “Weliswaar gaatenige effectieve verspaningstijd verloren, men bespaart ech-ter aanzienlijk op het bewerkelijke omspannen en uitrich-ten.” Dit is vooral van belang voor zwaardere, relatief dureen omvangrijke enkelstuks- of kleinserie-producten, waarproductuitval ernstige consequenties heeft. “Winst wordtook geboekt door besparing op omstellen tussen kleineseries.” Vandaar dat veel Hembrug-draaimachines zijn uitge-rust met meettastersystemen – één voor productmeting (zieAfbeelding 8) en één voor gereedschapvoorinstelling – diedata aan de besturing doorgeven. Bij een proceszekere pre-cisiemachine liggen de meetwaarden veelal ver binnen hetdoor de klant geëiste tolerantieniveau.

N r . 3 2 0 0 617

HembrugHuub Balm, international sales managerMartin Huijbers, applicatiemanagerTel. 023 - 512 49 00www.hembrug.nl

Informatie

Verspanen op hogeschoolniveau vereist hoogwaardige kennisop velerlei gebied, zoals in-/opspannen en uitrichten, metallur-gie en coatingtechniek en precisiemeten. Hembrug breidt zijnruime ervaring verder uit in internationale projecten endraagt die over via actieve procesoptimalisatie en gerichteadvisering. Een voorbeeld is de klantspecifieke oplossing vooreen bekend verspaningsprobleem; zie Afbeelding 9. De snij-kant staat in direct lijfelijk contact met het werkstuk en beïn-vloedt door uitbuiging de maatvoering negatief bij slanke pro-ducten, zeker als een lage E-modulus in het spel is.Traditioneel terugleggen van de diameter beginnend bij depunt en van daaruit langsdraaiend de contour aanbrengen,lukt niet binnen nauwe toleranties. Dat vraagt omdenken:eerst voordraaien tot een diameter gelijk aan de boldiameter(met enige toegift) en deze vervolgens van voren af opge-deeld in veel korte segmenten met geringe aanzet direct aande maat draaien. Kleine overlappingen bij het inlopen op deeinddiameter zorgen dat geen trapjes zicht- of meetbaar zijn.Een tweede voorbeeld van productspecifieke aanpak betrefthet in een opspanning harddraaien van kogelomloopmoeren,geometrisch en qua maatvoering moeilijke onderdelen; zieAfbeelding 10. Met een op de spoedhoek aangepaste stijve (≤50 N/µm) maar slanke beitelbaar – as parallel met product-as – worden alleen standaard beitelplaten gebruikt (dus geendraadsnijprofielplaten). Bij het opgedeeld snijden van het tota-le spoedprofiel wordt met een geringer contactvlak en kleine-re spaandoorsnede gedraaid dan gebruikelijk bij draadsnijdenin zacht materiaal. Met geringere verspaningskrachten (danslijpend) wordt desondanks in korte tijd het hele volumeexact volgens de gewenste doorsnede verwijderd, met eenaan geslepen delen identieke kwaliteit (spoedfout 0,5-2 µm,Ra 0,2-0,3 µm, IT-klasse 3-5).

Precisiedraaiwerk Afbeelding 9. Oplossing voor traditioneel niet te draaien dunnestift met de bol.

Afbeelding 10.(a) Opengesneden kogelomloopmoer met glanzend loopvlak.(b) Tekening van moerdoorsnede met maataanduiding.

a

b


TTot aan de uitvinding van de foto-elektrische aftasting vanlineaire verdelingen en hoekverdelingen circa 1960 was bijhet bepalen van lengtes en hoeken de scherpte van het men-selijke oog maatgevend. Maar de foto-elektrische aftasting ende daarmee mogelijk geworden elektronische verwerking vande positie-informatie zette de deur open naar micro- en laterzelfs nanomeettechniek. Daarbij speelden op het gebied vanhoge-resolutiesensoren naast de dominerende foto-elektrischemeetsystemen lange tijd alleen nog inductieve meetopnemerseen zekere rol. De razendsnelle technologische ontwikkelingop het gebied van magneetveldsensoren voor harddiskdrivesmaakte vervolgens tegen het eind van de jaren negentig deweg vrij voor magnetische sensoren in systemen voor positie-registratie met een hogere resolutie. Maar zo verschillend alsde fysische principes van foto-elektrische en magnetischesensoren zijn, zo verschillend zijn ook hun toepassingsgebie-den; zie Afbeelding 1 voor enkele optische sensoren.

Afbeelding 1. Optische lengte- en hoekmeetsensoren.

Foto-elektrisch aftastprincipeFoto-elektrische sensoren voor lengte- en hoekmetingbestaan ten minste uit een verdeling en een aftasteenheidmet belichting en foto-elementen. De aftasteenheid bevatdaarnaast meestal nog elektronische signaalverwerking; zieAfbeelding 2. Door een relatieve beweging tussen verdelingenerzijds en belichting en sensoreenheid anderzijds wordthet licht op zijn weg van de belichtingseenheid naar de foto-

N r . 3 2 0 0 6 18

SENSOREN VOOR POSITIEREGISTRATIE

De keuze voor een magnetische of foto-elektrische sensor kan een constructeur pas

maken nadat hij zorgvuldig de inbouwsituatie, de omgevingscondities en vooral de

nauwkeurigheidseisen heeft bestudeerd. In dit artikel worden de principiële verschil-

len tussen beide methoden voor positieregistratie beschreven, met hun voor- en na-

delen, afhankelijk van de toepassing en de eisen van de eindklant.

Magnetisch of foto-

Afbeelding 2. Principe van foto-elektrische aftasting.

• DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH •

18_21_Heidenhain_nr3_06 09-06-2006 09:58 Pagina 18

elementen gemoduleerd. Daarbij ontstaan afhankelijk vanhet aftastprincipe periodieke intensiteitsveranderingen.Afhankelijk van de gekozen aftastmethode bedragen deperiodes (de lengte van een sinusvormig aftast- respectieve-lijk uitgangssignaal bij foto-elektrische sensoren) tussen200 µm en 128 nm. Bij sensoren voor roterende bewegingenworden periodes tot 0,002 graden gehaald. Voor dynamischeregelkringen worden dergelijke signalen nog omhoog geïn-terpoleerd (typisch 1024- tot 4096-voudig)

Magnetisch aftastprincipeMagnetische sensoren voor positieregistratie bestaan uiteen magnetische verdeling en een aftastkop, die uit afzon-derlijke magneetsensoren en bijbehorende analyse-elek-tronica bestaat. Wanneer de aftastkop over de verdelingbeweegt, worden hierin gewoonlijk sinusvormige span-ningssignalen gegenereerd. Magnetische sensoren makengebruik van hard-magnetische metalen schaalverdelingenen magnetoresistieve aftastelementen. Daarmee kunnensignaalperiodes van 200 µm en meer worden gerealiseerd.Vanaf een signaalperiode van circa 400 µm worden ercontactloos werkende systemen met voor industrieelgebruik geschikte inbouw- en aanbouwtoleranties verkre-gen. Vanwege hun geringere magneetgevoeligheid wordenHall-sensoren gewoonlijk alleen bij duidelijk grovere ver-delingen gebruikt.

Afbeelding 3. Magnetisch aftastprincipe.

Incrementele en absolute verdelingenBij de maatrepresentaties wordt onderscheid gemaakt tussenincrementele en absolute verdelingen; zie ook Afbeelding 4.De incrementele verdeling bestaat uit een regelmatige roos-terstructuur. Wanneer men er met de aftastkop overheenbeweegt, worden daaruit meestal twee periodieke, 90°faseverschoven, sinusvormige meetsignalen geproduceerd.Hierdoor is richtingsherkenning mogelijk. Incrementeleverdelingen beschikken meestal over een tweede spoor,waarop één of meer referentietekens zijn aangebracht. Dedoor het referentieteken vastgelegde absolute positie is pre-cies aan een meetstap toegewezen.Absolute verdelingen bestaan meestal uit meerdere parallel-le sporen met verschillende, maar regelmatige structuren. Iniedere meetpositie wordt in de aftastkop een eenduidigepositiewaarde geproduceerd. Die maakt het mogelijk al bijhet inschakelen van de sensor, zonder een verplaatsing vande aftastkop, via de verdeling de absolute positie hiervan tebepalen. Hierdoor hoeft de aftastkop na het inschakelengeen referentiebeweging te maken. De nauwkeurigheid vanabsolute sensoren wordt telkens door het fijnste spoorbepaald.

N r . 3 2 0 0 619

elektrisch registreren?

Afbeelding 4. Maatrepresentaties.


Nauwkeurigheid van sensorenDe nauwkeurigheid van op een verdeling gebaseerde sen-soren wordt in principe bepaald door twee parameters. Datzijn de nauwkeurigheid van de positie van iedere delings-periode op de verdeling en de kwaliteit van het sinusvormi-ge signaalverloop binnen de meetsignaalperioden. De afwij-king van de incrementen van de streefpositie wordt aange-duid als verdelingsfout en komt voort uit het productiepro-ces. De vorm van het signaalverloop binnen een signaalpe-riode wordt echter door een groot aantal factoren beïnvloed.Naast de vorm van de incrementen is deze afhankelijk vanhet fysische aftastprincipe, het sensorontwerp, de nagescha-kelde elektronica en van externe storingsgrootheden.Uit de faseverschoven signalen van de aftastkop kunnen ookposities binnen een signaalperiode worden bepaald. In datgeval is er sprake van interpolatie respectievelijk onderver-deling. De tussenpositie wordt daarbij meestal als arctan vanhet quotiënt van de amplitudes van sinus- (0°) en cosinussig-naal (90°) berekend. Daarom kunnen meetstappen en resolu-ties worden bereikt die slechts eenduizendste van een sig-naalperiode of minder bedragen. Afwijkingen van de daad-werkelijke signaalvorm van de ideale sinus leiden bij de arc-tan-vorming tot afwijkingen binnen een signaalperiode. Eenbelangrijk criterium voor het beoordelen van de signaalvormis het aangeven van deze afwijking in procenten ten opzich-te van de signaalperiode. Bij sensoren met een hoge resolu-tie bedraagt deze minder dan 1%.

Eigenschappen van de meetprincipesDe wezenlijke verschillen tussen foto-elektrische en mag-netische meetmethoden volgen uit de bijzondere eigen-schappen van licht. Licht kan worden geabsorbeerd of gere-flecteerd. Het kan door middel van optiek gefocust of ver-strooid worden. Daardoor is het mogelijk passieve verdelin-gen in te zetten. Er gaat pas een meetbare fysische werkingvan de verdeling uit zodra deze met een intensieve lichtbronwordt belicht. Het door de verdeling heendringende respec-tievelijk gereflecteerde licht kan door middel van optiekook over vergelijkenderwijs grote afstanden (van een paar100 mm) met weinig verlies op detectoren worden afge-beeld.

Magnetische verdelingen zijn daarentegen actief. Van hengaat ook zonder externe energietoevoer een veld uit. Ditneemt echter sterk af zodra de afstand tot de verdeling toe-neemt. Als vuistregel geldt dat de magnetische fluxdichtheidop een afstand van 10% van de signaalperiode boven de ver-deling al tot 50% afneemt. Belangrijk voordeel van magne-tische verdelingen is de robuustheid ervan ten opzichte vande meeste verontreinigingen.

Een belangrijke doelstelling bij de ontwikkeling van nieu-we, op verdeling gebaseerde sensoren is de verbetering vande nauwkeurigheid. Deze speelt met name op het gebiedvan de chip-productie een grote rol. Bij foto-elektrischesystemen zijn er primair door de nauwkeurigheid van hetproductieproces en de daarbij ingezette referentiesensorengrenzen aan de verdelingsnauwkeurigheid. Foto-elektri-sche structuren kunnen in principe tot op nanometerniveaunauwkeurig worden gestructureerd. Tegelijkertijd zijn zeerkleine signaalperioden mogelijk, want zelfs bij delings-perioden kleiner dan de golflengte van het zichtbare licht iseen aftasting mogelijk, doordat gericht gebruik wordtgemaakt van buigingseffecten en interferenties.

