In 2014 kwam Sentech in beeld bij PLS, Patient Lifting Solutions, in Renswoude. Een van Sentechs technologiepartners Zilvertron verwees eigenaar Marcel van den Brandt naar Sentech, toen hij zocht naar sensoroplossingen voor zijn exclusieve tilsystemen.
Unieke systemen die door zorginstellingen en ziekenhuizen worden gebruikt ter ondersteuning van de intensieve zorg aan patiënten. Sentech heeft daarna sensoroplossingen ontwikkeld voor het railsysteem van de til-unit.
Sentech en PLS passen goed bij elkaar omdat beide bedrijven streven naar perfectie en daardoor continu willen verbeteren. De samenwerking heeft inmiddels geleid tot een hall-sensor die zorgt voor een betrouwbare besturing van het railsysteem. Op dit moment werkt Sentech zelfs aan het nieuwe ontwerp van de handbediening.
De wens om continu te verbeteren vraagt om een ontwikkelpartner
Het rail- en liftsysteem van PLS voor zorginstellingen is uniek vanwege het gebruiksgemak, het hoge level van automatisering en een contactloze werking. Dat vergt minder onderhoud – aantrekkelijk voor gebruikers. PLS-systemen worden dan ook geëxporteerd naar diverse landen in Europa, naar Australië en Azië. PLS zoekt constant naar verbetermogelijkheden.
“Ik zie de ontwikkelingen niet stoppen”, zegt van den Brandt. “Wij vragen feedback aan onze klanten over foutmeldingen van het railsysteem. We krijgen er gelukkig niet veel, slechts 2 op 500 koppelingen. Maar toch willen wij op basis van die foutmeldingen het product verbeteren. PLS levert exclusiviteit in het hogere marktsegment. Daarom streef ik naar perfectie.”
Perfectie zoekt van den Brandt ook bij zijn leveranciers en ontwikkelpartners. Van den Brandt: “Het streven naar perfectie en oplossingsgerichtheid kenmerken onze partners ook. Wij zijn dan wel internationaal, maar de ontwikkelkennis en onderdelen voor onze producten halen wij graag dichtbij. We houden van korte lijnen en flexibiliteit. Onze toeleveranciers zitten dan ook binnen een uur rijden van Renswoude. Die zijn niet te beroerd om ’s middags iets langs te brengen wanneer we ’s ochtends hebben gebeld. In een ontwikkelproces heb je partners nodig waar je op kunt vertrouwen, en die snel kunnen schakelen.”
Technische uitdaging: van mechanisch naar elektronisch
PLS kwam bij Sentech met een duidelijke ontwikkelvraag. Van den Brandt: “Wij zochten naar een leverancier die twee verschillende positioneringssensoren (reed-switches) kon vervangen door een hall-sensor. Er bestond geen standaardsensor voor, die je in een catalogus vindt.” Voor het railsysteem levert PLS rails, koppelingen, wissels en rotondes. Alles in het railsysteem wordt gestuurd door sensoren.
PLS zocht een generieke sensor omdat het de mechanische componenten en de besturing met reed-switches wilde vervangen door elektronische componenten. “Elektronische componenten en bediening zijn betrouwbaarder en minder storingsgevoelig dan mechanische”, aldus Van den Brandt.
Sentech heeft voor de contactloze besturing een hall-sensor ontwikkeld in een op maat gemaakte behuizing. De naam zegt het al: de sensor is gebaseerd op het hall-effect. De sensor meet de magnetische veldsterkte in een magnetisch veld, oftewel de aanwezigheid van een magneet in de buurt van de sensor. Dit gaat dwars door het profiel van het tilsysteem heen.
Een hall-sensor is uitermate geschikt voor een contactloze detectie en maakt het ook mogelijk om het railsysteem naar wens af te stellen.
Sean Ram, accountmanager bij Sentech, heeft de ontwikkeling van de hall-sensor van begin af aan begeleid. “We bekijken eerst het probleem en beschouwen alle factoren en omstandigheden, voordat we oplossingen gaan bedenken. Op basis daarvan proberen we geschikte standaardsensoren te zoeken bij de specifieke sensortaken en omstandigheden. Dat is het snelste en meest effectief. Komt daar geen optimale oplossing uit, dan gaan we over tot modificeren van geschikte sensoren.”
