VISION & ROBOTICS. Cutting Edge. Meer verspanen dankzij robotica. Twintig camera s installeren zonder downtime. De komst van de lichtchip

Transcriptie

1 VISION jaargang 3 nummer 4 juli 2011 & ROBOTICS Inclusief dossier Zorgsystemen Cutting Edge Meer verspanen dankzij robotica Twintig camera s installeren zonder downtime De komst van de lichtchip

2 Super Tooling Welcome to the yellow world FANUC NO.1 IN FACTORY AUTOMATION AND ROBOTS. Increasing productivity together Thanks to FANUC s specialized expertise in CNC technology, there s no better partner than FANUC Robotics for efficient automation in the machine tool industry. Whether you are a machine tool builder or a parts supplier, FANUC Robotics offers the broadest spectrum of robots the industry has to offer, with the highest reliability of 99,99%. Benefit from a faster, more precise production and speed up your productivity. FANUC Robotics LR Mate 200iC the standard for the machine tool industry. Accelerate your machine tooling now! 02

3 Colofon Vision & Robotics is hét vakblad over automatiseringsoplossingen voor de maak-, agro-en foodindustrie door specialisten in robotica en visionsystemen. jaargang 3 nummer 4 juli 2011 Vision & Robotics verschijnt zes maal per jaar. Toezending geschiedt op abonnementbasis en controlled circulation. Uitgever Henk van Beek, Fenceworks BV Telefoon: henk@fenceworks.nl Redactie Liam van Koert, Verbal Essence Joanna Hughes, Verbal Essence Telefoon: redactie@visionandrobotics.nl Redactieraad Pieter Jonker, TU Eindhoven en TU Delft Jaap van de Loosdrecht, Computer Vision Lab, NHL Martin van der Have, RAB en ABB Fred Bokhorst, RAB en Ferdar Bas Wondergem, DVC Hans Lenos, lenosonline.info Wim Hoeks, NTS groep Vormgeving Laura Willemsen, Grafisch ontwerp Druk 3l drukkerij bv, rotterdam Komkommertijd Met de uitbraak van het EHEC-bacterie in Duitsland heeft het woord komkommertijd een hele andere lading gekregen. En hoewel we inmiddels weten dat de komkommer geen enkele blaam treft, is het kwaad natuurlijk al lang geschied. In de discussies die na nieuws van de resistente uitbraak op televisie en radio volgden, heb ik me vervolgens behoorlijk mogen opwinden. Helemaal tijdens een programma als Peptalk van BNR nieuwsradio waar de luisteraar mag inbellen om zijn mening te geven, hoorde ik soms tenenkrommende uitspraken. Zo was één van de discussiepunten of de tuinders moesten worden gecompenseerd voor de grote economische schade die de loslippigheid van de Duitse overheid teweeg had gebracht. Nu weet ik dat de Nederlandse tuinders niet alleen harde werkers zijn, maar tevens flink investeren in de toekomst van hun bedrijf. Investeringen in technologieën als vision en robotica maken dat de Nederlandse kwekers tot de top van de wereld behoren. Iets waar we best trots op mogen zijn. Maar deze investeringen moeten natuurlijk wel worden terugverdiend, lees afgelost. De komkommerkweker moet dit doen in de beroemde komkommertijd, het seizoen waarin het politieke nieuws schaars is door het zomerreces en vakantie, maar de liefhebber volop verkoeling kan vinden door het eten van de zomergroente bij uitstek. Als vervolgens een luisteraar van mening is dat we deze kwekers maar gewoon op de fles moeten laten gaan, alle kennis en knowhow de nek om moeten draaien en maar groenten moeten gaan kweken in landen waar het goedkoper is, gaan bij mij de haren recht overeind staan. Hebben we in Nederland al niet veel te vaak het kind met het badwater weggegooid en bloeiende industrieën laten vertrekken, omdat we te weinig innovatief waren en het vertikte de leegloop naar de lage lonen te bestrijden met slimme automatisering? En nu hebben we eindelijk een sector te pakken die dit zonder grote bonusregelingen wel doet en dan moeten we ze laten stikken? Onbegrijpelijk, en zelfs schandalig. Gelukkig was meneer Bleker het met me eens en heeft hij een aardig potje uit Brussel weten veilig te stellen. En ook LTO doet een flinke duit in het zakje. Of het genoeg is om ook toekomstige investeringen in slimme automatisering veilig te stellen, zal de tijd moeten leren. Het was dit keer in elk geval een komkommertijd die we wel nog lang zullen heugen. LIAM van koert Postadres redactie Maredijk 17, 2316 VR Leiden wendy@fenceworks.nl Abonnementen abonnementen@visionandrobotics.nl Advertentie-exploitatie Mike de Jong, Bureau voor Marketing Media BV Telefoon: mike@fenceworks.nl Aan dit nummer werkten mee Bram Janssen, Fred Bokhorst, Yves De groote, Cees van Heijkoop, Safora S.S. Macdonald, Bert Stap Column 03

4

5 In dit nummer Meer verspanen dankzij robotica 08 Lasertechnologie in vision toegelicht 12 TNT Express moderniseert leestunnels 16 De fotonica(r)evolutie 20 Dossier zorgsystemen 23 Robolink klaar voor het echte werk Rubrieken Redactioneel 03 Colofon 03 Nieuws 06 (Un)Safe 32 Robotveiligheid Productnieuws 38 Adverteerdersindex 41 Column 42 Juli 2011 VISION & ROBOTICS Inhoud 05