Bij magnetische verdelingen ligt dat principieel anders.Weliswaar kunnen met geschikte methoden ook magneti-sche dragermaterialen op nanometerniveau wordengestructureerd, maar in de meettechniek hebben deze tech-nologieën uit de datatechniek geen betekenis. De oorzakenhiervoor zijn de afhankelijkheid van het in de aftastkopanalyseerbare magneetveld van de grootte van een magne-tische periode op de verdeling en van de afstand van deaftastkop tot het oppervlak van de maatrepresentatie. Hoekleiner de magnetische incrementen worden, des te dichtermoet een sensor langs de verdeling worden geleid.Bovendien neemt de afstandsgevoeligheid sterk toe. In hui-dige harddiskdrives bedraagt de aftastspleet tussen mag-neetspoor en leeskop minder dan 20 nm. Dit vergt absolu-te stofvrijheid. Het openen van een diskdrive leidt daaromonherroepelijk tot uitval. Ondanks de hoge eisen aan deomgevingscondities in de diskdrive komt het tot fouten bijhet uitlezen van de data. Daarom moeten uitgekiende cor-rectiemethoden de integriteit van de data waarborgen en erzo nodig voor zorgen dat een dataspoor nogmaals wordtuitgelezen.In de meettechniek moeten de signalen echter bij de eersteuitlezing al correct en bovendien interpoleerbaar zijn. Ookvolledige stofvrijheid is bij vrijwel alle toepassingenonmogelijk. Daarom zijn bij magnetische sensoren afhan-kelijk van de toepassing signaalperiodes van 200 µm enmeer gebruikelijk geworden. De meeste systemen werkenmet signaalperiodes van 400 µm tot 1 mm. Binnen ditbereik kunnen veldsterktes worden behaald die een goedestoringsbestendigheid garanderen. En dit, dankzij het mag-netische principe, in verregaande mate onafhankelijk vanverontreinigingen door vloeistoffen of stof.

De nauwkeurigheid van magnetische verdelingen kan dievan foto-elektrische verdelingen evenaren. Door de in ver-houding vereiste grote signaalperioden is de afwijking bij

N r . 3 2 0 0 6 20

SENSOREN VOOR POSITIEREGISTRATIE


magnetische aftasting echter ongeveer een factor 10 tot 100groter dan bij foto-elektrische aftasting. In dezelfde mategeringer is daardoor ook de haalbare systeemnauwkeurig-heid. Voor de gebruiker betekent dit dat assen die met mag-netische sensoren zijn uitgerust, voor wat betreft positione-ringsprecisie, gelijkloop en dynamiek achterblijven bijassen met foto-elektrische sensoren. Tegelijkertijd liggengeluidsontwikkeling en energieverbruik hoger. Daar staattegenover dat de langere signaalperiodes van magnetischesystemen meestal grotere aanbouwtoleranties toelaten.

Typische toepassingenDe meeste nauwkeurige meetassen worden voorzien vansensoren met een eigen lagering. Dat betekent dat de rela-tieve beweging tussen aftasteenheid en verdeling door eeninterne lagering van de sensor wordt gestuurd. Sensorenmet een eigen lagering garanderen een zeer nauwkeurigetoewijzing van verdeling en aftasteenheid. Bovendienmaken zij vergaande afscherming tegen vocht en verontrei-nigingen mogelijk en zijn ze door de gebruiker eenvoudigte monteren. In sensoren met eigen lagering komen devoordelen van magnetische systemen daarom niet tot hunrecht. Dit leidt ertoe dat in sensoren met eigen lagering

vrijwel uitsluitend foto-elektrische aftastmethodes wordeningezet.Maar niet alle meettaken zijn op te lossen met afgescherm-de sensoren. In toepassingen waarbij grote holle-asdiame-ters nodig zijn, hoge relatieve snelheden optreden ofafdichtingen ontoelaatbare wrijvingskrachten, respectieve-lijk -momenten zouden veroorzaken, worden sensorengebruikt die als open of modulair worden aangeduid.Bescherming tegen verontreinigingen is bij open sensorenbijna niet mogelijk. Daarom worden foto-elektrische syste-men hier alleen toegepast wanneer de omgevingsconditiesverontreinigingen in verregaande mate uitsluiten en erhoge precisie of resolutie nodig is. Dit is bijvoorbeeld hetgeval in machines in de halfgeleider- en de elektronica-industrie. Daar worden onder cleanroom-condities openfoto-elektrische sensoren uit de hoogste nauwkeurigheids-klassen ingezet. Wanneer echter de robuustheid ten opzich-te van omgevingsinvloeden of gematigde nauwkeurig-heidseisen vooral binnen een signaalperiode centraal staan,dan zal de keuze bij open sensoren vallen op een magne-tisch systeem. Voorbeelden hiervoor zijn C-assen vandraaibanken, freesspillen en rotatie- en drukmachines.

N r . 3 2 0 0 621

HEIDENHAIN NEDERLANDTel. 0318 - 58 18 00www.heidenhain.nl

Informatie

Afbeelding 5: In draaibank ingebouwde magnetisch ERM-sensoronder vervuilingsbelasting.


BBosch Rexroth is de aandrijftechniekpoot van het Bosch-concern, vooral bekend van zijn automotive-tak en de huis-houdelijke apparaten. Bosch Rexroth behaalt met zo’n26.000 medewerkers een omzet van ruim 4 miljard euro(4,6% gaat naar R&D) en levert hydrauliek, pneumatiek,lineaire motoren en elektrische aandrijvingen en besturin-gen. Het aanbod van Electric Drives and Controls omvatintelligente aandrijftechnologie, schaalbare besturingshard-ware, motoren met hoge dynamiek en open automatise-ringsoplossingen gebaseerd op internationale standaarden.Markten die worden beleverd, zijn onder meer de automoti-ve, de voedings- en verpakkingsindustrie, de bosbouw en demetaalbewerkingsmachinebouw. Met de overname vanNyquist zijn daar de halfgeleider- en de medische industriebij gekomen.

Motion controlTijdens de PiB-dag verzorgde Kees-Jan Leliveld, hoofdDevelopment and Engineering, semiconductor and medi-cal, een introductie in motion control. Daaronder wordentegenwoordig alle aspecten van besturing en handling vande te bewegen massa en de terugkoppeling met een servo-systeem verstaan. De hardware van een motion systeem

bestaat uit analoge en/of digitale versterkers/drivers en uitactuatoren/motoren, waarbij de keuze is tussen servo-,stappen-, piëzo- en lineaire motoren. Leliveld ging kort inde op de eisen die verschillende markten stellen. In desemicon gaat het onder meer om kleine footprint (vloer-oppervlak in de dure cleanroom), flexibiliteit, korte time-to-market, compacte uitvoering met veel assen en I/O, enzeer hoge prestaties. Voor medische toepassingen zijnonder meer veiligheid en modulariteit van belang.Vervolgens presenteerde Leliveld het NYCe4000 motioncontrol platform dat bij uitstek geschikt is voor applica-ties die bewegingen c.q. verplaatsingen met nanometer-precisie vereisen. Hij toonde de functionaliteit van hetplatform en lichtte er het programmeren van het mecha-nisme voor een specifieke applicatie uit; daarbij zijnzowel de kinematica van de te bewegen massa als de kali-bratie van de besturing van belang.

Hoge nauwkeurigheidMotion engineers van Bosch Rexroth presenteerden vervol-gens concrete toepassingen. Zo werd voor een fabrikant vanback-end semicon-apparatuur een dispensermodule ontwik-keld. Deze module moet met hoge snelheid (vanwege een

N r . 3 2 0 0 6 22

PRECISIE-IN-BEDRIJF-DAG

Aansluitend op de Algemene Ledenvergadering van de NVPT vond op 10 mei een

Precisie-in-Bedrijf-dag plaats bij Bosch Rexroth Electric Drives and Controls in

Eindhoven. Het vorig jaar door multinational Bosch Rexroth (‘The Drive & Control

Company’) overgenomen Nyquist Industrial Control levert aandrijf- en besturings-

techniek voor onder meer de halfgeleider- en de medische industrie. Na een introduc-

tie in motion control volgden presentaties en demonstraties van toepassingen, bij

Bosch Rexroth zelf en bij buurman OTB, bouwer van onder meer productielijnen van

zonnecellen.

Bosch Rexroth Electric

22_23_Precisie in Bedrijfdag_nr3_06 08-06-2006 01:43 Pagina 22

hoge productieopbrengst) en hoge nauwkeurigheid de ‘lijm’aanbrengen waarmee dies (de afzonderlijke chips van eenwafer) op een substraat worden bevestigd. Voor de aandrij-ving van deze module viel de keuze op stappenmotoren.Aandachtspunten bij het ontwerp van de besturing waren deoptimalisatie van de bewegingsprofielen en de vereiste hogestuurstromen.Een voorbeeld dat de harten van de aanwezige precisietech-nologen sneller deed kloppen, was de besturing van een pre-paraathouder voor een elektronenmicroscoop. Hier lag deuitdaging in zeer hoge nauwkeurigheden bij juist zeer lagesnelheden. Voor de preparaathouder werd een 5-assigepiezo-stage ontworpen die op de meest kritische assen eenpositienauwkeurigheid van 50 nm en een minimale snelheidvan 50-100 nm/s moest kunnen leveren. Voor de aandrijvingviel de keuze op piëzo-motoren, onder meer vanwege eengrote slag (300 mm), de hoge nauwkeurigheid en kleinesnelheden, de vacuümcompatibiliteit en de beperkte hoe-veelheid bedrading. Wel moest het ontwerp van de besturingzorgen voor compensatie van de sterk niet-lineaire karakte-ristiek van de piëzo-motoren.

InnovatieAls voorbeeld van een innovatie op het gebied van motioncontrol werd tot slot het Linear Motor System (LMS) gepre-senteerd dat Bosch Rexroth Electric Drives and Control ont-wikkelde in opdracht van en samen met OTB, het naburigebedrijf dat onder meer productielijnen voor zonnecellen endisplays bouwt. De zonnecel-lijn bestaat voor een deel uitprocessen die in vacuüm moeten plaatsvinden. OTB vroegom een systeem dat meerdere dragers tegelijk, elk met eeneigen snelheid, kan transporteren en dat kan opereren invacuüm. Het deel van het transportsysteem dat in vacuümbeweegt mocht geen kabels en geen elektronica bevatten enregistratie van de dragerpositie moest contactloos gebeuren.De keuze viel op een lineaire motor; alleen heeft die in deconventionele opzet de elektromagnetische spoel met bijbe-horende elektronica bevestigd aan het te bewegen systeem(de drager). Deze drager moest echter in het vacuüm bewe-gen. Daarom werd het principe van de lineaire motor‘omgekeerd’. De spoelen werden in de vaste buitenwereldgepositioneerd en de dragers werden voorzien van vastemagneetstrips met de bekende, alternerende Noord-Zuidopstelling. Besturing van de dragerbewegingen werd gere-aliseerd door het ‘programmeren’ van de spoelstromen.

Dit principe werd uitgevoerd tot een werkend systeem, datwerd ingebouwd in de zonnecel-lijn. De bezoekers van dePrecisie-in-Bedrijf-dag konden het LMS in werking bijOTB aanschouwen. Dat vormde de bekroning van eengeslaagd NVPT-evenement.

Het Linear Motor System.

N r . 3 2 0 0 623

Drives and Controls

www.boschrexroth.com/brcwww.otb.nl

Informatie

22_23_Precisie in Bedrijfdag_nr3_06 08-06-2006 01:43 Pagina 23

VVijfentwintig jaar na de oprichting van Mitutoyo Nederlandblikt de huidige directeur Jacques van der Weiden terug opeen periode van onafgebroken groei en meettechnische ver-nieuwingen. Daarvoor genoot Mitutoyo vooral bekendheidals leverancier van kleine meetmiddelen, die op de marktgebracht werden door een agentschap in Groningen: naastschuifmaten ook schroefmaten, meetklokken en dergelijke.Het verwierf er naamsbekendheid en faam mee vanwege debijna spreekwoordelijke roestvastheid en precisie; zieAfbeelding 1.