Uit het relatief korte ontwikkeltraject kwam de hall-sensor als meest geschikte uit de bus. Ram: “Sentech levert nu alleen nog de sensor en bekabeling. De volgende stap is om er een complete assembly van te maken, wat het geheel nog betrouwbaarder zou kunnen maken.”
Nieuwe ontwikkelingen in een ‘open keuken’
Ram waardeert de open houding van PLS en van Van den Brandt: “We werken samen in een soort open keuken. We delen zoveel mogelijk over onze ontwikkelprocessen om het beste eruit te kunnen halen. Ik kom vaak naar Renswoude om samen met Marcel de werkplaats in te lopen en te sparren over de voortgang en nieuwe ontwikkelingen. Omdat alles vraaggestuurd is weten we vooraf nog niet waar we zullen eindigen.”
In het voorjaar van 2016 kwam PLS met een nieuwe ontwikkelvraag naar Ram. Een ontwikkelvraag die op het eerste gezicht geen sensorvraag leek. Van den Brandt: “Wij maken al een tijd gebruik van standaard handbedieningen voor de bediening van het liftsysteem. Het ontwerp van die bediening is niet helemaal optimaal voor onze toepassing. Het snoer is bijvoorbeeld onder gemonteerd, terwijl wij het liever bovenop hebben voor extra comfort en gemak. De bediening is ook niet spatwaterdicht.”
Er moest dus iets nieuws komen dat ook een wat exclusievere uitstraling heeft. “De huidige leverancier kan daarin niet voorzien. Ik vertelde in een open gesprek over onze behoefte aan een nieuwe handbediening. Sean verraste mij door te zeggen daar wel brood in te zien.”
Van den Brand slaat daarmee de spijker op zijn kop. Sentech is een sensorintegrator die met sensoren, bekabeling, behuizing en connectoren complete sensorassemblages ontwikkelt. Ram over zijn reactie naar PLS: “Mijn eerste gedachte was dat me dit geen sensoriek leek. Maar als je erin duikt, ontdek je dat een handbediening juist uitstekend binnen de competenties van Sentech valt. Dus heb ik de vraag meteen bij onze engineers neergelegd.”
Bij R&D komt ook een stuk creativiteit kijken. Dus gingen de engineers met deze uitdaging aan de slag. Zij kwamen met een integraal technisch ontwerp op maat, inclusief een spuitgietmodel voor een nieuw exclusief uiterlijk van de behuizing. Ram: “Ik hoop dat we begin volgend jaar van ontwikkeling naar productie kunnen.”
Hoe open is jouw keuken? Deel jouw challenge met ons.
Met een vacuüm sensor van Sentech verovert de SECOM 2.0 van Delmic de internationale microscopiewereld. Dit is het enige apparaat ter wereld, dat fluorescentie- en elektronenmicroscopie in één geïntegreerde opstelling mogelijk maakt. De unieke microscoop is compatibel met alle typen SEM-elektronenmicroscopen.
Sentech heeft voor de positionering van het sample in de vacuümruimte een vacuümbestendige optische encoderoplossing ontwikkeld. De onafhankelijke sensor integrator levert de oplossing als sensorassemblage, waardoor Delmic deze eenvoudig in de SECOM 2.0 kan assembleren.
Combinatie fluorescentie- en elektronenmicroscopie
Bij Delmic werken 13 mensen aan de ontwikkeling en fabricage van hoogwaardige microscopietechnologie. Zijn productassortiment biedt onder andere met SPARC-oplossingen voor materiaalonderzoek, en met SECOM-oplossingen voor biomedisch onderzoek.
“Delmic combineert in het SECOM-systeem fluorescentie- en elektronenmicroscopie”, begint Andries Effting, CTO en medeoprichter van Delmic. De correlatieve licht- en elektronenmicroscoop (CLEM) is als module te integreren in bijna elke scanning electron microscope (SEM), ook wel rasterelektronenmicroscoop genoemd.
De technisch natuurkundige bouwt met zijn compagnon Sander den Hoedt voort op onderzoek van de TU Delft en AMOLF. In 2011 resulteerde dat onderzoek in het prototype SECOM 1.0.