6 Robots delen voedsel Je helpt je familie meestal eerder dan een vreemde. Het bloed kruipt immers waar het niet gaan kan. In de jaren zestig zei William Hamilton dat dit fenomeen, dat altruïsme wordt genoemd, een evolutionaire basis heeft. Je offert je op voor jouw familie, omdat jouw genen, die ook in je broers en zussen zitten, dan in ieder geval blijven bestaan. Sinds Hamilton en beroemde publicaties over het onderwerp als The selfish gene van Richard Dawkins, is evolutionair altruïsme een terugkerend punt van discussie. Enkele Zwitserse onderzoekers zeggen nu dat het bestaat. Ze testten dit met behulp van robots. Het evolutionair altruïsme moet langzaam ontstaan binnen de soort. Heel erg langzaam. Het is praktisch onmogelijk om zoveel generaties achter elkaar een gemeenschap van dieren te bekijken. Maar robots, die draaien op programma s. En dankzij genetische algoritmes, computerprogramma s die de evolutie nabootsen door willekeurige delen van het programma te veranderen, kan je de ontwikkeling van een soort in no time nabootsen. En dat is dus ook wat Markus Waibel, Dario Floreano en Laurent Keller deden. Ze simuleerden een situatie uit de natuur, door robots kleine blokjes te laten vinden die voedsel voor moesten stellen. Ze begonnen met robots die zomaar wat deden. In de loop van de vijfhonderd generaties werden ze steeds slimmer. Aan het einde konden ze voedsel herkennen, oppakken en transporteren naar hun nest, zonder fouten te maken. En ze deelden dus ook voedsel met hun familieleden. Die familieleden van de robots werden gecreëerd door de genen van de robotjes aan te passen. Robots hebben natuurlijk geen genen, maar door het programma waarop de robots liepen aan te passen, konden robots wel meer op elkaar lijken. Men maakte klonen, die precies hetzelfde programma hadden. Ook maakten ze broertjes en zusjes van robotten, door het programma wel aan te passen, maar ook voor een groot deel overeen te laten komen. En er waren complete vreemden, die niets aan overeenkomst hadden met andere robots. Door zulke familiebanden in te bouwen, werd het mogelijk om het altruïsme te onderzoeken. Robots kregen, nadat ze voedsel hadden verzameld, de optie om het voedsel te delen, of zelf te houden. En ja hoor, na vijfhonderd generaties, toen er genoeg tijd voorbij was om te evolueren, vertoonden de robotjes tekenen van altruïsme. Het onderzoek toont aan dat altruïsme niet, zoals nog wel eens gedacht wordt, altijd in één specifiek gen aanwezig hoeft te zijn. Deze robots hadden een heel simpel genetisch profiel en ontwikkelden toch altruïsme. Het onderzoek heeft overigens ook enige kritiek moeten verdragen. Zo was het niet perse nodig geweest robots te gebruiken. Een simulatie met algoritmes had volstaan. Ook is er geen uitsluitsel over hoe de robots zich gedragen zouden hebben als er robots geïntroduceerd waren die geen familie waren. Ondanks de bijzondere uitkomst, zal het debat over evolutionair altruïsme zich dus nog wel even voortslepen. Met de onlangs ontwikkelde Geminoid DK, was het nu tijd voor een heuse geminoid summit. Naast de nieuwe Geminoid DK waren ook de in 2005 door professor Hiroshi Ishiguro gemaakte eerste Geminoid HI-1, alsmede de in 2010 ontwikkelde vrouwelijke variant Geminoid F van de partij. Aangezien de gelijkenis tussen de deelnemers zo treffend was, was het een enigszins bizarre gewaarwording. Niet alleen lijken de robots op hun eigenaar, ook de mogelijke gezichtsuitdrukkingen van de geminoids zijn zeer waarheidsgetrouw. De robots zijn met name ontwikkeld om te helpen bij de zoektocht naar enkele existentiële vragen. Wat is een mens, wat is aanwezigheid, wat is relatie en wat is identiteit? Met de komst van de eerste Europese geminoid, kunnen nu ook worden culturele verschillen ten aanzien van robotperceptie worden onderzocht. Eerste geminoid summit 06 Nieuws