Van der Weiden: “Om de markt te laten zien dat Mitutoyomeer te bieden had dan handmeetmiddelen, werd beslotentot een eigen vestiging, die nog vijf jaar opereerde vanuithet hoge noorden. Toen was het aantal medewerkers algegroeid van 9 tot 30 en werd het noodzakelijk om naareen nieuwe behuizing om te zien. Die vonden we in ’86 inhet centraal gelegen Veenendaal. Intussen had de markt debreedheid van ons leveringsprogramma ontdekt en ver-kochten we ook meetprojectoren, eindmaten, hoogte-meters, ruwheidsmeters, hardheidstesters en optischeapparatuur.”

De oprichting van de eigen vestiging in 1981 was tevens hetstartpunt van de opmars van de 3D-coördinatenmeetmachi-ne (CMM) in de Nederlandse industrie. Op dit gebiedbouwde Mitutoyo zijn positie al gauw uit tot marktleider;tegenwoordig zijn zes van de tien machines van dit fabri-kaat, zo luidt de claim; zie Afbeelding 2. Ook in anderecategorieën, van handgereedschap tot optische systemen,beloopt het marktaandeel in de lage landen 50% of meer. In1990 werd in Veenendaal een productievestiging voorCMM’s geopend. Inmiddels hebben van daaruit zo’n 4000machines hun weg gevonden naar klanten in Europa. Vanelke tien CMM’s die Mitutoyo wereldwijd produceert, is eréén ‘Made in Holland’.

N r . 3 2 0 0 6 24

MITUTOYO 25 JAAR IN NEDERLAND

Een kwart eeuw geleden opende de Japanse fabrikant van meetinstrumenten

Mitutoyo een eigen vestiging in Nederland. In de jaren daarop ontwikkelde de onder-

neming zich tot belangrijk leverancier van meetinstrumenten en -machines én als

dienstverlener op meettechnisch gebied. Zo werden faciliteiten opgezet voor research,

kalibratie, opleidingen en probleemoplossing in het algemeen.

Van schuifmaten tot meettechnische

• Hans Koopmans •

Afbeelding 1. Oud en nieuw: de in 1934 door Mitutoyo ontwikkel-de schroefmaat en een eigentijdse digitale uitvoering.

24_28_Mitutoyo_nr3_06 09-06-2006 10:05 Pagina 24

Afbeelding 2. De Rooy Slijpcentrum in Eindhoven zet een Crysta-Apex C9206 coördinatenmeetmachine in voor de eindcontrolevan uiteenlopende producten, op eigenschappen als vlakheid,rondheid en haaksheid.

ResearchDe ruime showroom in Veenendaal weerspiegelt het meet-technische arsenaal dat vele Nederlandse ondernemingenhet technisch fundament verschaft onder hun kwaliteits-beleid. Maar, zo benadrukt Van der Weiden, een hoogwaar-dig leveringspakket is slechts één kant van de zaak.Dienstverlening is minstens zo belangrijk. MitutoyoNederland vult dat op verschillende manieren in. “Alsgrootste meettechnische concern doet Mitutoyo heel veelaan research. Het concern stelt zich ten doel om ieder jaarminstens honderd nieuwe of vernieuwde producten op demarkt te brengen. In het begin was die research voorname-lijk in Japan geconcentreerd, later werden ook eldersresearchlaboratoria opgezet. In Nederland doen we sinds1990 aan metrologisch onderzoek; dat is begonnen met eensamenwerking met de TU Eindhoven en inmiddels werkenwe samen met meer universiteiten in Nederland en Europa.”

Zo is een rekentechniek ontwikkeld voor softwarematigecompensatie van CMM’s en een kalibratiemethode voor decontrole van lange- en stappeneindmaten; beide techniekenvinden wereldwijd toepassing. De researchafdeling groeideuit tot een zelfstandige organisatie onder de naam ResearchCenter Europe en verhuisde kortgeleden naar een eigenonderkomen in Best met vier geconditioneerde meetlabora-toria. De officiële opening in juli valt net één dag voor het25-jarig jubileum.

Afbeelding 3. Mitutoyo Nederland-directeur Jacques van derWeiden:“In Nederland doen we sinds 1990 aan metrologischonderzoek.”

N r . 3 2 0 0 625

leverancier probleemoplosser


KalibratieserviceNaast onderzoek – bijvoorbeeld in het kader van probleem-oplossing bij klanten – vormt kalibratie en certificering eenbelangrijk facet van dienstverlening. Sinds 1994 heeftMitutoyo Nederland een RvA (Raad voor Accreditatie)erkenning. Dat houdt in dat de afdeling Calibration Servicecertificaten mag afgeven voor de kalibraties van CMM’s,eindmaten en stappeneindmaten. Door de inspanningen vanhet Research Center behoort deze faciliteit tot de beste terwereld. In 2002 behaalde de afdeling TD-Repair de benodig-de RvA-erkenning voor het kalibreren van schuifmaten,

schroefmaten en meetklokken, iets later voor 3-punts bin-nenschroefmaten en hoogtemeters. Bij de kalibraties wordt,geheel volgens de EA- en ISO-richtlijnen, rekening gehou-den met de meetonzekerheid. Om deze zo gering mogelijk tehouden, beschikt de afdeling over geavanceerde geautomati-seerde meetopstellingen die de invloed van de operator ophet meetresultaat elimineren. In 2003 werden de RvA-kali-bratiemogelijkheden andermaal uitgebreid. Ook voor pro-fielprojectoren, meetmicroscopen en de beeldverwerkings-systemen Quick Image Quick Scope en Quick Vision is erthans kalibratieservice.

KennisoverdrachtMet de oprichting in 2000 van het Mitutoyo Institute ofMetrology (MIM) Nederland werd opnieuw een aspect vande concernfilosofie op nationaal niveau ingekleurd.Kennisoverdracht is in de optiek van de Japanse onderne-ming een belangrijke vorm van dienstverlening. Van derWeiden: “De oprichting voorzag beslist in een behoefte; al inhet eerste jaar volgden ruim driehonderd mensen een MIM-cursus. Die belangstelling is niet verflauwd; bij het eerstelustrum dat we onlangs mochten vieren, stelden we vast datzo’n 1500 cursisten hun meettechnische kennis hebben ver-sterkt via een van de vele cursussen. Ze waardeerden deopleidingen met een gemiddeld rapportcijfer van 8,1.”

N r . 3 2 0 0 6 26


Steeds vaker worden digitale meetinstrumenten ingezet. Metde aanvankelijke nadelen, zoals de storingsgevoeligheid en hetvoor gebruik zorgvuldig op nul moeten stellen, is door deintroductie van het gepatenteerde Absolute-systeem vanMitutoyo in één klap afgerekend.Een conventioneel digitaal instrument bepaalt de verplaatsingten opzichte van het door de gebruiker ingestelde nulpuntdoor pulsen te tellen. Een arbeidsintensieve klus voor de elek-tronica, die relatief veel energie vergt.Verplaatst men de sledete snel dan raakt het systeem de tel kwijt, wat resulteert ineen verkeerde waarde of een foutmelding. Is het nulpunt nietgoed ingesteld, dan geeft dat ook een verkeerde waarde, wantde elektronica registreert alleen verplaatsingen, geen absolutepositie.Bij het Absolute-systeem bepaalt de elektronica de werkelijkepositie aan de hand van het bijzondere koperpatroon dat inde liniaal is verwerkt. Met één keer ‘kijken’ is de werkelijkepositie bepaald; er hoeven geen duizenden pulsen vanaf hetstartpunt geteld te worden. Daardoor is het energieverbruikveel lager en treden er geen telfouten op. Ook met het instel-len van het nulpunt kan men geen fouten maken. Het is vol-

doende om de referentie één keer in te stellen na het ver-vangen van de batterij; bij een schuifmaat is dat maar eens inde 3,5 jaar. Het systeem is ook ongevoelig voor vuil en vocht.Bij een conventioneel, capacitief systeem kunnen deze invloe-den de elektrische capaciteit van de kopervlakjes in liniaal enslede (die samen als het ware kleine condensatoren vormen)beïnvloeden. Die is immers afhankelijk van het medium tussende kopervlakjes. Bij het absolute meetsysteem van Mitutoyo,gebaseerd op inductie, heeft men daar geen last van. Hierbij issprake van elektromagnetische spoeltjes in liniaal en sleden;vocht en olie hebben geen invloed op de goede werking.Toepassing van het absolute meetprincipe is momenteel eenvan de speerpunten in de productontwikkeling van deJapanse fabrikant. In eerste instantie toegepast op de digitaleschuifmaat, wordt het in steeds meer meetmiddelen doorge-voerd, zoals schroefmaten, hoogtemeters, meetklokken enopbouwlinialen voor digitale aflezing.Vaak gaat het om com-binaties met andere technologische evoluties, zoals batterij-loze voeding (met een zonnecel) en bescherming tegenongunstige omgevingscondities, bijvoorbeeld koel- en snij-vloeistof.

Absolute positiebepaling

Afbeelding 4.


De belangstelling voor de MIM-activiteiten (standaardcur-sussen op het gebied van onder meer geometrische product-beoordeling, vormen plaatstoleranties en kalibratietech-niek, alsmede bedrijfsinterne opleidingen en themadagen)neemt nog steeds toe. Vandaag de dag legt MIM Nederlandzich toe op de ontwikkeling van nieuwe themadagen,bedrijfsopleidingen ‘op maat’ en optimalisering van les-materiaal. In 2005 behaalde MIM een ISO-certificering.

Afbeelding 5. Kennisoverdracht tijdens een MIM-themadag.

Afbeelding 6.

Eerstelijns-ondersteuningMeer en meer komt in de relatie met de markt de nadruk teliggen op het ontwikkelen van meettechnische probleem-oplossingen, waarbij de levering van gereedschap en appara-tuur slechts één aspect is. Ook in ons land heeft Mitutoyo er

daarom welbewust voor gekozen alle klantondersteunendeactiviteiten – producttraining, installatie, opleidingen, repa-ratie, onderhoud, kalibratie en meettechnische probleem-oplossing – onder één dak samen te brengen: het M3Solution Center. Het centrum in Veenendaal is, zo legt Vander Weiden uit, te beschouwen als een ‘eerstelijns’-onder-steuning. Komt men er hier niet uit, dan wordt een beroepgedaan op het M3 Solution Center in Neuss, Duitsland, tezien als ‘tweedelijns-voorziening’. Ook wordt daar geavan-ceerde apparatuur die niet aanwezig is in de diverse nationa-le vestigingen gedemonstreerd, zoals het CARB-strato meet-systeem voor complete autocarrosserieën; zie Afbeelding 7.

ImagoAl direct na de oprichting van de Nederlandse vestiging in1981 kon Mitutoyo zich goed profileren als ‘leverancier vanmeer dan alleen handmeetgereedschap’. Nu wordt het voor-al geassocieerd met CMM’s en beeldverwerkings- en anderegeavanceerde meetsystemen. Daarmee is een evenwichtigerbeeld gecreëerd. De directie meent dat de tijd nu andermaalrijp is voor een imago-correctie. De nieuwste innovaties opapparatuurgebied (zie het kader op de volgende pagina)geven Mitutoyo recht op een plaats in het topsegment van demeettechnische aanbieders en die boodschap wordt de laat-ste jaren intensief naar de markt gecommuniceerd.

AuteursnootHans Koopmans is freelance tekstschrijver te Apeldoorn.

N r . 3 2 0 0 627

Mitutoyo NederlandTel. 0318 - 53 49 11www.mitutoyo.nl

InformatieAfbeelding 7. CCM in het M3 Solution Center te Neuss (D).


N r . 3 2 0 0 6 28


De high-end CMM Legex (Afbeelding 8) garandeert een nauw-keurigheid van 0,35 + L/1000 µm (met meetlengte L in mm).De machinebasis is vervaardigd van een speciale gietijzersoortdie een maximale stijfheid paart aan een maximale trillings-demping. Om de stijfheid en thermische stabiliteit verder teverhogen, is de keramische gecoate Y-as als integraal onder-deel van het frame gegoten. Speciale constructieve maatrege-len zijn genomen om de ‘pitch’- en ‘jaw’-fouten te eliminerenen de dynamische precisie te verhogen. Zo werken X- en Y-asonafhankelijk van elkaar; de beweging van de X-slede veran-dert in genen dele de belasting van de Y-slede en vice versa.Om de effecten van intern opgewekte trillingen te minimalise-ren, wordt een speciale zwevende constructie toegepast voorde geleiding van de kogelomloopspillen. Hierdoor wordt deslede van de servomotor mechanisch geïsoleerd. De Legex isvoorzien van linialen van een speciale glassoort met een ultra-lage lineaire uitzettingscoëfficiënt (0,01 µm/m K-1). De extre-me nauwkeurigheid blijft daardoor bij temperatuurschomme-lingen behouden. De linialen worden bovendien zo gemon-teerd dat de hysteresefout slechts een vijfde bedraagt van dievan eerdere modellen.Terwijl de omgevingstemperatuur bij‘conventionele’ CMM’s binnen nauwe grenzen moet blijven, isde thermische stabiliteit van de Legex zo goed dat deze pro-bleemloos tussen 18 en 22 °C ingezet kan worden.