“Wij hebben ongeveer 2 jaar nodig gehad om uit het prototype een geschikte microscoop op de markt te brengen. De SECOM 2.0 ziet er heel anders uit dan het prototype, maar het concept is hetzelfde gebleven”, aldus Effting.
Met de hightech-microscopietechnologieën in Delmic’s systeem doen wetenschappers baanbrekend biomedisch onderzoek.
Fluorescentiemicroscopie
Fluorescentiemicroscopie, uitgevonden in de jaren ’70 van de vorige eeuw, is een optische methode om de functie van cellen te onderzoeken. Onderzoekers voegen chemische markers toe aan een preparaat, die zich binden aan specifieke eiwitten.
In het door de microscoop geproduceerde beeld lichten de gemarkeerde eiwitten in diverse kleuren op. Eiwitten zorgen voor alle processen in levende cellen. Met fluorescentiemicroscopie krijgen wetenschappers een beeld van processen die tot ziekte leiden.
Elektronenmicroscopie – TEM en SEM
Een elektronenmicroscoop schiet een bundel elektronen richting het te onderzoeken preparaat. Versnelde elektronen hebben een veel kleinere golflengte dan fotonen (licht), waardoor de resolutie een factor 2000 hoger kan zijn dan een optische microscoop.
Een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) schiet een elektronenbundel door het preparaat, zodat een soort diaprojectie ontstaat. De methode maakt vergrotingen tot een miljoen keer mogelijk: 0,1 nanometer.
Een rasterelektronenmicroscoop of scanning electron microscope (SEM) bundelt de elektronen richting het materiaal en legt de teruggekaatste elektronen punt voor punt vast in een beeld. SEM maakt vergrotingen tot 100.000 keer en zeer scherpe 3D-beelden mogelijk.
Voordelen CLEM voor de medische wetenschap.
Volgens Effting heeft de CLEM van Delmic een aantal voordelen ten opzichte van afzonderlijke systemen:
- Gebruiksgemak
De onderzoeker hoeft niet meer twee opnames met afzonderlijke apparaten te maken en deze vervolgens softwarematig te laten verwerken. - Nieuwe onderzoeksmogelijkheden
Kort houdbare preparaten kunnen onderzocht worden. De daadwerkelijke opname van een preparaat kost slechts 1 minuut. - Technische kwaliteit van de opnames
De opnames bieden ongelofelijke detailniveaus, die met andere apparaten niet mogelijk zijn. - Tijdwinst
Wanneer onderzoekstijd een rol speelt, biedt het systeem enorme tijdwinst. De korte machinetijd maakt bijvoorbeeld snel populatieonderzoek mogelijk.
Voordeel uitgelicht: opensource software
Effting noemt zijn bedrijf gekscherend “een fotobedrijf”. Dat verklaart Delmic’s keuze om zijn klanten opensourcesoftware voor de beeldverwerking te bieden. “De software moet gewoon goed zijn”, vindt hij.
“Excellente software zorgt voor een betere productervaring. Wij zien onze software als het visitekaartje van het instrument. Concurrenten laten daarin gaten vallen. Wanneer onze klanten een fout of probleem ontdekken, dan repareren wij het gewoon. Ze hoeven niet te wachten op releases en updates, en betalen geen licentiekosten, wel voor de daadwerkelijk geleverde support. Open source biedt transparantie naar de gebruiker. De code staat gewoon online”, aldus de CTO.
Integratie in bijna alle SEM-typen
“Wij leveren de optische microscoop en software”, legt Effting uit. “Er zijn genoeg bedrijven die uitstekende SEM’s leveren. Ons systeem past op de SEM’s van de vijf grote leveranciers, zoals ZEISS, Tescan, Hitachi, Fei en JEOL.”
De SECOM-stage vervangt de SEM-stage. Effting vervolgt: “Daarvoor hebben we microscoopspecifieke interfaces ontwikkeld. De software hebben we geoptimaliseerd voor elk SEM-type. Onze klanten kunnen de SECOM als optie bij de SEM-leverancier bestellen, of rechtstreeks bij Delmic.”
Baanbrekende biowetenschappelijke onderzoeken
De CLEM-microscopen van Delmic vinden inmiddels hun weg naar diverse universiteiten en onderzoeksinstituten in de hele wereld.