7 Nieuws Innovatieprijs voor intelligent orderverzamelsysteem Ferdar Automation Technology in Almere heeft een innovatieprijs ontvangen voor de ontwikkeling van haar i-collector; een intelligent orderverzamelsysteem voor onder andere warehouses en distributiecentra. Het bedrijf behaalde met de inzending van deze innovatie de zesde plaats in de MKB Innovatie Top 100. Deze top 100 wordt gezien als de grootste en belangrijkste innovatieprijs voor MKBbedrijven. De bedoeling van het initiatief is de markt te laten zien waartoe het MKB in staat is. De i-collector is een modulair uitbreidbaar buffersysteem voorzien van twee beweegbare draagarmen die goederen verzamelen, opslaan en uitleveren. Het systeem fungeert als buffer tussen voorraadmagazijn en orderuitgifte en tussen productie en verpakken. Sterk punt is dat het systeem aan de ene kant voorziet in automatische bevoorrading en automatische item-picking aan de andere kant. Daarmee is het systeem ideaal voor bedrijven met grootschalige distributie, zoals in farma-, agro-, cosmetica-, food-, consumergoodsindustrie en webshops. Voor de handling maakt Ferdar gebruik van haar ervaring en toepassing van robottechnologie. Inzet van robottechnologie maakt het orderverzamelen foutloos en fysiek minder belastend. Met die combinatie kan de i-collector nagenoeg manarm worden ingezet. Het systeem staat momenteel in een testfase bij een Engelse online supermarktketen, die het op termijn op diverse plaatsen in hun warehousing in gebruik wil nemen. Zowel de jury als de onderneming zelf zien door de vele toepassingsmogelijkheden voor het systeem een hoge potentie in een brede markt. De jury, onder leiding van Alexander Rinnooy Kan, beoordeelde de nominaties op basis van originaliteit, impact, mate van bescherming, verkrijgbaarheid en de omzetpotentie. De bekendmaking van de MKB Innovatie Top 100 vond plaats op 26 mei in het hoofdkantoor van Mercedes-Benz Nederland in Utrecht. Vision & Robotics 2011 haalt Jeugdjournaal De taartgooidemonstratie die het Mikrocentrum samen met Vision & Robotics, Iris Vision en ABB organiseerden, haalde onlangs het jeugdjournaal. Een schoolklas uit Riethoven bracht een bezoek aan de beurs, maakte kennis met de leuke kanten van de robotica en namen het in een taartgooiwedstrijd op tegen een robot. Het leek ons leuk om naast de doorgaans zeer technische demonstraties ook iets luchtigs te tonen, dat leuk aansluit bij het jubileumjaar en ook het nodige spektakel oplevert, licht seminar manager van Mikrocentrum Els van de Ven de keuze voor de taartgooiende robot toe. Hoewel de scholieren de achterliggende technologie grotendeels zal zijn ontgaan, was het een mooie manier om ook de toekomstige generatie warm te laten lopen voor techniek. En door de aanwezigheid van lokale en landelijke pers, alsook een televisieploeg van het NOS jeugdjournaal, kwamen vision en robotica ook voor het grotere publiek goed onder de aandacht. De organisatie, die het jubileumjaar ook in andere opzichten als geslaagd ervaart, is blij met een hogere opkomst in zowel exposanten als bezoekers. Van de Ven: Als je ziet dat ondanks de concurrentie van diverse andere beurzen die gelijktijdig met de onze plaatsvonden we op alle fronten een groei van twintig procent hebben gerealiseerd, dan mag je toch wel concluderen dat de combinatie van een sterk congresprogramma met een innoverende beursvloer duidelijk in bestaande behoeften voorziet. Nieuw algoritme voor besturing robotarmen Onderzoekers van een onderzoekscentrum van het Duitse Fraunhoferinstituut hebben een methode ontwikkeld om robotarmen op een natuurlijke manier te besturen en programmeren. Kern van de methode is een speciaal sensorsysteem. Dankzij een verzameling micro-elektromechanische sensoren, ofwel mems-sensoren, hebben onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA in Stuttgart een inputmethode voor robots ontwikkeld. Het draagbare apparaat kan in de hand worden gehouden, waarbij bewegingen van de gebruiker door bewegingssensoren worden geregistreerd en kunnen worden doorgegeven aan een robotarm. Bij wijze van demonstratie hebben de Duitse onderzoekers tijdens de Sensor+ Test-beurs een robotarm aan de inputsensor gekoppeld en bezoekers de robot laten besturen om een bal te vangen. De onderzoekers ontwikkelden speciale algoritmes om de input van de verschillende sensoren te verwerken tot een model van de beweging. Dat moet het programmeren van industriële robots eenvoudiger maken. Tot dusver moesten dergelijke robots worden geprogrammeerd door een analyse te maken van een beweging die met behulp van laser-tracking en camera s werd vastgelegd. Het nieuwe sensor-inputsysteem moet die stap overbodig maken en de gewenste beweging direct vastleggen en doorgeven aan de computer. Tevens zou de techniek in de geneeskunde gebruikt kunnen worden om looppatronen bij revalidatie te analyseren. De wetenschappers werken ook aan een sensor die elektrische activiteit van spieren kan meten. Met het systeem zouden dan protheses aangestuurd kunnen worden. Nieuws 07

8 Bijzondere productiecel voor bewerking cabinesteunen DAF Meer verspanen dankzij robotica Liam van Koert Hoofdredacteur Vision & Robotics Machine Fabriek Elburg heeft een bijzondere bewerkingscel in gebruik. Naast een drietal vierassige CNC-machines, zijn er ook twee Fanuc-robots te vinden. En waar robots vooral bekend staan om hun flexibele inzetbaarheid, laten zij samen met integrator Gibas zien dat er ook in vaste opstellingen kosten bespaard kunnen worden door het inzetten van onze zesassige vrienden. 08 Verspanen

9 De Elburgse machinefabriek is geen onbekende bij de gebruikers van high-end metalen producten. Met name de nabewerking van gietstukken is één van hun specialiteiten. Dit is niet voor elke machinefabriek weggelegd: gieten is geen hoogprecisie werk en onderdelen kunnen hierdoor de nodige variatie in afmetingen vertonen. Belangrijk zijn daarom niet alleen goede afspraken met de gieterij over referentiematen, maar ook gedegen proceskennis over hoe de onderdelen tot een bevredigend resultaat te verwerken. Cabinesteunen Eén van de onderdelen die momenteel in de fabriek in Elburg wordt bewerkt, zijn speciale cabinesteunen voor de vrachtwagens van DAF. De gietstukken, die in een linker- en rechtervariant voorkomen, worden er gefreesd, geboord, getapt en ontbraamd. Maarten Dijkshoorn van Machine Fabriek Elburg legt uit dat om aan de vraag van DAF te kunnen voldoen, het noodzakelijk was een cel te ontwikkelen die 24 uur per dag, zeven dagen in de week, aan het werk is. Steeds vaker wordt hierbij een beroep op robots gedaan. Want dit is niet alleen kostenefficiënt in een volcontinu productieproces, ook is het arbo-technisch een betere oplossing. De steunen wegen nogal wat en hoewel ze best te tillen zijn, is de belasting voor het personeel in dit soort gevallen te groot voor een handmatige oplossing met ploegendiensten. Bovendien zouden we in de knoei komen met de personeelsplanning. Het machinepark en het aantal werknemers is immers gebaseerd op een universeel programma, waardoor andere projecten in het gedrang zouden kunnen komen wanneer we hier vaste mensen op zouden zetten. Productieproces De gietstukken worden op een standaard pallet de cel binnen gebracht. Hierbij liggen de linker- en de rechtervariant als één paar in elkaar. Gezamenlijk worden de gietstukken er vervolgens door een Fanuc R- 2000iB/165F robot eerst uitgehaald, die ze naar een visiontafel brengt en ze daar uit elkaar schuift. Dit gebeurt met behulp van een magneetgrijper. Op de visiontafel wordt niet alleen de precieze positie en oriëntatie bepaald, maar tevens gecontroleerd of er wel twee steunen aanwezig zijn. Zo niet, dan wordt er door de robot ingegrepen. Zo ja, dan haalt een tweede robot, ook een Fanuc R2000iB, die zich tussen een drietal bewerkingsmachines en een BTU (boor tap unit) bevindt, ze van de visiontafel af en legt ze op een vrije tussenpositie voor één van de bewerkingsmachines. Is een machine leeg, dan legt dezelfde robot het werkstuk vervolgens in de spanmal en wacht tot één van de machines klaar is met de freesbewerkingen. Is een machine klaar, dan wordt deze door de robot ontladen en legt de robot het werkstuk vervolgens in het tussenstation, om eerst direct een nieuw werkstuk in de lege machine te kunnen plaatsen. De machinebewerking kost zo n twintig minuten en het is dan ook zaak deze zo kort mogelijk te laten stilstaan. Draait de machine weer, dan wordt het eerder bewerkte werkstuk weer uit het tussenstation genomen en naar een boor-tap unit gebracht. De servo-assen van de boor-tap unit wor- Verspanen 09