Afbeelding 8. De Legex CMM.

De Quick Vision Stream (Afbeelding 9) werd genomineerd voorde Techni-Show Innovation Award 2006. Bij deze vision-meet-machine wordt slim gebruik gemaakt van stroboscopischebelichting waardoor het mogelijk is in de machinebewegingmetingen aan objecten uit te voeren. Hiermee onderscheidt deapparatuur zich van conventionele vision-meetmachines, die ein-deloos de cyclus herhalen van verplaatsen, stoppen, meten en

opnieuw starten van de beweging. Het rendement ten opzichtevan conventionele machines kan tot vijf maal hoger zijn.

Afbeelding 9. De Quick Vision Stream.

Een ander voorbeeld vormen de CNC-machines voor hetmeten van ruwheid, contour en vorm bij grote series. Om100% zekerheid te verkrijgen omtrent de functionele werkingvan hoogwaardige producten, volstaat steekproefsgewijze pro-ductie vaak niet meer.Tegelijkertijd wordt kwaliteitscontrolesteeds meer een integraal onderdeel van de productie. Metdie ontwikkelingen voor ogen, hebben de constructeurs vanMitutoyo CNC-technologie ingezet voor snelle oppervlakte-,contouren vormmeting van grote aantallen onderdelen diebijvoorbeeld in de automobielindustrie worden verwerkt.Met het UMAP-meetsysteem (Afbeelding 10) speelt Mitutoyoin op de vraag naar meetmiddelen voor kleine onderdelen vanhoogwaardige producten die aan hoge nauwkeurigheidscriteriamoeten voldoen, zoals diskdrives van pc’s en digitale camera’s.Het UMAP Vision System Hyper 302 is een ‘hybride’ meet-machine met een vision- en een tastkop. Met een speciaal tast-systeem, gebaseerd op ultrasone trillingen en voorzien vaneen 2 mm lange tastnaald met een 30 µm kogel, kunnen ondermeer zeer kleine diameters (tot 0,03 mm) worden gemeten.

Afbeelding 10. Het UMAP-meetsysteem, met een vision- eneen tastkop.

Innovatieve machineconcepten


N r . 3 2 0 0 629

PRECISIEPORTAAL: NAUWKEURIG WEGEN

• Jeroen Heijmans •

NNadat het PrecisiePortaal ruim twee jaar in de lucht wasgeweest, met gemiddeld meer dan tachtig bezoekers per dag,besloot de NVPT onlangs haar website een nieuw jasje tegeven en de functionaliteit te verbeteren en uit te breiden.Daarnaast werd een aantal hardnekkige fouten in de siteaangepakt.

Nieuwe websiteOp de homepage is nu duidelijker zichtbaar welke activitei-ten de NVPT organiseert en wordt aan de rechterzijde wis-

selend een artikel gepresenteerd uit de PrecisieMatrix, terillustratie van de veelzijdige en interessante inhoud vandeze database. Tevens kunnen gebruikers zich eenvoudigopgeven voor de NVPT-mailinglist, om op de hoogte teblijven van de nieuwste ontwikkelingen.Momenteel is de redactie van het PrecisiePortaal bezig omnaast de verdere invulling van de bestaande onderdelennieuwe pagina’s toe te voegen. Zo wordt er gewerkt aaneen overzicht van belangrijke spelers in de precisietech-nologie in Europa en aan een ‘precisie-calculator’, en zal

Het PrecisiePortaal

VernieuwdTrots presenteert de NVPT haar vernieuwde website,het PrecisiePortaal. Er is de afgelopen tijd hardgewerkt aan evaluatie, vormgeving en herprogram-mering. In de komende maanden volgt uitbreidingom nog meer kennis uit het vakgebied te kunnenpresenteren.

Belicht: nauwkeurig wegenIn deze terugkerende rubriek tevens aandacht vooreen interessante publicatie uit het verleden.Ditmaal over het ontwerp van een nauwkeurigeweegschaal, uit het artikel “Wegen met behulp vantrillende snaren” in Mikroniek nr. 5 van 1987. Ditartikel was geschreven aan de hand van een lezingdoor C. Langerak, werkzaam bij Van BerkelNederland BV, bij het 85-jarig bestaan van deLeidse Instrumentmakersschool.

29_33_Precisieportaal_nr3_06 09-06-2006 10:48 Pagina 29

het onderwerp vacuümtechnologie uitgebreid wordenbesproken. Daarbij zijn vertegenwoordigers van bedrijvenen kennisinstellingen van harte uitgenodigd om hunberichten, nieuwtjes en artikelen te plaatsen op de website.Deze zijn met een druk op de knop te ‘uploaden’ en zettenzo op eenvoudige wijze de afzender in het spotlicht.

Artikel uit de PrecisieMatrix

Ditmaal wordt uit de database PrecisieMatrix besprokenhet ontwerp van een weegschaal op basis van de frequen-tieverschuiving van een belaste, trillende snaar. Het isdaarbij vermeldenswaardig dat op ‘een fijnmechanischedag’ in 1967 dr. M. Gallo een lezing hield over ‘een nieuwelektrodynamisch weegprincipe’. Deze lezing isbeschreven in Mikroniek nr. 11 van 1967, en ondanks con-structieve verbeteringen sindsdien beschrijft dit artikel alhet principe en de realisatie van een commercieel ver-krijgbare weegschaal. Ook dit artikel is na te lezen in dePrecisieMatrix.De onderstreepte woorden in onderstaande tekst zijn bruik-baar als zoekterm in de website, waarmee interessante resul-taten zijn te vinden.

Wegen met behulp van trillende snarenHet artikel beschrijft het principe en de mechanische uit-voering van een ‘massameetdoos’, waarmee de verhoudingvan een onbekende massa tot een bekende massa wordtomgezet in een verhouding van de frequentie van twee tril-lende snaren. Deze frequentieverhouding is langs elektroni-sche weg gemakkelijk te presenteren als weegresultaat ofanderszins te verwerken.

Naast nauwkeurig en betrouwbaar functioneren wordt ooksnelheid verlangd. Als praktische maat voor de snelheid vaneen weeginrichting geldt het aantal betrouwbare metingenper minuut. De tijdsduur van het feitelijke wegen wordtbepaald door de trillingstijd van het systeem. Moderneweegsystemen onderscheiden zich vooral door de manierwaarop deze trillingstijd is teruggedrongen. Tweehonderdwegingen per minuut is mogelijk, zodat de capaciteit van eeninstallatie in feite wordt bepaald door het transportmecha-nisme voor het weeggoed.

Om sneller te kunnen wegen, kwamen de weinig‘meegevende’ of ‘harde’ meetsystemen in gebruik. Hetsignaal wordt dan bijvoorbeeld gegeven door een piëzo-elektrisch kristal, een inductieve verplaatsingsopnemer, ofmet behulp van stugge elastische elementen met rek-

strookjes die de vervorming meten. Van deze laatsten –ook wel loadcellen genoemd – zijn thans diverse typen inde handel verkrijgbaar.Er zijn andere ‘wegarme’ dynamometers (dynamometerbetekend krachtmeter) bekend, zoals de dynamometerwaarbij de kracht ten gevolge van de last – het gewicht –elektrodynamisch wordt gecompenseerd met behulp vaneen spoel die in een vast magneetveld beweegt (duik-spoel). De benodigde stroom op de spoel geeft volgens eenlineair verband de massaverandering weer. Het signaal isgroot en het systeem is betrouwbaarder omdat gemetenwordt volgens het principe van de ‘vaste evenwichts-stand’, zoals bij de klassieke balans.

Bij het te beschrijven weegprincipe van Van Berkel wordtook een groot uitgangssignaal verkregen, en wel doorgebruik te maken van het verband tussen de frequentie vaneen trillende snaar en de kracht waarmee de snaar wordtgespannen. Met toenemende belasting neemt de eigenfre-quentie van een trillende snaar toe en deze belasting-analoge eigenfrequentie wordt gemeten. Dit verband isfysisch goed bepaald, onafhankelijk van vocht en stof enzeer gevoelig voor een verandering van de belasting –denk aan het stemmen van een snaarinstrument. In Figuur1 is links een elastische krachtmeter aangegeven waarbijslechts een kleine elastische rek wordt gemeten, bijvoor-beeld met behulp van rekstrookjes.

Figuur 1. Links de lineaire karakteristiek van een elastische kracht-opnemer; rechts de niet-lineaire karakteristiek van het verbandtussen frequentie en spankracht bij een snaar.

Uitwerking van het principeIn Figuur 2a wordt de trillende snaar gevormd door een me-talen draad Sq bevestigd aan een vast frame en op trek belast,Q, door de te meten massa q.

N r . 3 2 0 0 6 30



Figuur 2.(a) de frequentie van de snaar Sq is afhankelijk van de trekkracht;(b) de frequentieverhouding van twee identieke snaren hangtsamen met de wortel uit de massaverhouding q/p;(c) een constructief en regeltechnisch betere uitvoering: de onbe-kende massa q verhoogt de spankracht in S1 en verlaagt deze inS2.

Als de snaar wordt aangeslagen dan trilt deze transversaalmet de grondfrequentie f1. In de grondfrequentie heeft hetmiddendeel de grootste amplitude, zoals is getekend inFiguur 2 links. Frequentie f is bij benadering evenredig aande wortel uit de op de snaar uitgeoefende spankracht Q. Informulevorm:

met n = 1 voor de grondfrequentie (eerste mode) en M detotale massa van de snaar. De frequentie verandert dus nietlineair met de belasting.

Deze opstelling kan wezenlijk worden verbeterd door hetgebruiken van twee identieke snaren, zie Figuur 2b, en eenvan de snaren, Sq, te belasten met het veranderlijke gewichtq van de te meten massa q en de andere snaar, Sp, te belas-ten met de constante referentiemassa p. De verhouding vanq en p levert een massaverhouding op, omdat de versnellingvan de zwaartekracht wegvalt. De twee meetsnaren zijndaarbij identiek en op gelijke temperatuur. Omdat het om deverhouding van hun frequenties gaat, vallen de snaarlengtesweg en wordt zichtbaar dat het systeem ongevoelig is voortemperatuurveranderingen.

Een verbetering van de twee ontkoppelde snaren is de inFiguur 2c aangegeven constructie. De twee snaren S1 en S2worden door het gewicht p van de referentiemassa in gelijkemate voorgespannen, terwijl het gewicht q de snaar S1verder belast en tegelijkertijd de snaar S2 gedeeltelijk ont-

last. Dit is uitgewerkt in het vectordiagram van de krachtenP en Q in Figuur 3.Het blijkt nu dat als de hoek waaronder de kracht Q aan-grijpt, zodanig is gekozen dat de ontbonden kracht Q1driemaal zo groot is als de ontbonden kracht Q2, de verhou-ding van de twee snaarfrequenties, f1 / f2, in een bepaaldgebied een lineaire functie is van de verhouding van de tweemassa’s, mq / mp.

Figuur 3: Krachtenverdeling over beide snaren.

Een optimaal gejusteerd snarensysteem heeft een grootstelineairiteitsfout van 0,2 promille wanneer de toegevoegdespankracht Q1 op de eerste snaar ongeveer een tiende deel isvan zijn voorspanning.De hoeken α en β in het diagram veranderen niet bij hetscheefstellen van de weegschaal – de verhouding van F1 enF2 blijft constant. Dit betekent dat het systeem in principeongevoelig is voor kantelen. Hoewel ook andere effectenmeetellen, is een scheefstand van 5 op 100 cm mogelijk enis er geen waterpas vereist.