Dr. Ben Giepmans past de microscoop bijvoorbeeld toe bij diabetesonderzoek door zijn celbiologische onderzoeksgroep aan de Universiteit Groningen.
Hij en zijn wetenschappers focussen daarbij op de Eilandjes van Langerhans in de alvleesklier. Zo onderzoeken zij de triggers en nieuwe behandelmethoden voor type 1 diabetes.
Het Francis Crick Institute past, onder leiding van microbiologe Lucy Collinson, de SECOM toe voor onder andere kankeronderzoek.
Vacuümsensorontwikkeling voor de vacuümruimte
De SECOM 2.0 dankt zijn extreme nauwkeurigheid en hoge resolutie aan een unieke optische vacuümsensor. Sentech levert de aangepaste MicroE optische sensoren in een volledig geteste en gekalibreerde assembly.
Delmic ontvangt per CLEM-systeem drie sensorassemblages, één voor elke bewegingsas, die snel en eenvoudig geassembleerd kunnen worden.
Encoder sensor MicroE voor nauwkeurige positionering
Delmic zocht naar een betrouwbare sensoroplossing voor het nauwkeurig positioneren van het preparaat in de vacuümkamer. Sentech kwam bij Delmic in het vizier na een zoekopdracht via Google.
Dat leidde tot een gezamenlijke zoektocht naar een geschikte sensoplossing op basis van de nauwkeurigheidseisen en omstandigheden in de stage.
Peter Verstappen, accountmanager bij Sentech, licht het ontwikkelproces toe. “De uitdagingen waren: de nauwkeurigheid, vacuümomstandigheden en het beperkte inbouwvolume. Het gaat om nanometers en een extreem nauwkeurig focuspunt van de optische microscoop.”
Nauwkeurige positiesensor – materiaalgebruik en laag energieverbruik
Het vacuüm beperkte het zoekspectrum voor de positiesensor in het materiaalgebruik en energieverbruik. In het vacuüm vindt uitgassing plaats bij diverse materialen zoals plastics, wat het preparaat en omgeving ‘vervuilt’.
Een ander probleem is het ontbreken van een koelingsmogelijkheid via de lucht. Daarom was een sensor nodig die zo weinig mogelijk warmte genereert.
“We hebben de hele MicroE-lijn met positiesensor laten passeren en ook nog een aantal concurrenten. Vanwege de specificaties viel 90% meteen af”, aldus Verstappen.
Effting reageert: “Over de toepassing van een MicroE optische encoder waren we het dan ook snel eens. Het was prettig om op een makkelijke manier te kunnen praten over onze wensen en de specificaties.”
Werking optische encoder
De optische sensoren bepalen hun positie op de bewegingsas met behulp van een leeskop en een hele fijne liniaal, waarop met een periode van 20 µm een patroon van strepen is geplaatst.
De lineaire optische encoder bevat geen led als lichtbron, maar een VCSEL-gestuurd element dat veel minder energie nodig heeft. Ook het ontbreken van een lens draagt bij aan een zo compact mogelijke positiesensor.
“De liniaal hebben we nog aangepast op de nauwkeurigheidseisen”, aldus Verstappen. De lichtbron schijnt op een patroon van reflecterende en niet reflecterende strepen, waarbij in het reflectiepatroon ‘knooppunten’ ontstaan.
Dit zijn samenvallende golven en dalen van de specifieke golflengte en worden door de ontvanger van de sensor opgevangen. Vergelijkbaar met het principe van het licht dat door een tralienetwerk valt. Zo is in een beweging per periode een verplaatsing zichtbaar te maken.
Incrementieel meetsysteem met interpolatie
Het incrementele meetsysteem zet de beweging om in telpulsen. De beweging wordt nauwkeurig bestuurd ten opzichte van een vast uniek punt op de liniaal: de index.
Verstappen over de nauwkeurigheid: “De sensor interpoleert de intrinsieke periode van 20 micrometer naar stapjes van 1,2 nanometer, of een veelvoud daarvan. De hoogste nauwkeurigheid hadden we nodig voor de z-beweging.”
Hij vervolgt: “Uit kosten- en handlingsoverwegingen hebben we besloten om de optische nanosensor voor elke as toe te passen.”