10 slot zijn er ook enkele visionsuccessen geboekt die vermeldenswaardig zijn. Zo zijn we er, ondanks een zwaar industriële omgeving en een lastig te bekijken dof product met een groot aantal kleurschakeringen, toch in geslaagd de robots probleemloos te laten samenwerken. Hiertoe hebben we de eerste robot uitgerust met vision. De twee robots communiceren onderling en met de drie bewerkingscentra via Profibus. De productiecel voor de cabinesteunen voor DAF bestaat uit drie vierassige CNC-machines en twee Fanuc R-2000iB/165F robots. den hierbij door de robot zelf aangestuurd, waardoor de BTU in feite als een verlengstuk (zevende en achtste as) van de robot fungeert. Zijn alle bewerkingen aan de BTU uitgevoerd, dan brengt de robot het werkstuk naar een overzetstation. Hier neemt de eerste robot, die nu is uitgerust met een mechanische grijper (de combinatie magneetgrijper en spanen is over het algemeen niet ideaal te noemen), het werkstuk over en brengt het naar het ontbraam station. Dit is in feite niets meer dan een aan een motortje gemonteerde staalborstel, waarbij de beweging van de robot de slijtage van de borstel compenseert. Eenmaal ontbraamd, dan wordt het werkstuk op een europallet met gereed product gelegd en begint de hele cyclus weer opnieuw. Turnkey Er zitten vele slimmigheidjes in het systeem die de cel uniek maken, zegt Stefaan Poppe van Gibas. Als robotintegrator en leverancier van de CNC-machines is hij nauw betrokken geweest bij het uiteindelijke ontwerp van de cel. Op de eerste plaats zijn er enkele aanpassingen aan de bewerkingsmachines gedaan, om in combinatie met slimme mallen met een relatief kleine machine, toch een behoorlijke werkstukgrootte te kunnen hanteren. Dit is gedaan in verband met de economische haalbaarheid van het project. Ook de kwaliteit speelde een rol: we wilden de cabinesteunen in één opspanning kunnen bewerken. In het verlengde hiervan is het belangrijk hoe de robots en de machines samenwerken. Door de boor- en tap-bewerkingen middels een BTU buiten de machines te laten plaatsvinden, kon Machine Fabriek Elburg met vierassige CNC-machines uit de voeten, wat natuurlijk ook een economisch voordeel oplevert. Ook heeft het een positieve invloed gehad op de totale bewerkingstijd en de capaciteit van de cel, waarbij we de doorlooptijd na optimalisering van het hele proces hebben weten terug te brengen van 37 minuten naar 20 minuten. Tot Partnership Soms is het belangrijk de handlingtijd zo laag mogelijk te houden. In dit geval lag de focus vooral op continuïteit, kwaliteit en betrouwbaarheid. De automotive sector stelt immers zeer hoge eisen aan de toeleveranciers. Om aan deze eisen te kunnen voldoen, is Machine Fabriek Elburg blij met de intensieve samenwerking die er tussen Gibas en henzelf bestaat. Dijkshoorn: We hebben al in een vroeg stadium Gibas ingeschakeld om dit project van de grond te krijgen. Het is een werkwijze die zijn vruchten al meerdere malen heeft afgeworpen. Grote voordeel is namelijk dat wij de proceskennis in huis hebben, goed overweg kunnen met complexe gietstukken en bedreven zijn in het ontwikkelen van de juiste mallen, terwijl Gibas niet alleen een robotintegrator is, maar tevens een turnkey leverancier van CNC-machines. Ze kunnen ze aan onze wensen aanpassen en weten alles probleemloos met elkaar te laten communiceren. Poppe vult aan: In onze sector, waar vaker vergelijkbare projecten voorkomen, kan je niet werken in een traditionele klant-leverancier relatie. Je moet samen nieuwe concepten ontwikkelen en anticiperen op de veranderingen in de markt. Zo was aanvankelijk een kleinere cel ontworpen voor de productie van een geringer aantal cabinesteunen. Maar toen we nog bezig waren met de afbouw, ging de vraag vanuit DAF dusdanig omhoog, dat we hebben besloten de cel aan te passen. Waar in het aanvankelijke ontwerp twee machines en één robot het werk deden, zijn dat drie machines met twee robots geworden. Dergelijke snelle wijzigingen kan je alleen doorvoeren als je goed op elkaar bent ingespeeld. Dijkshoorn benadrukt tot slot dat snel schakelen in de branche belangrijk is om de orders binnen te kunnen halen. We ontwikkelen gezamenlijk soms op voorhand al bepaalde concepten om scherp te kunnen offreren. Als de offerte vervolgens order wordt, kunnen we meteen starten met de uitvoering. De plannen lagen immers al klaar. Snel schakelen is de troef om de boot niet te missen. Het vereist echter wel dat je op basis van partnership met elkaar omgaat en de risico s van de geïnvesteerde tijd deelt. Starre robotisering Gevraagd naar het feit of het toepassen van robots het proces ook flexibeler maakt, antwoordt Poppe terughoudend. Natuurlijk is de robot flexibel, maar bij turnkey massaproductieprojecten als deze gaat er veel tijd en geld zitten in de engineering van een oplossing voor één specifiek product. De winst zit hem dan met name in het volautomatisch laten draaien. Het moet foutloos werken en eenvoudig zijn voor de operator. Dit is overigens één van de redenen dat we meestal voor robots van Fanuc kiezen. Ze staan in de markt bekend om hun betrouwbaarheid en gebruikersgemak. Maar dat neemt niet weg dat wanneer je een ander product in de cel wil gaan maken, je dan opnieuw de engineeringskosten voor je rekening zult moeten nemen. Ik ben daarom geneigd het eerder een vorm van starre robotisering te noemen, waarbij je de robot, wanneer het te produceren product uitfaseert, natuurlijk goed voor een nieuw project kunt gebruiken. Ze hebben relatief weinig voor hun kiezen gehad en gaan heel wat draaiuurtjes mee. 010 Verspanen

