Flexibiliteit in sensorintegratie

De mate van sensorintegratie, van losse sensorchip tot complete sensormodule, is onderhevig aan twee trends. Fabrikanten leveren steeds meer sensoren als kale chips aan om hun speelveld breed te houden en hoge volumes te kunnen produceren. Anderzijds verzorgen specialisten als Sentech op een steeds hoger niveau sensorintegratie voor specifieke toepassingen.

Sentech in Nieuwkuijk legt zich toe op sensorintegratie voor uiteenlopende markten, van Automotive en Heavy Vehicles en Healthcare en Instruments tot Hightech en Robotics en Agrotechnology en Horticulture. ‘Op basis van onze diepgaande sensorkennis en ons brede sensorportfolio kijken wij altijd vanuit het klantvraagstuk welke sensortechnologie het beste is voor de applicatie’, verklaart technisch productmanager Rob Kuijpers. ‘Kunnen we daarvoor een bestaand product van een van onze leveranciers gebruiken, of is een modificatie nodig voor integratie in de specifieke toepassing? Daarbij beschikken we over een breed portfolio aan sensortypes en kunnen we voor elk type uit meerdere technologieën de beste selecteren.’ Belangrijke overwegingen bij de keuze van de geschikte sensortechnologie en de mate van sensorintegratie zijn de gewenste flexibiliteit en de vereiste tolerantie bij de inbouw van de sensoren.

Zes niveaus

Veel sensoren worden gefabriceerd als kale chip, vertelt productmarketingmanager Egbert Stellinga. ‘De eindgebruiker is echter gebaat bij een chip die is verwerkt tot een product, waar al een kabel en een stekker aan zitten, zodat de sensor makkelijk kan worden gemonteerd, of tot een subassembly voor in zijn machine. Zo leveren wij een sensor altijd met een bepaalde mate van integratie. We definiëren hier zes niveaus voor. Op niveau 1 leveren we alleen de kale sensorchip, bij 2 is de chip gesoldeerd op een bordje en verpakt in een behuizing, en bij 3 hebben we die behuizing verder aangepast en bekabeld. Op niveau 4 hebben we de sensor met behuizing ingebouwd in een subassembly, die bij 5 verder is uitgebreid met functies, en tot slot is 6 een complete module, waarvoor een stukje ontwerpverantwoordelijkheid voor de machine aan Sentech is toevertrouwd. Op dit laatste niveau wordt de eindgebruiker dan ook het meest ontzorgd.’

Hoge volumes

Door de manier waarop Sentech zich over de jaren heen heeft ontwikkeld, is het vermogen om sensoren steeds op een hoger niveau aan te bieden enorm gegroeid, legt Stellinga uit. ‘Op die manier kunnen we onze kennis van sensorintegratie toepassen om zoveel mogelijk waarde toe te voegen.’ Aan de inkoopkant sluit dit aan op een trend bij fabrikanten, weet Kuijpers. ‘Tien jaar geleden leverden zij hun sensoren eigenlijk altijd op niveau 2 aan, met de behuizing erbij. De laatste jaren zien we steeds meer dat ze ook producten op niveau 1 aanbieden, als een chip die nog alle kanten op kan. Dat is voor hen interessant omdat die sensorchip nog kneedbaar is; die kan in heel veel toepassingen worden ingezet. Daardoor kunnen ze in hoge volumes produceren.’ De rol voor sensorintegratoren zoals Sentech wordt daarmee groter, beaamt Kuijpers. ‘Eindgebruikers kunnen zelf die kale chips gaan integreren in hun applicatie, maar dat vergt van hen heel veel kennis en inspanning, terwijl een integrator die kennis en ervaring al heeft opgebouwd.’