Hoogwaardige materialen in optische sensorassemblage
Sentech en Delmic hebben, naast de specifieke sensor, veel aandacht besteed aan de kwaliteit van de andere componenten. Effting wilde discussie met verschillende leveranciers over sensorcomponenten voorkomen.
“We bieden een hightechsysteem. Dan moet je niet beknibbelen op de kosten met goedkope connectoren en bekabeling bijvoorbeeld. Je wilt achteraf geen gedoe over aansprakelijkheid.”
Ervaring in de halfgeleiderindustrie
Sentech maakte gebruik van zijn ervaring in de halfgeleiderindustrie. “Daarom kozen we voor de standaarden en hoge kwaliteit uit de semiconductor-industrie en adviseerden we Delmic om verbindingen niet te schroeven, maar te solderen”, verklaart Verstappen.
De halfgeleiderervaring leidde ook tot de logische keuze om de sensorassemblage in Sentech’s cleanroom te produceren en te verpakken.
“Sentech maakt het ons zo erg gemakkelijk, omdat we zeker weten dat de complete sensortoepassing is getest. In onze assemblagefaciliteit hoeven we de sensoren alleen maar uit de verpakking te halen en kunnen we ze direct en snel assembleren”, vertelt de tevreden Delmic-oprichter.
Met betrouwbare sensoren de wereld veroveren
Volgens Effting komt de tevredenheid over Sentech niet alleen voort uit de prettige samenwerking in een open ontwikkelomgeving. “De SECOM 2.0 is sinds 2013 op de markt. Tot nu toe werken alle sensoren feilloos. De beloofde specificaties en prestaties zijn waargemaakt.”
Het SECOM-platform heeft zijn waarde bewezen, en verovert langzaam maar zeker de microscopie wereld.
Ook jouw uitkomst?
Voor de betrouwbare positionering van een sample in een vacuümruimte was een vacuümbestendige optische encoder de uitkomst voor Delmic. Zoek jij ook naar een betrouwbare sensoroplossing voor jouw positionerings- en besturingsvraagstuk?
Leg ons jouw challenge voor en wij helpen je!
In 2025 start Microsure met de klinische trials voor zijn microchirurgierobot. De encodersystemen die voor de zeer precieze bewegingen zorgen, ontwierp het Eindhovense bedrijf in samenspraak met sensorspecialist Sentech die als ontwikkelpartner met Microsure en systeembouwer MTA aan tafel zat.
Dit artikel is geschreven door Alexander Pil en verscheen in Link Magazine
Sentech raakte al in een vroeg stadium betrokken bij de ontwikkeling van de Musa-3, de derde generatie van de microchirurgierobot van Microsure. Omdat Sentech ook heel regelmatig samenwerkt met MTA die als systeem-ontwikkelaar en productiepartner bij het project betrokken is, was de driehoek snel gevormd. ‘Het was in de eerste fase best een uitdaging omdat weliswaar duidelijk was welke kant het op moest, maar hoe vertaal je dat naar daadwerkelijke specificaties?
De getallen waren soms meer onderbuikgevoel dan exacte wetenschap’, herinnert Sean Ram, Account Manager bij Sentech zich. ‘Het heeft soms best even geschuurd, in een positieve zin, door elkaar uit te dagen en door te blijven vragen. We konden open sparren.’
Als sensorspecialist zat Sentech aan tafel om Microsure en MTA te adviseren over alle mogelijke sensortechnieken. ‘Welke voor- en nadelen zitten er aan iedere keuze? Hoe groot of hoe klein is het? En welke specs kun je ermee halen?’, somt Ram op. Maar vooral hielp het in de vertaling van de specs. ‘Je kunt heel makkelijk zeggen: ik wil een nauwkeurigheid van 0,01 graden. Maar wat betekent dat in de praktijk, op systeemniveau en op sensorniveau? Want als een sensor een tiende millimeter verkeerd wordt ingebouwd – en dat is heel menselijk – is de fout al tien keer te groot. Hoe ga je daarmee om? We hebben interessante gesprekken gehad om elkaar goed te bevragen.’