11 Smart solutions power your future. Highly flexible. Hoge performantie. Flexibel. Krachtig. Stäubli biedt een breed gamma robot oplossingen aan die zich kenmerken in superieure kwaliteit, precisie en betrouwbaarheid wat een competitief voordeel garandeert. STÄUBLI BENELUX NV, Tel: +32(0) Staubli is een merk van Stäubli International AG gedeponeerd in Zwitserland en in andere landen. Stäubli,

12 Mogelijkheden en beperkingen in de praktijk Lasertechnologie in vision toegelicht Vijftig jaar na zijn ontdekking is lasertechnologie terug te vinden in alle geledingen van de industrie. Voor sommige toepassingen kunnen we gerust stellen dat laser een commodity geworden is. Maar wat zijn de mogelijkheden en beperkingen? Jurgen Adriaensen Proces Ontwikkeling Laser Applicaties (Philips GTDM) Vooral in de plaatverwerkende industrie is lasersnijden en laserlassen de standaard geworden. Lasers worden ook vaak toegepast wanneer bestaande processen versneld, producten verkleind en productie-uitval verlaagd dienen (of dient) te worden. Het risico bestaat echter dat het voor veel mensen lijkt alsof lasers alle problemen kunnen oplossen en dat er behalve het bijhorende investeringsplaatje geen enkele reden meer is om zich zorgen te maken. Helaas heeft ook deze technologie zijn fysische beperkingen. En vroeg of laat loop je daar tegenaan. Variabelen Philips Lighting (Turnhout, België) maakt al dertig jaar gebruik van lasertechnologie voor de massafabricage van verschillende producten. Ook worden er lasers ingezet om gereedschappen te maken, of om processen te simuleren die met een andere technologie niet mogelijk zijn. Doordat de productvereisten van generatie tot generatie steeds verstrengen, komen we ook de grenzen van de lasertechnologie tegen. Er zijn nogal wat variabelen die invloed hebben op de betrouwbaarheid en zelfs op de uiteindelijke haalbaarheid van een laserproces. In eerste instantie beschouwen we de variaties op het ingangsmateriaal: deze variaties hebben betrekking op de geometrische toleranties, variaties in materiaalsamenstelling, alsook in de oppervlaktegesteldheid. Elk van deze factoren geeft aanleiding tot een spreiding in het lasproces. Daarbij komen de variaties die veroorzaakt worden door de mechanische set-up. Positioneernauwkeurigheid, trillingen en gereedschapsslijtage zijn de belangrijkste factoren die elk op zich een grote invloed kunnen hebben op de kwaliteit. Bij sommige processen komen daar bovenop ook nog de omgevingsinvloeden. Zo zullen materialen die een goede afscherming van zuurstof nodig hebben tijdens het bewerken, vaak zeer strenge eisen stellen aan de conditionering. Ook de keuze van de laserbron en de optische configuratie brengt een aantal beperkingen met zich mee. Als een laserscanner gebruikt wordt om de laserbundel snel over een grote afstand te verplaatsen, dan kan ten gevolge van thermische drift, de hoeknauwkeurigheid van de spiegels en de beeldveldfouten, de laserspot foutief gepositioneerd worden. Gebruiken we 012 Laser

13 Uitgangspunten case 1 Ingangsmaterialen: 300μm en 280μm draad van verschil- Ruwe positionering Positionering na correctie Gelast product lende materialen. Lasverbinding: axiaal met een stuikbeweging tijdens het lassen. Functionele specificaties: lasverbinding zo sterk mogelijk, maximale tangentiële uitlijnfout 15μm, maximale lasknobbel buitendiameter van 320μm, 100 procent controle op al deze functionele specificaties. Uitgangspunten case 2 Ingangsmaterialen: glazen buisjes met een diameter van minder dan 1 millimeter. Vormgeving: dichtsmelten met minimale en zeer lokale warmtebelasting van het product. Functionele specificaties: minimale warmtebelasting, gasdicht, betrouwbare smeltkwaliteit, los van variatie van materiaal of lasers. Beeld van de las in een stereo elektronen microscoop Meetmethode: Volume van de ellips is functie van het vermogen Helling van de ellips geeft de positioneerfout van de bundel daarentegen een CO2-laserbron, dan zal ook de pointing stabiliteit van de laser de spotpositie over de tijd beïnvloeden. Een laatste, zeer belangrijke variabele is de vermogenstabiliteit van de laser. Ongeacht of het nu gaat over een continu laser of een gepulste laser, een vaste stof of een gaslaser, elk type heeft zijn beperkingen naar stabiliteit, zowel op korte als op lange termijn. Vermogen goed Vermogen te laag Laserspot te veel naar links Laserspot te veel naar rechts Tolerantieanalyse Op zich hoeven al deze variaties geen onoverkomelijk probleem te vormen, zolang men ze onderkent en meeneemt in de tolerantieanalyse. Zodra de belangrijkste oorzaken van de variatie in kaart gebracht zijn, kan er een keuze gemaakt worden welk niveau van intelligentie nodig is om de gewenste productkwaliteit te garanderen. In het beste geval zijn alle bovenstaande onzekerheden te vangen in een groot procesvenster. Dan zullen enkel incidenteel slechte producten voorkomen en volstaat het om op geregelde tijdstippen de volledige configuratie te (her) kalibreren. Als we echter door één of meerdere van de bovenstaande variaties buiten het procesvenster geduwd worden, dan kan visiontechnologie ons op verschillende vlakken helpen om toch tot een stabiele productkwaliteit te komen. De voorbije decennia is de visiontechnologie, samen met de lasertechnologie, geëvolueerd. Laser en vision zijn naar elkaar toe gegroeid om samen de grenzen van hun toepassingsgebied te verbreden. Implementatie Voor een correcte implementatie van visionmetingen moeten we rekening houden met verschillende randcriteria, die mede de keuze van het systeem bepalen. Denken we maar aan de machinesnelheid, component kost, kosten van slechte kwaliteit, grenzen van de maakbaarheid. Al deze aspecten bepalen of we op basis van steekproef dan wel voor en/of na het proces gaan kijken. Voor de meest veeleisende processen is het noodzakelijk in real time te kijken en het traject van de laser bij te sturen. In de onderstaande praktijkcases maken we duidelijk hoe vision ons in staat stelt de gewenste productbetrouwbaarheid te realiseren. Als we naar deze eisen kijken en we houden bovendien rekening met de spreiding van het ingangsmateriaal, dan kunnen we vanuit de tolerantieanalyse aantonen dat het niet mogelijk is om op een robuuste manier de componenten zuiver mechanisch met deze nauwkeurigheid te positioneren. Bovendien blijkt uit het procesonderzoek dat de stuikweg tijdens het lassen, het laservermogen en de spotpositie van de laser de belangrijkste parameters zijn die de opgelegde functionele specificaties beïnvloeden. Voor de realisatie van deze machine zijn er dan ook de onderstaande keuzes gemaakt om deze variaties te minimaliseren. 1. Zuiver mechanisch positioneren is bij deze nauwkeurigheden niet langer mogelijk. Ook zou gereedschapsslijtage zeer snel invloed hebben en fouten introduceren. Positionering van de producten zal voor elk product door een meting actief bijgestuurd moeten worden. We doen een ruwe positionering, meten de correctie die we moeten doorvoeren in drie richtingen en positioneren op die manier de producten met de hoogste nauwkeurigheid. 2. Positionering van de laser is zo kritisch, dat we niet met scanneroptieken kunnen werken. Door hun hoekfout en drift in de tijd kiezen we voor het gebruik van vaste optieken. 3. Om het laservermogen te stabiliseren, rege- Laser 013