De trillende snaarDe ‘snaar’ is uitgevoerd in band van 0,36 x 0,10 mm.Opgemerkt moet worden dat bovenstaande vergelijking voorde eigenfrequentie geldt voor buigslappe snaren. Aangeziende gebruikte snaren een niet te verwaarlozen buigstijfheidbezitten, is hiervoor gecompenseerd door een drukkrachtaan te brengen ter grootte van de knikkracht. Van deze snaarwordt de tweede eigenfrequentie gebruikt (n = 2), waardoorde gebruikte frequentie rond de 15 kHz ligt; zie Figuur 4.Hiermee ligt deze buiten het geluidsirritatiegebied. Om het energieverlies ten gevolge van de luchtweerstand ende aanwezige demping te compenseren, wordt er energie inhet systeem gebracht. Dit gebeurt door op de snaren welkezich tussen twee magneten bevinden een wisselstroom tezetten.

N r . 3 2 0 0 631

lM

Qn

A

Q

l

nf

22==

ρ


Figuur 4.Van links naar rechts:(a) de grondtrilling;(b) vervorming bij de inklemming;(c) de gebruikte tweede eigenfrequentie;(d) isolatie van uitwendige trillingen met behulp van vering endemping.

UitvoeringEen rustig opgesteld meetsysteem zal na het plaatsen vaneen gewicht na 0,3 seconde door middeling van driemetingen met een duur van 100 ms de juiste massaver-houding p/q weergeven. Bij uitwendige verticale stoor-trillingen ontstaan op de massa’s p en q traagheidskrach-ten. Voor een foutloze meting moeten de op het snarensys-teem werkende krachten, zoals de twee storende traag-heidskrachten, in dezelfde verhouding staan als de tweestatische gewichten p en q. Dit is voor langzame stoor-trillingen van de bodem altijd het geval. De massa q en devoorspanmassa p trillen dan in fase ten opzichte van elkaar.Frequenties boven de 20 Hz leiden echter tot afwijkingenvan de juiste meetwaarde. Met behulp van een veer en dem-ping in elk van de kanalen kan de fout door uitwendige trillin-gen worden gereduceerd tot praktisch nul; zie Figuur 4d.

De constructieFiguur 5 toont de werkelijke uitvoering van het instrumenten Figuur 6 schematisch de opbouw. De snaren S1 en S2 wor-den respectievelijk belast door het gewicht van de referen-tiemassa p en door het gewicht van de te meten massa q.Elke snaar passeert twee tegengesteld gerichte magnetischevelden. Door nu een wisselstroom op de snaren te zetten,worden deze geëxciteerd tussen de magneten. Elke snaarvormt met drie weerstanden een brugschakeling waarvan hetsignaal wordt versterkt. De frequentie wordt bepaald doorhet aantal nul-doorgangen per tijdseenheid te tellen. Alleschakelingen zijn gemonteerd op een kleine printplaatbevestigd tegen de onderkant van de doos.

Figuur 5. De uitgevoerde massameetdoos naar ontwerp van Van Berkel Nederland.Nummering: 3) snarenster; 4) spankoppen; 5) hefboom; 6) spriet;7) knie-hefboom; 8) buigverbinding; 9) lastband; 10), 11) en 12)kruisveerscharnier; 13) demper; 14) knie; 15) voorspanband;16), 17), 19), 20) en 21) compensatieveren; 22) temperatuur-comp. bimetaal; M1, M2: magneten.

Figuur 6. Schematische voorstelling van de massameetdoos.

N r . 3 2 0 0 6 32


a b c d


De snaren worden op de uiteinden hysteresevrij ingeklemdwaarbij de spankoppen tevens als filter dienen. Dit massa-veersysteem is ontworpen met een lage resonantiefrequentieen ligt buiten de meetfrequentie. De hoek β tussen last ensnaren is instelbaar middels het nabuigen van een beryl-liumkoperen staaf (8). De staaf is voorzien van een ingeper-ste saffieren stift, waar de lastband overheen wordt gepersten die op deze wijze elektrisch is geïsoleerd.

Het referentiekanaal P wordt gevormd door een massa metdemper (13), de knie (14) en de voorspanband (15); de bandligt in het vlak van de snaren. De voorspanband is uitgevoerdzoals de lastband (9), behalve dat het eigenlijkebandgedeelte 900 is gedraaid, zodat bij het justeren van deband in het horizontale vlak geen grote krachten op het ster-punt worden uitgeoefend. Om de eigenfrequentie van devoorspanband te verlagen is een rubberen schijfje eromheengemonteerd; dit gebeurt ook bij de lastband.

Het gewicht (17) dient als fijninstelling voor het meetbereik;in de foto van Figuur 5 is dit de taps-uitlopende lip van dering om de demping. Het zwaartepunt van de totale referen-tiemassa kan gebracht worden in het horizontale vlak doorzijn scharnieras (12) met behulp van het justeergewicht (16)te verschuiven. De dempingsinrichting is ondergebracht ineen grote boring die door het referentieblok loopt.

De invloed van de thermische veranderingen, in het bijzon-der op de snaren, wordt gecompenseerd door het jus-teergewicht (19), dat is opgebouwd met behulp van tweepaar bimetale strippen die het gewicht horizontaal verplaat-sen; zie Figuur 7. Het geheel is achterin het referentieblokgeplaatst; door draaien om een verticale as is de invloed van

de gewichtsverplaatsing tijdens de verandering van de tem-peratuur in te stellen.

Terugkijkend blijken de meeste van de getroffen mecha-nische maatregelen nodig te zijn voor het ‘rechtrekken’ vande weegcurve, dus de evenredigheid van de kracht met defrequentie van de snaren. Mechanische justage zoalsbeschreven is echter persoonsafhankelijk en het justerendoor middel van buigen is geen ideale methode. Het ‘recht-trekken’ is dan ook later aangepast met behulp van elektro-nica door middel van een polynoombenadering.De ontworpen weegschalen bezitten een nauwkeurigheidvan 1 op 105. Dit geldt ook voor de plateau-weegschaalvoor PTT-kantoren waar de beschreven ‘massameetdoos’is ingebouwd. De belasting gaat tot 30 kg en deweegschaal is voorzien van een digitale aflezing. Denauwkeurigheid/reproduceerbaarheid is 1 op 5.104.

AuteursnootJeroen Heijmans, werkzaam bij TNO Industrie en Techniek,is redactielid van het PrecisiePortaal.Het indertijd kleine bedrijfje Van Berkel Nederland BV is in2002 samengegaan met Prior en behoort nu tot de vijf groot-ste Nederlandse leveranciers van weegsystemen. Helaasvindt er geen ontwikkeling meer plaats. De heer T. Verhagen,ten tijde van publicatie van het hier besproken artikelwerkzaam bij Van Berkel en nu gepensioneerd, heeftgeholpen bij het tot stand komen van dat artikel

N r . 3 2 0 0 633

www.berkelequipment.nlwww.precisieportaal.nlwww.nvpt.nl

Informatie

Figuur 7.Temperatuurcompensator.


IIn zijn openingswoord definieerde Herman Soemers, dag-voorzitter van TValley2006 en hoogleraar Mechatronischontwerpen aan de Universiteit Twente, het thema ‘Smartdevices and materials’ in een aantal steekwoorden: intelli-gent, nieuwe materialen met onverwachte eigenschapppen,nieuwe fabricageprocessen, combinatie van fysische domei-nen, miniatuur, nieuwe en/of verbeterde functionaliteit. Hetwas mede te danken aan de gezamenlijke vuist die de bedrij-ven verenigd in Mechatronica Valley Twente hebbengemaakt, dat de universiteit dit thema onlangs als een speer-punt van onderzoek heeft gekozen, onderbracht in haaronderzoeksinstituut Impact. Het congres focuste verder op

technologische innovaties en concrete business rond ditthema.

GrensoverschrijdendZo presenteerden diverse leden van MVT staaltjes van hunmechatronische kunnen, veelal in onderlinge samenwerkingtot stand gekomen. Sprekers van bedrijven van binnen enbuiten de regio gaven acte de présence, waaronder één uitDuitsland; de mechatronische samenwerking is letterlijk enfiguurlijk grensoverschrijdend. Onderwerpen van de lezin-gen waren onder meer het ontwerp van een geavanceerdradarsysteem, ontwikkeling van modulaire productiesyste-

N r . 3 2 0 0 6 34

HET HIGHTECH PRECISIELANDSCHAP

Een van de eerste initiatieven tot krachtenbundeling in het Nederlandse hightech

precisielandschap was vijf jaar geleden Mechatronica Valley Twente (MVT).Aanleiding

vormde de instandhouding van de leerstoel ‘Mechatronisch ontwerpen’ aan de

Universiteit Twente (UT). Inmiddels werken de Twentse bedrijven Demcon, Enrichment

Technology, IMS, Maxon Motor, PANalytical, Philips ETG,Thales Nederland en Viro

Engineering op het gebied van de mechatronica onderling volop samen en timmeren

ze samen met de partners Universiteit Twente en ontwikkelingsmaatschappij Oost NV

flink aan de weg. Onder meer via het congres TValley, dat dit jaar op 18 april zijn

derde editie beleefde.Tijdens het congres, met als titel ‘Smart devices and materials’,

viel het startschot voor de gelijknamige business accelerator, een gezamenlijk initia-

tief van MVT en UT.

Smart devices in Twente –

• Hans van Eerden •

34_36_Hightech_TValley_nr3_06 08-06-2006 01:46 Pagina 34

men voor industriële en consumentenproducten, conditionmonitoring van industriële installaties zoals turbines, en deontwikkeling van een meetapparaat voor het testen van dekwaliteit van netspanning.

MechatronicaketenErkenning voor het mechatronisch kunnen van Twentsebedrijven komt niet alleen van klanten, maar ook van col-lega’s uit die andere piek in het Nederlandse mechatroni-ca-landschap, Zuidoost-Nederland. Dat bleek uit de actie-ve congresdeelname van een aantal vooraanstaandebedrijven uit die regio. Zo sprak Guustaaf Savenije, chieftechnical officer van Assembléon, de ontwikkelaar enproducent van plaatsingsmachines uit Veldhoven, over deNederlandse hightech equipmentbouwers. Hun kerncom-petentie ligt zijns inziens in positionering en handling opmicron- en submicronniveau. Optimaal uitnutten van datspecialisme vergt een slimme taakverdeling in de mecha-tronicaketen tussen uitbesteders en systeemleveranciers,en afspraken over het delen van kennis, risico’s enopbrengsten.

MaterialenEen van die equipmentbouwers is OTB in Eindhoven, en-gineeringbedrijf en producent van onder meer productie-lijnen voor zonnecellen en displays. Directeur en oprichterRon Kok vertelde over het maken van organische displaysin Nederland en de productielijn die OTB daarvoor heeftontwikkeld en inmiddels in de markt heeft gezet. De pro-ductielijn bevat innovaties op het gebied van dunne-film-depositie, inkjetprinten, evaporatie en plasmatechnologie.De nieuwe generatie displays kent een hoge beeldkwaliteiten flexibiliteit omdat ze bestaan uit dunne organischelagen gebaseerd op OLED’s (Organic Light EmittingDiodes). Met zijn lezing introduceerde Kok nadrukkelijkhet thema ‘materialen’. Een hightech bedrijf dat eveneensmaterialen als kerncompetentie heeft, voor zijn toners, isprinter- en copierfabrikant Océ in Venlo. Olav Smink vanR&D-poot Océ-Technologies sprak over de mechatroni-sche ontwerpopgaven bij de ontwikkeling van direct ima-ging kleurenprinters.

ZonneraceMaterialen vormden ook een belangrijk aspect van de pre-sentatie van het Twentse Solar Team, dat vorig jaar deelnamaan de World Solar Challenge in Australië. Uiteenlopendvan uitgekiende halfgeleidermaterialen voor zonnecellenmet hoog rendement tot aan het rubber voor de banden. Datrubber bleek een cruciale factor, want een groot aantal lekkebanden leidde namelijk tot een niet al te hoge eindklasseringin de zonnerace, waaraan voor het eerst een team uit Twentedeelnam. De race werd overigens gewonnen door het teamuit Delft. Het Twentse team gaf een toelichting op debelangrijkste technologieën in hun zonneauto, zoals hetaërodynamische ontwerp, het elektronisch systeem en de

N r . 3 2 0 0 635

and materials en business


zonnecellen. En het team stond stil bij de vraag op welkemanier dit alles terug te vinden zal zijn in ‘normale’ auto’s.Want daar zit uiteindelijk de business voor de technologie uitzonneauto’s.