Nee zeggen
Pieter van Wegberg, projectleider bij MTA, over de samenwerking met Sentech: ‘Je hebt veel bedrijven die, oneerbiedig gezegd, dozen schuiven. Sentech is echter heel goed in staat om mee te denken.’ Om de draaibewegingen in de robotarm goed te kunnen regelen, was er een encoder nodig die binnen een beperkte inbouwruimte net dat stapje extra kon bieden. ‘We zijn uiteindelijk bij een standaard component uitgekomen waar we met z’n allen het maximale uit hebben gehaald.’
Pieter van Wegberg, projectleider MTA
“Ze durven ook ‘nee’ te zeggen als iets echt niet kan. Niet iedereen doet dat. Wat dat betreft is Sentech geen leverancier maar een ontwikkelpartner.’
Apart printplaatje
Ram vult aan: ‘Er lagen ook alternatieve componenten op tafel, maar die waren exorbitant veel duurder. Dan moet je je afvragen of dat het waard is.’ Het is om dat soort overwegingen dat Van Wegberg Sentech waardeert: ‘Ze zijn heel goed om een oplossing te vinden die past bij de businesscase.
De gekozen absolute encoder is in feite niet meer dan een klein chipje. Het was een optie om die direct te integreren in het pcb’tje dat alle elektronica voor zo’n gewricht bevat. ‘Maar wat nou als die encoder kapot gaat? Dan moet je de hele module vervangen’, weet Jurre van Son, Account Manager bij Sentech. ‘Met onze kennis en kunde over sensortechniek en -integratie is Microsure daarom gekomen tot een design waarbij de encoderchip op een apart printplaatje zit.’
Sentech is verantwoordelijk voor de productie van dat sensor-pcb’tje. Het heeft daarvoor ook de toeleverketen ingericht. ‘Er zitten behoorlijk wat kritieke processtappen in om die encoderchips goed te verwerken’, aldus Van Son. ‘Daarom doen we dat het liefst in eigen beheer zodat we de verantwoordelijkheid kunnen nemen als er eventueel wat misgaat.’ Hetzelfde geldt voor de liniaal met het streepjespatroon die de sensor gebruikt om zijn positie te bepalen. Samen met Sentech heeft MTA daarvoor een hubje ontworpen en geproduceerd waarop Sentech vervolgens zeer nauwkeurig de liniaal lijmt. Van Son: ‘Wij controleren of het design correct is uitgevoerd en regelen de supply chain in.’
Flexibel en star tegelijk
Gevraagd naar de grootste uitdaging benoemt Ram de flexibiliteit die nodig was tijdens de prototypeontwikkeling in combinatie met een proces dat strak ingeregeld moet zijn. ‘Het gaat immers om een medische toepassing dus je werkwijze moet voldoen aan de ISO 13485-normering. Dat vereist heel strakke processen waarin alles goed is geborgd. Tegelijk zit je middenin een ontwikkeling waar uiteraard regelmatig het een of ander verandert. Je moet dan goed je kop erbij houden, zodat je blijft voldoen aan de normen maar toch flexibel kunt meebewegen.’
Sentech werkt regelmatig aan medische systemen, maar dat zijn meestal patiënt-hulpsystemen of apparatuur voor labomgevingen. Dit project was dus een nieuwe toepassing. Van Son: ‘Voor onze klanten in de automotive hebben we de zeer strenge IATF-norm in onze organisatie geïntegreerd. Ook daar moet heel veel nauwkeurig worden geborgd. In dit traject met Microsure moesten we de zaken op een andere manier vastleggen en documenteren, maar de structuur erachter en hoe je omgaat met strak ingeregelde processen en toeleverketens was ons niet nieuw.’
Ram besluit enthousiast: ‘Het is supergaaf dat we in Nederland met dit soort ontwikkelingen bezig kunnen zijn. Iemand bedenkt iets en binnen een straal van 60 kilometer is er een complete keten die in open samenwerking antwoord kan geven op de vraag: hoe dan?’
Zo integreer jij succesvolle sensortechnologie
Succesvolle sensortechnologie integreren brengt uitdagingen met zich mee. Want hoe bereid je jezelf voor op omgevingsfactoren waar je jezelf nu nog niet bewust van bent? En welke sensortrends kan je in de toekomst verwachten als engineer?
In ons gratis e-book vind je antwoorden hierop, inclusief praktische voorbeelden van veel voorkomende sensorvraagstukken en oplossingen.