14 len we bij tijdens de laspuls om een stabiele energiehoeveelheid te behouden, ook over langere termijn. 4. Na het maken van de las meten we de gemaakte verbinding onder verschillende hoeken op. Als één van de maten niet voldoet, keuren we het product af. Hierdoor kunnen we honderd procent goede producten garanderen. De mechanische positionering van de producten is haalbaar, aangezien we te maken hebben met een vrij grote laserspot in verhouding tot het te bewerken product. De beperking naar positionering komt echter vanuit de laserbron zelf. Aangezien het hier glas betreft, moeten we gebruik maken van een CO2-laser om het materiaal te kunnen verwarmen. Helaas heeft dit soort laser twee belangrijke nadelen. Enerzijds is er de variatie van het vermogen in de tijd, anderzijds varieert de positie van de laserspot. Deze parameters zijn onmogelijk te meten met een nauwkeurigheid die een betrouwbaar proces garandeert. Vandaar dat we voor de bouw van de machine vanuit de onderstaande conclusies vertrokken zijn: 1. De belangrijkste bron van variatie is de laserbron en optica. Deze moeten correct geselecteerd en gespecificeerd worden door de leverancier. 2. Bij de constructie van de machine moet er al in de ontwerpfase rekening gehouden worden met het feit dat de stabiliteit van de spotpositie enorm kritisch is. Dit uit zich in minimale bundelafstanden en zeer solide constructies. 3. Om het gecombineerde effect van het proces te borgen, meten we aan een productkarakteristiek. Hiermee kunnen we op een betrouwbare manier het proces bijsturen. 4. De regelcurve van het proces moet ongevoelig gemaakt worden voor incidenten en meetfouten en drift van het proces. In dit geval is het de combinatie van het volume en de helling van de smelt die ons vertelt of het proces goed loopt, of dat er een drift is. We leren er ook uit hoeveel en in welke richting we moeten compenseren. Conclusie Laserprocessen lijken soms triviaal, maar zijn dit zeker niet. Men moet zeer goed de beperkingen en foutmodi van de verschillende lasersystemen onderkennen en vooraf adresseren. Visiontechnologie helpt ons om dit op een snelle en betrouwbare manier te realiseren. Een belangrijk deel van de huidige laserprocessen behoeft niet de metrologie zoals hierboven beschreven. Als men echter de uiterste grenzen van de maakbaarheid aftast, is er meestal een extra stap nodig om ook tot een betrouwbaar productieapparaat te komen. Philips Global Technology Development Mechanization groep levert het volledige gamma van engineering diensten gaande van haalbaarheidsstudies, conceptontwikkeling, elektrisch en mechanisch ontwerp tot en met projectrealisatie, inclusief de oplevering on site. Als engineering groep binnen de Philips Electronics organisatie, met meer dan vijftig jaar ervaring in productie en procesontwikkeling, spreken wij dagelijks de taal van productie- en engineeringmensen. Onze technische kerncompetenties zijn laser processing, microlassen, manipulatie van kleine onderdelen, machinevisionsystemen en diverse lichtmetingen. De technologie moest absoluut ongevoelig zijn voor de enorme hoeveelheid stof waarvan hier vaak sprake is 014 Laser

15 > Common Vision Blox is the perfect software platform for quick and reliable vision application deve lopment. This fast, powerful, modular programming library supports all common acquisition technologies. Based on a set of highly optimized algorithms, users can even integrate custom code for total flexibility. For a cost-effective, truly industrial pro duct, test Common Vision Blox today. Imaging At Its Best. Download your own test version at: put your inspection on course to win Phone +31 (0) Best Players go FUTURE Machine vision in the third dimension? Compact cameras with integrated computer units? Self-confi gurable machine vision applications? Meet the world market leaders and many small, highly specialised companies presenting their systems, components and services here, as well as applications for numerous sectors, from the automobile industry With VISION Integration Area, to mechanical engineering, from the food industry to medical tech- Application Park and for the fi rst time with nology. All at VISION, the world s leading trade fair for machine vision. Don t let the future pass you by, join us! Use your Smartphone 8 10 November 2011, Messe Stuttgart 015