Business acceleratorBusiness komt er ook uit de samenwerking tussen deTwentse mechatronicabedrijven en de Universiteit Twente.Tijdens het congres werd daaraan een nieuwe impuls gege-ven met de officiële start van business accelerator ‘Smartdevices and materials’ op Kennispark Twente. DeUniversiteit Twente, via haar onderzoeksinstituut Impact, ende in MVT verenigde bedrijven gaan daarin samen op zoeknaar innovatiekansen voor de Twentse maakindustrie. Hetverzilveren van die kansen moet binnen acht jaar zo’n 200banen opleveren. De nieuwe business accelerator richt zichprimair op high-tech systemen & materialen, voor toepassin-gen op het gebied van veiligheid (security), de (bio)medi-sche sector (de zorg), de levensmiddelenindustrie (voeding)en de bouwsector. Een business development-team gaat bijde betrokken bedrijven en de UT op zoek naar commercieelkansrijke kennis, technologie en expertise, vertaalt dit inconcrete plannen en zoekt er financiers bij. Als voorbeeldwerd genoemd de Spectral Imaging Analyser, door MVT-lidDemcon ontwikkeld voor onder meer forensisch document-onderzoek en paspoortcontrole. Dit apparaat verkeert nu inhet stadium van prototype; er is één exemplaar op klantspe-cificatie gebouwd. Er komt serieuze belangstelling vanuit demarkt, maar voordat die potentiële markt kan wordenbediend moet nog enige doorontwikkeling en specifiekapplicatieonderzoek worden verricht. De business accelera-tor kan helpen bij het zoeken van partners en financieringdaarvoor.

KiemBinnen Kennispark Twente, rond de universiteit, zijn nu vierbusiness accelerators actief, ieder gerelateerd aan een onder-zoeksinstituut van de UT en het bijbehorende werkgebied.Uniek aan de business accelerator ‘Smart devices and mate-rials’ is dat het een gezamenlijk initiatief is van bedrijfslevenen universteit. Vijf jaar geleden werd de kiem gelegd voordeze samenwerking, met de oprichting van MechatronicaValley Twente.

Van links naar rechts gedeputeerde Job Klaasen van de provincieOverijssel, Kees van Ast, lid van het College van Bestuur van deUniversiteit Twente en IMS-directeur Nol Brouwers, bestuurslidvan Stichting Mechatronica Valley Twente.Tussen hen in de chequevan drie ton, gelijkelijk afkomstig van de provincie Overijssel en degemeente Enschede, voor de business accelerator ‘Smart devicesand materials’.

AuteursnootHans van Eerden is freelance tekstschrijver te Winterswijken tevens eindredacteur van Mikroniek.

N r . 3 2 0 0 6 36

HET HIGHTECH PRECISIELANDSCHAP

www.mechatronicavalleytwente.nlwww.kennispark.nl

Informatie


N r . 3 2 0 0 637

MIKROCENTRUM

Nieuwe cursus Micro-Systeem Technologie

MMicrosystemen – combinaties van sensoren, actuatoren enelektronica – zijn inmiddels onmisbare componenten gewor-den in de automobielindustrie. Ze zullen, in combinatie metnanotechnologie, op grote schaal worden toegepast in degezondheidszorg, voor persoonlijk gebruik en voor onderweg(mobiele telefoon, personal organizer, digitale camera, etc.).

CursusOm meer bekendheid te geven aan de technologie en mogelijketoepassingen, organiseert Mikrocentrum samen met TNOIndustrie en Techniek de cursus Micro-Systeem Technologie(MST). Deze geeft een overzicht van de basistechnologie voorhet realiseren van microsystemen gebaseerd op silicium, dezogeheten Micro Electro Mechanische Systemen (MEMS).Ingenieurs die zich willen oriënteren op de mogelijkheden vanMST, kunnen zich in twee dagen deze kennis eigen maken. Naafloop heeft een cursist inzicht in de achtergrond van MST enkan hij inschatten op welke wijze deze inzetbaar is in pro-ducten en/of processen.

MarktontwikkelingenAan de hand van recente marktstudies worden bestaandecommerciële toepassingen van MST-producten behandeld(onder meer versnellingssensor, druksensor, inkjetkop). Ook

worden marktprognoses besproken van nieuwe productengebaseerd op MST (bijvoorbeeld Lab-on-a-chip).

Materialen voor microsystemenBasismateriaal silicium heeft een aantal unieke eigenschap-pen die het realiseren van zeer nauwkeurige mechanischemicrostructuren mogelijk maken. Ook komen enkele andereveel toegepaste materialen aan bod (bijvoorbeeld glas, poly-meren).

BewerkingsprocessenMEMS-structuren worden gerealiseerd in een aantal be-werkingsprocessen die voor een groot deel zijn ontleend aande fabricage van halfgeleiders. Veel toegepast wordenChemical Vapour Deposition en anisotroop etsen. Daarnaastworden enkele specifieke processen behandeld, zoals hetBosch-proces en het LIGA-proces.

Sensoren en actuatorenEen groot aantal sensorprincipes en hun toepassingen wor-den besproken (bijvoorbeeld druksensor, flowsensor, opti-sche schakelaars). Specifiek wordt ingegaan op verschil-lende manieren van ontwerp en realisatie van ver-snellingssensoren, om te laten zien hoe er gespeeld kan wor-den met verschillende microbewerkingstechnieken en sen-sorprincipes om tot accelerometers met verschillende speci-ficaties te komen.

PackagingEen van de grootste problemen bij het realiseren van eenwerkend microsysteem blijft het beschermen van de fragieleMEMS-structuren tegen invloeden vanuit de omgeving, ter-wijl tegelijkertijd een interactie met de omgeving wordttoegelaten om het systeem zijn functie goed uit te kunnenlaten voeren.

Op woensdag 29 en donderdag 30 november 2006 organi-seert het Mikrocentrum de zesde editie van de Precisiebeurs.Deze beurs met congres krijgt steeds meer een multidiscipli-nair karakter.Van fijnmechanica en (sub)microns gaat het naarnanometers en onderwerpen als MST, piëzo, vision en motioncontrol. Samen met Stichting Applied Piëzo presenteren zichdiverse bedrijven met piëzo-oplossingen. Ook is er aandachtvoor het IOP Photonic Devices van SenterNovem. Het aantalaanmeldingen van exposanten ligt al weer hoger dan vorigjaar.

[email protected]

Precisiebeurs steeds meer multidisciplinair

[email protected]

Informatie

37_Mikrocentrum_nr3_06 08-06-2006 01:47 Pagina 37

WWim Kempers richtte in 1982 WKP op, een verkoopkantoorvoor meetmachines en -gereedschappen. Hij is met bijnazeventig jaar levenservaring een man van veel ambachten,zonder de spreekwoordelijke ongelukken. Gewoon na deLTS begonnen als bankwerker en met veel studeren in deavonduren opgeklommen tot directeur van een goed draai-ende handelsonderneming met vijftien medewerkers, inclu-sief een flinke bagage aan precisietechnologische expertise.WKP in Heerlen werd enkele jaren geleden onderdeel vanWenzel Präzision GmbH in Wiesthal (nabij Frankfurt).Wenzel is ontwikkelaar en fabrikant van meetmachines,onder meer voor de automobielindustrie. Een grote Wenzel-machine kan automatisch het uitwendige van een completeauto met een precisie van 10 µm meten. De vestiging inHeerlen heeft zich onder de naam Wenzel-WKP, behalve opde verkoop en bijbehorende service van meetinstrumentari-um van diverse gerenommeerde merken, toegelegd op degeometrische kalibratie van meetmachines en -gereedschap.

Raad voor Accreditatie“Zowel nationaal als internationaal hebben afnemersbehoefte aan zekerheid over de kwaliteit van geleverde goe-

deren en diensten. (...) Daarom kan een leverancier zijn pro-duct of dienst objectief laten beoordelen of testen door eenlaboratorium, certificatie- of inspectie-instelling. (...) Dieaccreditatie-instelling beoordeelt zowel het management-systeem als de technische competentie van de conformi-teitsverklarende instelling. Daarnaast houdt de accreditatie-instelling toezicht om de onpartijdigheid en deskundigheidvan de conformiteitsverklarende instelling te garanderen”,meldt de website van de Raad voor Accreditatie. Een RvA-erkenning geeft dus een stuk zekerheid bij het uitbestedenvan de kalibratie van meetinstrumentarium. Een erkenningwordt niet zomaar verleend, want die is het resultaat van eenuitgebreid en langdurig onderzoek, dat periodiek wordt her-haald. Op het gebied van lengtemeting telt Nederland veer-tien instituten en instellingen met RvA-erkenning, waar-onder Wenzel-WKP.

Van rol- tot eindmaatWie denkt eraan zijn rolmaat te laten kalibreren? Maar ja,het kan verstrekkende gevolgen hebben als met een rolmaatvan 50 m een fout van tien millimeter wordt gemaakt.Wenzel-WKP controleert een rolmaat van die lengte niet

N r . 3 2 0 0 6 38

KALIBRATIE-LABORATORIUM

Meten is weten. Dus investeren bedrijven die actief zijn in de precisietechnologie

terecht in duur meetinstrumentarium. Maar hoe nauwkeurig blijft hun dure meetma-

chine, schroefmaat of set eindmaten? Immers, intensief gebruik maakt dat meetmid-

delen slijten. En als we het hebben over delen van micrometers, kan zelfs het stabiel-

ste materiaal van vorm veranderen, althans op de lange duur. Natuurlijk is het moge-

lijk zelf periodiek meetmiddelen te kalibreren, maar dat vereist wel speciaal instru-

mentarium en bijbehorend vakmanschap.Alternatief is het uitbesteden van die kali-

bratie.Wenzel-WKP is een van de door de RvA - de Raad voor Accreditatie te Utrecht

- erkende laboratoria voor kalibratie van geometrische metingen.

RvA-erkende kalibratie

• Frans Zuurveen •

38_40_Wenzel_nr3_06 09-06-2006 11:02 Pagina 38

alleen visueel, maar meet die ook na op een Wenzel lengte-meetmachine LH64 CNC met een meetbereik van 60 bij 40bij 3500 mm; zie Afbeelding 1. Die kalibratie kost 85 euro.

Natuurlijk heeft Wenzel-WKP de beschikking over enkelesets moedereindmaten (zie Afbeelding 2), die als referentiedienen voor het kalibreren van eindmaten van een klant en

voor het kalibreren van instrumenten. Voor de controle vaneindmaten gebruikt het laboratorium een eindmatencompa-rator met inductieve opnemer van TESA; zie Afbeelding 3.De nauwkeurigheid van die eindmatencomparator bedraagt0,05 + 0,5L µm, met L in m.

SchroefdraadkalibersDesgevraagd wordt meetgereedschap met RvA-certificaatgeleverd, uiteraard met enige meerprijs. Dat geldt bijvoor-beeld voor de schroefdraadkalibers; zie Afbeelding 4. Hetgaat om producten van de bekende kaliberfabrikant Mügra inMainaschaff, waarvan Wenzel-WKP de vertegenwoordigingin de Benelux heeft. Zoals bekend, moet het goedkeurkaliber– met de kleinste diameter – geheel in de te controlerenschroefdraad kunnen worden geschroefd, terwijl het afkeur-kaliber - korter en met de grootste diameter - er niet in past.Althans, als de schroefdraad voldoet aan de toleranties. Hetgoedkeurkaliber wordt met een overmaat ten opzichte van deonderste waarde van het tolerantieveld gefabriceerd, omdatdat kaliber aan de meeste slijtage onderhevig is.

N r . 3 2 0 0 639

door Wenzel-WKP

Afbeelding 1. Een meetmachine Wenzel LH64 CNC voor hetautomatisch kalibreren van linialen, reien en rolmaten.

