Nieuwe control technieken voor sneller en accurate motion systemen

Elektronenmicroscopen, pick-and-place machines, en kopieerapparaten en wafer scanners: motion control is een faciliterende sleuteltechnologie die op brede schaal wordt toegepast en daarom een enorme waarde vertegenwoordigt voor de Nederlandse economie. Omdat de betrokken hightech-industrieën voor steeds hogere eisen komen te staan wat betreft snelheid en nauwkeurigheid, ontwikkelde TU/e werktuigbouwkundige Ruud Beerens nieuwe motion control technieken voor hightech motion systemen. Op 2 maart verdedigt hij zijn proefschrift op de TU/e.

De evolutie van hightechsystemen bij bedrijven in de Brainport regio stelt steeds hogere eisen aan motion control, met name op het gebied van snelheid en nauwkeurigheid. Tegelijkertijd moeten er op systeemniveau belangrijke afwegingen worden gemaakt tussen kosten en resultaat. De huidige ontwerpspecificaties voor mechatronische systemen leiden vaak tot het gebruik van dure apparatuur zoals actuatoren, lagers en sensoren. Gebruik van goedkopere hardwarecomponenten om zo de strikte ontwerpeisen te omzeilen kan ertoe leiden dat het uiteindelijke systeem te lijden heeft onder ongewenste effecten door frictie, veroorzaakt door goedkope mechatronische systeemcomponenten.

Accurate positionering
Een van de bewegingssystemen waarbij frictie optreedt zit in elektronenmicroscopen. In de elektronenmicroscoop bevindt zich een bewegingsplatform dat het monster nauwkeurig moet positioneren in de elektronenstraal. Omdat frictie in dit geval een prestatie-beperkende factor is die niet verholpen kan worden met de klassieke control oplossingen, heeft promovendus Ruud Beerens (TU/e, faculteit Werktuigbouwkunde) nieuwe control architecturen ontwikkeld die de beperkingen van frictiegevoelige bewegingssystemen aanpakken. Beerens: “Accurate positionering is van essentieel belang voor het uitvoeren van hoge resolutie elektronenmicroscopie. Ik heb reset controllers ontwikkeld waarmee het platform met grote precisie kan worden gepositioneerd, ondanks de aanwezigheid van frictie. Bijkomend voordeel is dat deze controllers ontworpen en bijgesteld kunnen worden met de conventionele technieken die al in gebruik zijn, hetgeen de industriële acceptatie van deze control architecturen vergemakkelijkt.

Slimme samenwerking
Een andere uitdaging waarvoor de industrie zich momenteel gesteld ziet, is de alsmaar toenemende vraag naar snelheid en nauwkeurigheid van bewegingssystemen. Naast bewegingssystemen met frictie, zorgde Beerens voor een innovatie van industriële overgeactueerde systemen. Deze bewegingsplatformen worden aangedreven door meer dan één elektrische motor en worden gebruikt in industriële printers en hoge-precisie industriële transportsystemen. Slimme samenwerking tussen de elektrische motoren is van essentieel belang om het gewenst prestatieniveau te bereiken, en dankzij de door Beerens aangebrachte verbeteringen zijn complexe bewegingsprofielen nu mogelijk.

Industriële bewegingssystemen
Beerens werkte tijdens zijn onderzoek samen met verschillende hightech-industrieën, zoals Thermo Fisher, Canon Production Printing, Bosch Rexroth en Sioux CCM. Hij benadrukt dat zijn nieuwe control architecturen bijdragen aan verbeterde prestaties van industriële bewegingssystemen in vergelijking met de lineaire controllers die in de huidige praktijk worden toegepast, en dat zij een kosteneffectief mechatronisch ontwerp mogelijk kunnen maken.
Ruud Beerens verdedigt zijn proefschrift Reset control and control allocation for high-precision motion systems op 2 maart om 16.00 uur in de Atlas gebouw. Begeleiders: prof. dr. ir. N. van de Wouw, prof. dr. H. Nijmeijer.