16 Vijfentwintig camera s vervangen zonder downtime Yves De Groote the text factory TNT Express moderniseert leestunnels De Europese hub van TNT Express verving vijfentwintig topcamera s door leestunnels met de nieuwste Sick ICR890 cameratechnologie. De investering bedroeg 1,35 miljoen euro. Drie camera s met spiegels volstaan voor het lezen van 1D- en 2D-barcodes op vijf zijden van de verpakkingen die met een snelheid van twee meter per seconde passeren. Dé uitdaging was de installatie zonder één enkele productiestop. Uitstekende planning en samenwerking leidden tot een geslaagd project. Een overzicht van de drie nieuwe leesstations bij TNT. Het Europese centrale logistieke centrum van TNT Express is sinds 1998 gevestigd op de luchthaven van Luik bij Grâce-Hollogne. Van hieruit gaan transporten over meer dan vierhonderd kilometer. Belangrijk zijn de centrale ligging tussen Amsterdam, Frankfurt en Parijs, alsmede de goede wegverbindingen. Het 3,5 hectare grote bedrijfsterrein is verdeeld in een sector voor luchttransport en een sector voor wegtransport. De 420 personeelsleden werken in drie ploegen. Sorteerinstallatie De volledige geautomatiseerde sorteerinstallatie van het Nederlandse Vanderlande Industries in de immens grote hal heeft een capaciteit van dertigduizend pakketjes per uur. De transportband met rollen heeft een lengte van zeven kilometer en de volledige installatie omvat 18 toevoerstations, 43 verticale sorteereenheden, 6 zogenoemde posisorters en 131 sorteeruitgangen. Productiemedewerkers maken de transportverpakkingen leeg en scannen de zendingen in, waarna ze het sorteersysteem in kunnen. De posisorters schuiven de pakketjes naar links of rechts over de dragers van de transportband richting de sorteeruitgangen voor verdere logistieke afhandeling en transport. Er zijn negentien leespunten voor de vertisorters en zes leespunten voor de posisorters. Daar wrong het schoentje. Modernisering leestations In een liet de leverancier weten dat de 016 Vision

17 Marcel de Jonge (links) en Alain Lamarche (rechts): De leesbaarheid moest met 75 procent worden verbeterd. Visiolux topcamera s voor 1D-codes niet langer ondersteund werden door de fabrikant, omdat de onderdelen verouderd zijn en de reserveonderdelen moeilijk verkrijgbaar zijn, verklaarde System Manager Logistiek bij TNT Alain Lamarche. Omdat wij niet het risico wilden lopen dat het bestaande systeem zou falen, besloten we te investeren in geheel nieuwe leestations, die ook de nieuwste 2D-codes kunnen lezen. TNT kiest met een open visie voor de toekomst. Maar liefst zeventig procent van alle internationale zendingen van TNT Express passeert de Luikse HUB en de cijfers zijn duizelingwekkend: negentigduizend pakjes, ofwel 450 ton goederen per nacht of vijftienduizend pakjes per uur. Een honderdtwintigtal vrachtwagens en 44 vliegtuigen zorgen voor de aan- en afvoer van de goederenstroom. Na sortering gaan de zendingen naar 68 Europese luchthavens, 36 Europese landen, en nu ook naar Azië en de Verenigde Staten. Technische uitdaging De technische uitdaging was de leesbaarheid van de beschadigde, dan wel vuile of onvolledige barcodes, benadrukte Alain Lamarche van TNT. Het originele systeem faalde bij zes procent van de barcodes, dat onder meer te wijten was aan de eenzijdige lezing van elke barcode. De leesbaarheid moest daarom met 75 procent worden verbeterd, zei hij. Zendingen met niet leesbare etiketten moeten immers manueel worden verwerkt. Sick ontwikkelde, zo vertelde Product Manager Auto-ID bij Sick Patrick Ceulers, daarom een systeem bestaande uit drie camera s met spiegels. Als de hoekinstelling en de positionering van deze spiegels precies gebeurt, dan is het mogelijk om vijf zijden tegelijkertijd te monitoren en te scannen. Sick heeft hiervoor een eigen ontwikkelingscentrum, waar proefopstellingen uitgebreid getest kunnen worden voor specifieke applicaties bij klanten. Zo werd niet alleen de beoogde verhoogde leesbaarheiddoelstelling gehaald, maar kon de scanrate met vier procent omhoog, zelfs wanneer de goederen met een snelheid van twee meter per seconde voorbij raasden. Een bijkomend voordeel van het vijfzijdig scannen is volgens Ceulers de grotere flexibiliteit voor het aanbrengen van het etiket met de codes door de klanten. Installatie-uitdaging Bij het installeren van het robuuste frame met drie camera s waren er twee uitdagingen. De eerste was dat de productie niet onderbroken kon worden. De werkzaamheden moesten daarom worden gedaan tussen zes uur s morgens en acht uur s avonds. Om acht uur vond een acceptatietest plaats, waarna om negen uur een (arbeids)veiligheidstest volgde en tot elf uur de sofware kon worden bijgesteld. Belangrijk aandachtspunt uit het oogpunt van arbeidsomstandigheden was voldoende afscherming van het licht. We hebben gekozen voor overdimensionering van de ledverlichting, omdat er op den duur verlies optreedt, legde Ceulers uit. De tweede uitdaging was de soms beperkte ruimte tussen de transportbanden en de hoogte waarop moest worden gewerkt, afhankelijk van de locatie van het leesstation. De nieuwe stations vragen meer ruimte. Dit werd onder- Sick ICR camerasysteem Naast een hoge resolutie en een goede beeldkwaliteit biedt het ICR camerasysteem met CCD-sensor (8.192 pixels), een geïntegreerde realtime JPEG-encoder, waardoor met beeld van hoge kwaliteit gewerkt kan worden, terwijl weinig opslagruimte nodig is. Het systeem heeft een real-time autofocus zonder bewegende delen, een decoder van hoge kwaliteit en een digitale zoomfunctie. De camera behandelt tot 2Gbit aan fotografische informatie en is afgestemd op OCR en video-coding (sterke compressie van videobeelden). Daarnaast beschikt de nieuwe generatie over meer verwerkingskracht, ondersteuning van diverse in- en outputs (Ethernet, Profibus- DP, RS 422/RS485), geoptimaliseerde decoders en een uitgebreide XML-functionaliteit. De netwerkfunctie maakt het samenwerken met andere camera s mogelijk. Zo kunnen ook volumemetingen worden uitgevoerd om een volledig en geïntegreerd identificatiesysteem op te bouwen. Het modulaire ontwerp zorgt dat het systeem zowel kan worden ingezet voor enkelzijdige leesstations als voor meerzijdige hogesnelheidsscanners. Camera en de belichting kunnen van elkaar gescheiden worden, wat installatie en onderhoud vergemakkelijkt. De belichting is volledig geïntegreerd en de output is zelfregelend, om zo een gelijkmatige lichtverdeling voor een groot aantal leessituaties te verkrijgen, zonder dat er aanpassingen gedaan hoeven te worden. Vision 017