Afbeelding 2. Een set moedereindmaten, nauwkeurigheidsklasse K,met een nauwkeurigheid van ± 0,2 µm tot 0,6 µm.

Afbeelding 3. Een eindmatencomparator van TESA.

38_40_Wenzel_nr3_06 09-06-2006 11:02 Pagina 39

Voor het controleren van de maten van kalibers wordtgebruik gemaakt van een Helios lengtemeetmachine met eenmeetbereik van 500 mm, die voldoet aan het Abbe-principe:de te meten maat en de maatverdeling liggen in elkaars ver-lengde. Als aan die voorwaarde is voldaan, veroorzakenhoekfouten in de rechtgeleiding geen eerste-orde-afwijkin-gen in het meetresultaat.

Meetklokken, rondheid, ruwheid Voor meetbereiken tot 1000 mm heeft Wenzel-WKP een SIP-lengtemeetbank in huis, die eveneens voldoet aan het Abbe-principe; zie Afbeelding 5. Maar ook kleinere meethulpmidde-len worden gekalibreerd. Daarvoor dient bijvoorbeeld een

meetklokkentester van Helios met een resolutie van 100 nm eneen nauwkeurigheid van 0,2 + L/25 µm, met L in mm; zieAfbeelding 6. Bij het voor meetklokken gebruikelijke meetbe-reik komt dat neer op een echte nauwkeurigheid van 0,2 µm.

Voor meting van vorm en rondheid heeft Wenzel-WKP eenuniversele rondheids- en cilindriciteits-meetmachineHommel 4004-CNC met een maximale meetdiameter van300 mm en een maximale meethoogte van 350 mm. Deradiale nauwkeurigheid bedraagt 0,07 µm + 0,001 µm permm radius. Voor het meten van oppervlakteruwheid is er eenruwheidsmeter van eveneens Hommel.

Meten aan huisKleine meetapparaten en gereedschap worden in eigen huisin Heerlen gekalibreerd. Daarbij is bij een goede afstem-ming het meetinstrument binnen vijf werkdagen terug, meteen RvA-kalibratiecertificaat gebaseerd op Norm NE-EN-ISO/IEC 17025. Voor grote meetapparaten is zo’n procedu-re natuurlijk niet mogelijk. Daarvoor komt desgevraagd eenmedewerker naar het bedrijf toe, met de benodigde kalibra-tie-apparatuur en meetstandaarden. Behalve betrouwbarekalibraties levert Wenzel-WKP ook software (het pakketMBS, oftewel MeetmiddelBeheerSysteem) voor het bijhou-den van de kalibratiehistorie.

AuteursnootFrans Zuurveen is freelance tekstschrijver te Vlissingen.

N r . 3 2 0 0 6 40

KALIBRATIE-LABORATORIUM

Wenzel-WKPJacques Kisters, hoofd verkoopTel. 0455 - 66 00 66www.wenzel-wkp.nl

Informatie

Afbeelding 4. Controle van schroefdraadkalibers met een Helioslengtemeetmachine.

Afbeelding 5. Hoofd verkoop Jacques Kisters bij een SIP-lengte-meetmachine met een bereik van 1000 mm.

Afbeelding 6. Een meetklokkentester van Helios met een resolutievan 100 nm.

38_40_Wenzel_nr3_06 09-06-2006 11:02 Pagina 40

N r . 3 2 0 0 641

PERSBERICHTEN

De befaamde Philips-masterclassvoor mechatronisch constructeur isterug. Deze is bedoeld om aanko-mend constructeurs in twee jaar tothoofdconstructeur op te leiden. Omeen breder platform te verkrijgen,werd dit jaar het initiatief genomenom de deelname open te stellen voorandere bedrijven. Met als resultaateen open Masterclass MechatronischConstructeur die dit najaar vanstart zal gaan.

De Masterclass is een opleidingspro-gramma voor werktuigbouwkundigconstructeurs op HBO- en WO-niveaudat de basis legt voor een carrière alstopconstructeur. Het is een tweejarigprogramma in het verlengde van eenstudie werktuigbouwkunde, waarinmechatronica centraal staat. Sleutel-woorden zijn miniaturisatie, nauw-keurigheid, betrouwbaarheid en snel-heid. In twee jaar krijgen de deelne-mers een ruime hoeveelheid bagageaangereikt en bouwen ze praktischeervaring op door te werken op ver-schillende locaties. Bovendien kunnenze zo versneld een netwerk opbouwenin de Nederlandse hightech maakin-dustrie.

Deelnemende bedrijven Deelnemers aan de masterclass zijnvanaf de eerste dag in vaste dienst bijéén van de deelnemende bedrijven:ASML in Veldhoven, de marktleider inlithografiemachines; BrainCenter inEindhoven, engineeringbureau voorhightech producten en productietech-nologie, voortgekomen uit PhilipsBeeldbuizen en BASIC engineering;NTS-Group in Eindhoven, system sup-

plier van mechatronische systemen,ontstaan uit een fusie van Nebato en TeStrake; Océ-Technologies in Venlo,ontwikkelaar en producent van high-end printers en copiers; en PhilipsApplied Technologies in Eindhoven,kenniscentrum voor ontwikkeling vangeavanceerde industriële productiepro-cessen en -systemen, met name mecha-tronische machinebouw.

SolliciterenPas of bijna afgestudeerde werktuig-bouwkundig of mechatronisch ingeni-eurs (HBO of WO) die creatief zijn engeïnteresseerd in het ontwerpen vanhoogwaardige mechatronische syste-men, kunnen tot uiterlijk 1 augustus sol-liciteren (bij REDE Projects, onder ver-melding van Masterclass Mechatronics,Postbus 2009, 5600 CA Eindhoven). Nauitnodiging voor de centrale selectiedag

kunnen ze nader kennis maken met dedeelnemende bedrijven. De Master-class start in september.

ProgrammaHet programma van de Masterclassbevat afwisselend theoriesessies enpraktijkprojecten bij de deelnemendebedrijven. De deelnemers zullen ookwerkzaam zijn bij andere bedrijven danwaar ze in dienst zijn getreden. Detheorieblokken van 1 à 2 weken bevat-ten onderwerpen als mechatronica,ontwerpprincipes voor precisiemecha-nismen, thermische effecten in mecha-tronische systemen, projectmanage-ment, materiaalselectie, ontwerpcom-petitie in teamverband en persoonlijkeeffectiviteit.

www.masterclass-mechatronica.nl

Masterclass Mechatronisch Constructeur 2006

41_43_pers_nr3_06 09-06-2006 15:35 Pagina 41

Bert van Gijzel, oud-directeur vanKMWE Precisie in Eindhoven, is denieuwe voorzitter van het Applicatie-Centrum Productietechnologie (ACP).Hij volgt Toon Janssen op, een van deinitiatiefnemers van het ACP en eige-naar van de CMF Group (industriëletoelevering) in Heijen. Janssen blijftwel lid van het ACP-bestuur. Onder lei-ding van Van Gijzel zal het ACP verderworden uitgebouwd om het industriële

midden- en kleinbedrijf een betere toe-gang te geven tot in Nederlandbeschikbare technologische kennis. Deontwikkeling van de zogeheten ACPKenniskaart® staat daarbij centraal.

Het ACP in Eindhoven werd eind 2004opgericht en behandelde in zijn eerstejaar bijna 300 vragen van onderne-mers. Inmiddels zijn 150 projecten meteen gemiddelde omvang van 6.000euro afgerond. Het applicatiecentrumzoekt voor ondernemers oplossers endraagt 50% bij in de kosten voor hetoplossen van een technologisch en/oforganisatorisch probleem. In de eerstetwee maanden van dit jaar zijn al weer100 aanvragen binnengekomen.

Een precisietechnologisch bedrijf datvorig jaar bij het ACP aanklopte, isLouwers Glastechniek in Hapert. Omdatop dit moment een tweede deelprojectnog loopt, wil technisch directeur JanVervest er inhoudelijk niet te veel overkwijt. Wel is hij bijzonder tevreden overde inbreng van het ACP: “Ze acterensnel en begrijpen waar wij het over heb-ben. Ze hebben ons in contact gebrachtmet het Laser Applicatie Centrum.” Dit

najaar hoopt Vervest met de resultatennaar buiten te kunnen treden.

www.acp4mkb.nl

Praktijkmanhoogleraar inDelft

Rob Munnig Schmidt, director SystemEngineering bij ASML, is per 1 septem-ber benoemd tot voltijdshoogleraarMechatronic Design aan de Delftsefaculteit Werktuigbouwkunde, Mari-tieme Techniek & Technische Materiaal-wetenschappen. De aanstaande hoogle-raar begon zijn loopbaan bij het PhilipsNatLab als mechatronicus ‘avant la let-tre’ voor de ‘motion systems’ van deeerste waferstepper die de basis vormdevoor het huidige ASML. Na een omwegin de ontwikkeling bij Philips DomesticAppliances kwam hij terug bij ASMLals director Mechatronic SystemsDevelopment. Met Munnig Schmidtheeft de TU Delft dus een echte man vande praktijk binnengehaald.

N r . 3 2 0 0 6 42

PERSBERICHTEN

Nieuwe voorzitter Applicatie-Centrum Productietechnologie

Mikrocentrum organiseert op 12 sep-tember de themadag ‘Motors & Drives,Motion Control anno 2006’ om eenoverzicht te geven van de stand der tech-niek voor servosystemen. Motion con-trol wordt steeds meer een commodityin de machinebouw, waardoor servo-techniek zijn intrede doet op plaatsenwaar dit nog niet zo lang geleden als te

duur en te complex werd bestempeld.Vraagstukken die tijdens de themadagonder meer aan de orde komen: Is hetmogelijk om met standaard servodrivesen motoren een complexe meer-assigemachine te besturen? Kunnen regel-algoritmes ontworpen in software een-voudig in de praktijk worden getest?Zijn lineaire systemen werkelijk zo

complex en duur als vaak wordtgedacht? Configureren in plaats vanprogrammeren, is dat werkelijk zo bijmoderne servosystemen?

Voor meer informatie:Karin Mous, manager Themadagen,MikrocentrumTel. 040 - 296 99 11

Themadag over motion control

Aantredend ACP-voorzitter Bert vanGijzel (links) en zijn voorganger ToonJanssen. Foto:ACP

41_43_pers_nr3_06 12-06-2006 11:01 Pagina 42

De werking van gevoelige instrumen-ten of elektronische apparatuur kan inde praktijk nogal eens nadelig wordenbeïnvloed door schokken en trillingen.Het Amerikaanse Enidine levert daar-voor zijn Wire Rope Isolators. Metdeze draadisolatoren zijn in heel watsituaties goede ervaringen voor eendoeltreffende schok- en trillingsdem-ping opgedaan. Voor instrumenten ofapparatuur in een cleanroom-omge-ving worden aan de dempings-elementen vanzelfsprekend extra hogeeisen gesteld. Daarom presenteertEnidine zijn Wire Rope Isolators nuook in een speciale cleanroom-uitvoe-ring. In dit geval worden de draadisola-toren van fabriekswege van een coatingvoorzien en vervolgens apart verpaktgeleverd. De afwerklaag voorkomt dattijdens gebruik losse metaaldeeltjes

vrijkomen, die apparatuur in de clean-room-omgeving schade zouden kun-nen berokkenen. Gezien de afwerkingzijn deze praktische schok- en trillings-dempers ook uitstekend geschikt voortoepassing in de voedingsmiddelen-industrie.

Net als bij de ‘normale’ draadisolato-ren wordt de schok- en trilbelasting bijdeze gecoate Wire Rope Isolatorsopgevangen door twee in roestvaststaal uitgevoerde spiralen, gevormddoor geslagen staaldraden met ver-schillende strengen; deze spiralen wor-den op hun plaats gehouden door eentweetal geboorde aluminium ofroestvaststalen dragers. Aldus is zo’n80-90 procent van schokken en trillin-gen op een doeltreffende wijze te dem-pen, waarbij de opgebrachte coating de

dempingseigenschappen niet beïn-vloedt.

Voor meer informatie:Astro Controls Tel. 0172 - 42 42 47www.astro.nl

N r . 3 2 0 0 643

Schok- en trillingsdempers in cleanroom-uitvoering

In 2004 Spectra-Physics including Oriel Instruments,Richardson Gratings, Corion Filters, Opticon Mirrors andHilger Crystals was acquired by Newport.