Compacte en complexe encodertoepassingen

Kuijpers ziet die trend van levering door fabrikanten op niveau 1 bij allerlei sensortechnologieën en in het bijzonder bij encodertechnologie. Encoders bestaan uit een meet-/leeskop met sensor en een soort liniaal, die is voorzien van een nauwkeurige schaalverdeling. Met een fysisch principe (optisch, magnetisch, inductief of capacitief) meet de sensor een periodieke verandering bij beweging van de meetkop langs de liniaal – de meetkop bevindt zich op het bewegende object en de liniaal op de vaste wereld, of omgekeerd.

‘Voor nauwkeurige positiemeting kom je vaak uit op encoders’, verklaart Kuijpers. ‘Vanwege de beperkte ruimte heb je een compacte oplossing nodig en meestal gaat het om complexe applicaties; dan lopen de wensen van verschillende eindklanten al snel uiteen. Er is in die gevallen dus alle reden om te starten met chips op niveau 1 en de integratie per specifieke toepassing te ontwikkelen. Terwijl dat bij relatief eenvoudige oplossingen, zoals toepassingen van naderingsschakelaars, veel minder vaak voorkomt; de bouwvorm is daar simpelweg minder kritisch.’

Diepte en breedte

Met het aanbieden van sensorintegratie over zoveel mogelijk niveaus gaat Sentech de diepte in. Daarnaast zoekt het de breedte op. Zo zijn dit voorjaar de sensorintegrator en aandrijfspecialist Zilvertron uit Schoonhoven zusterbedrijven geworden binnen een groep. ‘Encoders meten bewegingen, maar om die te realiseren zijn aandrijvingen nodig’, verklaart Kuijpers. ‘Die combinatie van aandrijving en meting kunnen we nu als totaalpakket met een geïntegreerde motionoplossing aanbieden.’ Zilvertron doet eigenlijk hetzelfde als Sentech, vult Stellinga aan. ‘Zij helpen bedrijven met het integreren van aandrijvingen en besturingen in hun applicaties; denk aan zelfrijdende robots en aandrijvingen voor de machinebouw.’

Tolerantie voor integratie en installatie

De keuze voor een bepaalde mate van sensorintegratie bij het ontwikkelen van een klantapplicatie heeft ook te maken met de vereiste tolerantie bij het inbouwen van de sensor. Als die tolerantie hoog ligt en het uitlijnen dus niet heel kritisch is, kan een sensoroplossing eenvoudig worden geïnstalleerd. Is de tolerantie juist heel laag, dan biedt een sensorintegratie die op hoger niveau wordt aangeleverd aan de eindgebruiker het gemak om deze met minder moeite correct en nauwkeurig ingebouwd te krijgen.

De tolerantie bij installatie van een sensoroplossing speelt eveneens een rol in de selectie van een bepaalde sensortechnologie. Capacitieve lineaire encoders bijvoorbeeld (zie kader) hebben een ruime inbouwtolerantie, vertelt Kuijpers. ‘Als klanten die encoders integreren in hun machine, hebben ze geen uitgebreide constructie nodig voor het uitlijnen en kalibreren van de leeskop. Ze hoeven daar dan minder in te investeren en dat scheelt in hun total cost of ownership. Deze winst kan niet direct als inkoopvoordeel worden uitgedrukt en wordt daarom vaak vergeten of onvoldoende meegenomen in de overwegingen voor sensorselectie.’

Besparen op integratiekosten

Neem een xy-bewegingstafel die een encoder op beide assen heeft, vult Stellinga aan. ‘Als de meetkop heel nauwkeurig op de liniaal moet zijn uitgelijnd, moet daar een stijve constructie omheen worden gebouwd. Is de tolerantie minder strikt, zoals bij capacitieve lineaire encoders, dan is het ontwerp eenvoudiger, terwijl de encoder toch nauwkeurig meet. Naast de besparing op materialen en gewicht kunnen eindgebruikers daardoor tijd winnen tijdens ontwerp en installatie.’ Kuijpers: ‘Hoe minder complex je het hoeft te maken, bijvoorbeeld voor de uitlijning, hoe meer je kunt besparen op de totale integratiekosten.’

Dit artikel is geschreven in nauwe samenwerking met Sentech B.V.