18 vangen door de vijfentwintig leestations onder te verdelen in drie groepen: gemakkelijk (werken op beperkte hoogte en voldoende ruimte), gemiddeld (op hoogte en standaard ruimte) en moeilijk (op hoogte en/of beperkte ruimte). Met name het exact instellen van de camera s was soms een huzarenstukje, blikte Marcel de Jonge, Project Manager van Sick, terug. Projectrealisatie De leverancier werkte voor TNT een strakke planning uit rond drie teams: mechanica, elektronica en software fine tuning. Elk team bestond uit drie tot vier man, die afwisselend de drie groepen installaties voor hun rekening namen. Dankzij een goede coördinatie van de teams konden zo twee complete leestations per dag worden gedaan, aldus De Jonge. Hij benadrukt hierbij het belang van overleg met het management van TNT. De eerste dag stond in het teken van de mechanica, waarbij het frame, zonder camera s rond de oude leestations die op dat moment nog in gebruik waren, werd gebouwd. De dag erna sloten technici van Sick de eerste nieuwe ICR890 camerascanner aan en werd de oude camera afgebroken, waarna de nieuwe camera de toplezing overnam. Informatici koppelden de camera door bekabeling aan de nieuwe geprogrammeerde PLC, die parallel stond aan het bestaande proces. Enkel zo kan een nieuwe installatie worden aangesloten, terwijl de oude installatie nog draait, legt De Jonge deze keuze uit. Op de derde en laatste dag volgde de installatie en ingebruikname van de twee andere camera s, waardoor het mogelijk was om de pakketten van vijf zijden te monitoren en te scannen. Terugblik Alle betrokkenen van TNT en Sick blikken tevreden terug op het project bij TNT Express in Luik. De uitdagingen waren bekend, dus geen verrassingen in de realisatie. Lamarche roemde de goede samenwerking met Sick tijdens het volledige project. Het is een groot voordeel dat één enkele leverancier instaat voor de technologie, de migratie van het oude systeem naar het nieuwe en de service. Nu hebben we een systeem dat ook voorzien is op OCR (optische tekenherkenningen) en video-coding en we kunnen zelfs volumes gaan detecteren. De hele installatie vergt nauwelijks onderhoud, de operationele kost is miniem en we zijn onder de indruk van de kwaliteit van het scannen. De ICR890 camerascanner werkt goed bij zowel 1D- als 2D-codes. De methode die Sick hanteerde was perfect. Een goed product inbouwen met een doordachte planning, de truc met de parallel geplaatste PLC en de kwaliteit van zowel product als service, bevestigen ons vertrouwen. Dat is nog niet alles. Sick is een betrouwbare partner die ons een 24/7 service garandeert, mochten we onverhoopt een probleem hebben. Uit ervaring voegt hij toe. De medewerkers van dit bedrijf ondersteunen ons per telefoon en we merken dat ze perfect op de hoogte zijn van de techniek. Het is bijzonder aangenaam dat ze ons in onze eigen taal te woord staan. Onze eigen technici kunnen steunen op de goede documentatie die Sick ons beschikbaar stelt. Belangrijkste les? Een project zonder impact op de dagelijkse operaties is onmogelijk zonder een zeer goede samenwerking tussen alle betrokken teams. Dit vereist voorbereiding, planning en communicatie, aldus de projectleider van TNT Express. 1D of 2D? De reeds lang bestaande 1D- of streepjescode bestaat uit parallelle zwarte strepen met witte spaties ertussen die de data voorstellen. De meest voorkomende 1D-barcodes zijn de GS Meestal bestaan ze uit ongeveer twaalf tot twintig cijfers. Nadeel van dit type barcodes is de moeilijke leesbaarheid bij een minder goede printkwaliteit of bij beschadigingen. Nieuw is de 2D- of matrixcode, bestaande uit zwarte blokjes boven en naast elkaar met witte spaties. Deze kunnen niet alleen meer informatie bevatten, ook kunnen ze bij beschadiging vaak toch nog worden gelezen. Door de kleine oppervlakte kunnen zij ook op kleine producten ingezet worden. Meer informatie is te vinden op Drie camera s met spiegels volstaan voor het lezen van 1D- en 2D-barcodes op vijf zijden van de verpakkingen. 018

19 Vision & Robotics nu ook online Kijk voor alle artikelen en het laatste nieuws op

20 Over lichtchips, nano-optica en nieuwe toepassingen De fotonica(r)evolutie Met fotonica kan veel meer dan alleen datatransport. Professor Meint Smit van de Technische Universiteit Eindhoven heeft zich dat in 1994 al gerealiseerd. In plaats van verder ontwikkelen van het bestaande is hij teruggekeerd naar fundamenteel onderzoek van wat je allemaal met licht kunt bereiken. Het manipuleren met licht toont wat gelijkenis met die van de CMOStechniek in de elektronica. Licht is echter veelzijdiger, heel veel sneller en milieuvriendelijker dan elektronica en door combinatie met sensoren die licht uitzenden en op licht reageren, zeer divers toepasbaar. Cees van Heijkoop Freelance journalist