©2006 Newport Corporation

MAKE LIGHT | MANAGE LIGHT | MEASURE LIGHT

From the leader in motion controlGTS High-Precision Linear Stages

AD-050617-NL

Newport’s new GTS stages provide high sensitivity and outstanding trajectoryaccuracy in a compact, robust and cost efficient package.

Ideal solution for: surface scanning, test and calibration, optical componentalignment and attachment…

Specifications• Travel range: 70 and 150 mm• Resolution: 0.05 μm• Motion sensitivity: 0.1 μm• Bi-directional repeatability: 0.2 μm• Max. speed: 50 mm/s• Normal centered load capacity: up to 150 N

For more information, please call Newport B.V. or visit www.newport.com

BelgiumTel: +32-(0)16 402 927 – Fax: +32-(0)16 402 227

[email protected]

NetherlandsTel: +31-(0)30 65 92111 – Fax: +31-(0)30 65 92120

[email protected]

41_43_pers_nr3_06 09-06-2006 15:35 Pagina 43

N r . 3 2 0 0 6 44

NVPT-NIEUWS

Het verenigingsleven van de NVPT is minder geworden ende NVPT blijft achter in veranderingen. Dit terwijl er abso-luut potentieel is, omdat high-tech systems, c.q. de kennis-industrie (inclusief maakindustrie) een belangrijke pijler isvoor de toekomst van de Nederlandse industrie. Als ambitievoor de NVPT wordt daarom geformuleerd dé vertegen-woordiger van de precisietechnologie-industrie te worden.Hiertoe moet van de doelgroep minimaal 50% (= 200 PT-bedrijven) betrokken zijn bij de NVPT; nu is dat 25%. Kernis kennisoverdracht en netwerken met collega-PT’ers. Denieuwe NVPT moet daarom focussen op het toegankelijkmaken van PT-kennis, en op de maakbaarheid van de ontwer-pen die met die kennis worden gegenereerd.Ter afbakening wordt vastgesteld dat de NVPT geen oplei-

Op woensdag 10 mei vond bij OTB in Eindhovende Algemene Ledenvergadering van de NVPTplaats. Uiteraard passeerden voor ruim twintig aan-wezigen jaarverslag, begroting, bestuursverkiezingen overzicht van geplande activiteiten de revue; deNVPT-leden hebben inmiddels een uitgebreid ver-slag per e-mail ontvangen. Verder werd de ver-nieuwde NVPT-website het PrecisiePortaal gepre-senteerd; zie het artikel elders in deze Mikroniek.Hoofdmoot van de ALV was de presentatie van eenmarketingonderzoek als aanzet voor een nieuwetoekomstvisie voor de NVPT. Het NVPT-bestuurhad de Stichting Techniek en Marketing opdrachtgegeven te onderzoeken waar de NVPT staat enwelke richting ze opmoet; zie hieronder een kortesamenvatting. In een volgend nummer vanMikroniek meer over het marketingonderzoek ende toekomstvisie van de NVPT.Aansluitend aan de ALV vond ’s middags eenPrecisie-in-Bedrijf-dag plaats; zie het verslagelders in deze Mikroniek.

Op 27 september vindt er een bijeenkomst plaats in hetDuitse Aken met vertegenwoordigers van plaatselijk deRWTH en het Fraunhofer-Institut für Produktion-stechnologie IPT en aan Nederlandse zijde van de NVPT enhet IOP Precisietechnologie. Doel van deze eerste bijeen-komst is te onderzoeken of er meer samenwerking op hetgebied van precisietechnologie kan plaatsvinden tussen deregio Aken en Nederland. Dit initiatief past in de internatio-naliseringsdoelstellingen van de NVPT.

AlgemeneLedenvergadering

Marketingonderzoek NVPT

dingsinstituut, uitgever, cursusaanbieder, applicatieontwik-kelaar of beurs- en seminar-organisator is, maar wel de vak-inhoudelijke kennis aan dergelijke partijen kan leveren. DeNVPT moet wel het centraal contactpunt zijn voor bedrijfs-leven, onderzoeksinstituten, onderwijs en overheid; zowelnationaal als internationaal. Voor de internationalisering vande NVPT wordt een ondersteunende internationale naamnodig geacht; het voorstel luidt: Dutch Association ofPrecision Technology. Eerste stap in de realisatie van de plannen is het uitbreidenvan het kennispotentieel en de verspreiding daarvan viaMikroniek, PrecisiePortaal en Kennisdagen (zie volgendepagina).

Bezoek aan Aken

Advisory board

Het NVPT-bestuur wordt sinds enige tijd bijgestaan dooreen advisory board. Deze is als volgt samengesteld: Jan vanEijk, Philips Applied Technologies en TU Delft; Lou Hulst,IOP Precisietechnologie; Herman Soemers, Philips AppliedTechnologies en Universiteit Twente; Egbert-Jan Sol, TNOIndustrie en Techniek; Frank Sperling, SKF; MaartenSteinbuch, TU Eindhoven; Lex Westland, Océ-Technologies.

44_45_NVPT_nr3_06 08-06-2006 01:48 Pagina 44

N r . 3 2 0 0 645

Op 16 mei vond bij IBS Precision Engineering in Eindhovende eerste NVPT-Kennisdag plaats, over het ontwerpen vanopto-mechanische systemen. Onder dagvoorzitterschap vanRien Koster werden presentaties gegeven over onder meerhet ontwerpen vanuit een optisch perspectief, het dilemmavan optiek in mechanische constructies of constructies omoptiek, de passieve demping en de regeling van opto-mecha-nische systemen in beweging.Patrick de Jager van TNO Industrie en Techniek opende deKennisdag met het schetsen van het business-perspectief:opto-mechanica als onmisbare discipline in het door hetInnovatieplatform aangewezen sleutegelgebied High-techsystemen en materialen. Prominente bedrijven die op ditgebied opto-mechanica bedrijven zijn ASML, Philips enOcé. TNO-collega Jan Nijenhuis sprak over de weerbarstigepraktijk van het vatten van optiek. Hij had voorbeelden mee-genomen van wat er gebeurt als het ontwerpen van een lens-vatting te licht wordt opgevat: constructies die letterlijkkapot waren gegaan, veelal ten gevolge van thermischebelasting. De oplossing voor een opto-mechanisch ontwerp-probleem wordt vaak in een stijve constructie gezocht. Dezeheeft echter als nadeel een hoge versterkingsfactor.Sprekers kwamen verder van Philips Applied Technologies,Vision Dynamics en de TU Eindhoven.Al met al was de eerste NVPT-Kennisdag een succes, meteen uitstekende organisatie en dito ambiance en met eenhoog niveau van sprekers. Het programma op het gebied vanopto-mechanica, samengesteld door Jacob-Jan Korpershoekvan TNO, was uniek voor Nederland. De bezoekers kregen

zowel een goed overzicht van de inhoudelijke ontwikkelingenals praktische voorbeelden van ontwerpoplossingen en eenbeeld van de businessmogelijkheden gepresenteerd.Voor het najaar staat een Kennisdag over meten en regelen(motion control) gepland. Nader bericht volgt via de website.

www.precisieportaal.nl

Geslaagde eerste NVPT-Kennisdag

Veel interesse was er tijdens de NVPT-Kennisdag voor het lezin-genprogramma (links) en voor de rondleiding bij IBS PrecisionEngineering (boven), met in het midden directeur Henny Spaan.

44_45_NVPT_nr3_06 12-06-2006 15:48 Pagina 45

N r . 3 2 0 0 6 46

Vision Dynamics is een groep van innovatieve, enthousiaste enpragmatische ontwerpers, gespecialiseerd in de (co-)ontwikke-ling van precisiemechanica. In 2004 gestart met de ontwikke-ling van een machine voor de productie van brillenglazen, isVision Dynamics uitgegroeid tot een volwaardig ingenieursbu-reau. Recent is de groep uitgebreid met een ontwerpactiviteitten behoeve van de hightech industrie, waarbij kennis van(hoog)vacuüm een prominente rol speelt. De groep bestaat uit vijf divisies:• Optics: ontwikkeling van processen en machines voor de

snelle fabricage van optische componenten, zoals brillen-glazen, displays en precisieoptiek;

• Hosting: aanbod van hosted IT-services voor met name(middel)kleine bedrijven die zich geen gespecialiseerdeIT’er kunnen veroorloven;

• Mechaphysics: aanbod van technische (contract)researchaan de Nederlandse hightech industrie (in hoog-innova-tieve producten komen veel vakgebieden samen, zoalsmechanica, elektronica, besturingstechniek, aandrijf-techniek, vacuümtechniek, elektronenoptiek; kortommechaphysica).

• Learning (i.o.): opleiding van specialisten uit verschil-lende vakdisciplines tot volwaardige mechaphysischeontwerpers;

• Optronics: gericht op precisiemeten.

Optronics Vision Dynamics Optronics specialiseert zich in on-machinemetrologiesystemen, voor precisie-oppervlaktebewerkingen,zoals CNC-draaien, diamantdraaien en Zeeko-polijsten.Belangrijk voordeel van deze systemen is een unieke combi-natie van hoge nauwkeurigheid, korte meettijden en hoge flexi-biliteit voor wat betreft de vormen die kunnen worden geme-ten. Als resultaat zijn de Vision Dynamics metrologie-instru-menten uniek en maken ze de productie van ‘free-form’ preci-sieonderdelen mogelijk.

TechnologieDe ‘on-machine’ metrologietechnologie van Vision Dynamicsis gebaseerd op 3D-deflectometrie. De meting wordt uitge-voerd door een kleine optische hoekmeetsensor (laserdeflecto-meter), die laterale scans uitvoert op het te testen oppervlak.Het resultaat is een gereconstrueerde 2D-map van de lokale

hellingshoeken. Met geavanceerde softwarealgoritmes kan detopografie van het gemeten oppervlak worden gereconstrueerdmet extreem hoge nauwkeurigheid; de typische hoogtenauw-keurigheid ligt in de orde van 1 nm!Aangezien de meetkop van de deflectometer zeer klein is, kandeze eenvoudig worden gemonteerd op een polijst- of eenCNC-machine. Zo wordt de bewerkingsmachine zelf gebruiktom de mechanische functie van de meting uit te voeren enhoeft het product niet uit de opspanning te worden gehaald. Alsresultaat kunnen de bewerkingsfouten worden geïnspecteerden in situ gecorrigeerd. Bovendien kunnen met geavanceerdesoftware de fouten van de mechanische scan sterk wordengecorrigeerd. De meting kan daardoor zeer nauwkeurig zijn,zelfs als de gebruikte bewerkingsmachine een beperkte mecha-nische stabiliteit heeft. Kortom, on-machine deflectometriegeeft ongeëvenaarde resultaten, waarbij metingen van een geo-metrie met Ø100 mm kunnen worden gerealiseerd in minderdan een minuut. De meetopstelling wordt in samenwerkingmet Philips, KMWE en TNO verder uitontwikkeld.

KENNIS VAN ELKANDERS KUNNEN

Vision Dynamics: ruimtevoor kennis en kunde

VD Optronics: [email protected] Mechaphysics: [email protected] Optics: [email protected] Hosting: [email protected] Learning: [email protected]

Informatie

46_Kvek_nr3_06 08-06-2006 01:49 Pagina 46

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 achtertuin

moet blijven zien. Of de nieuwste inspectie- of handlingsystemen voor

lithografie, waar een stofje van 50 nanometer een onoverkomelijk rots-

blok vormt. Of de laatste cent kostenreductie in het productieproces

van een massaproduct, die het verschil betekent tussen uw winst of

verlies. Dergelijke en nog veel meer vraagstukken lossen wij voor u op

met een nauwgezetheid die niet alleen sprekend is voor ons vakgebied

maar ook voor onze klantgerichtheid.

TNO Industrie en Techniek

Het gezicht van...

TNO.NL

00_omslag_nr3_06 01-06-2006 01:20 Pagina 47

��

00_omslag_nr3_06 01-06-2006 01:18 Pagina 48

THEMA Meten:Nanometrologie / Meettechnische oplossingen ...

Documents

Transcript of THEMA Meten:Nanometrologie / Meettechnische oplossingen ...