Gimbal

De Gimbal is een innovatieve tool voor het kalibreren van temperatuurafhankelijke 6DOF motion sensors. Embed heeft deze kalibratietool voor Siri Marine ontwikkeld.

Van POC tot product

Het ontwikkelproces van de 6DOF kalibratietool begon voor Embed met het maken van een POC; een Proof Of Concept. Met dit POC heeft Embed op een praktische manier onderzocht hoe de definitieve kalibratietool moest worden.
Het POC werd een ‘pan & tilt machine’, gebouwd van hout en prototype elektronica. Na praktijk testen met de pan & tilt bleek dat de definitieve kalibratietool 360 graden bewegingsvrijheid moest hebben in 2 assen. De pan & tilt kon namelijk niet 360 graden bewegen, maar alleen van boven naar beneden en van links naar rechts. Ook bleek uit deze testen welk materiaal nodig was voor de kalibratietool en hoe de elektronica moest worden.

Na de pan & tilt heeft Embed de definitieve Gimbal ontwikkeld. De Gimbal is nu volop in gebruik bij het kalibreren van productie series 6DOF motion sensors.

Het doel van de Gimbal

Het doel van de Gimbal is het kalibreren van temperatuurgevoelige 6DOF motion sensors. Siri Marine zet deze motion sensors onder andere in bij bergingswerkzaamheden op schepen. De 6DOF motion sensors meten hoekverdraaiingen en acceleraties. De sensoren zijn temperatuurgevoelig, omdat ze MEMS technologie bevatten. Deze technologie staat bekend om de temperatuurgevoeligheid. Temperatuurgevoeligheid houdt in dat wanneer de omgevingstemperatuur van de sensor verandert, de sensor niet langer de juiste meetresultaten van de hoekverdraaiingen en acceleratie weergeeft. Door de sensor te kalibreren geeft de sensor bij temperaturen van -20 graden tot +50 graden Celsius altijd de juiste meetresultaten weer, met een maximale absolute hoekafwijking van 0,07 graad of 1mg.

De werking van de Gimbal

De Gimbal bestaat uit een aantal onderdelen, die samen de kalibratie verzorgen:

• mechanica (aluminium);
• elektronica;
• een PC.

Embed heeft het geheel ingebouwd in een klimaatkast.
De PC stuurt het kalibratie proces aan en zorgt voor de juiste bewegingen van de mechanica. De elektronica regelt de de communicatie tussen de PC en de te kalibreren sensoren.
Het kalibratie proces verloopt als volgt:

• De operator plaatst de sensoren in de Gimbal. De mechanica bevat 3 compartimenten. In elk compartiment passen 2 sensoren.
• De Gimbal start het kalibratie proces. Dit proces duurt 24 uur.
• De Gimbal beweegt de sensoren in 360 graden in 2 assen en verwarmt en koelt de sensoren van -20 graden Celsius tot +50 graden Celsius.
• De Gimbal meet welke hoekverdraaiing de sensor meet bij alle verschillende hoeken en temperaturen.
• Wanneer de gemeten hoekverdraaiing niet overeenkomt met de werkelijke hoek van de sensor, is de sensor onnauwkeurig. De Gimbal stelt dan de sensor automatisch bij door nieuwe parameters naar de sensor te sturen.
• De Gimbal test of de sensor nu wel de juiste hoekverdraaiing aangeeft.
• Wanneer de sensoren bij alle hoeken en in alle temperaturen tussen de -20 graden Celsius en +50 graden Celsius een maximale meet afwijking van 0,07 graad hebben, zijn de sensoren gekalibreerd.

De Gimbal kalibreert de sensoren niet alleen, maar kwalificeert de sensoren ook. Na kalibratie blijkt namelijk hoe goed de sensor uit de productie gekomen is. De klant krijgt hier een rapport van.

Verwarmen en koelen

Tijdens het ontwikkelproces van de Gimbal, was het voor Embed een uitdaging om de sensoren af te laten koelen naar -20 graden Celsius en vervolgens op te warmen naar +50 graden Celsius. De mechanica mocht namelijk niet warm worden. Wanneer de hele inhoud van de klimaatkast koud is en vervolgens opwarmt, warmen niet alleen de sensoren op, maar ook de mechanica. Opgewarmde mechanica zet uit. De hoekverdraaiingen die de mechanica maakt zijn dan onnauwkeurig en als gevolg daarvan worden de sensoren niet goed gekalibreerd. Embed heeft dit opgelost door alleen de sensoren zelf te verwarmen met lokale verwarmingselementen. Tijdens het kalibratie proces blijft de klimaatkast dan constant aan staan, zodat de mechanica een constante temperatuur houdt.

Bediening op afstand

De operator kan de Gimbal op afstand bedienen. De kalibratie duurt 24 uur en doordat de operator de Gimbal op afstand kan bedienen en monitoren, hoeft de operator niet gedurende het gehele proces bij de Gimbal aanwezig te zijn. Alleen het plaatsen van de sensoren in de tool gebeurt handmatig. Het is daarna veilig om de tool gedurende de kalibratie onbemand te laten draaien, want de tool geeft zelf een diagnose bij fouten. Constant voert de machine sanity checks uit om te meten of de machine naar behoren functioneert. Bij een fout stopt de machine automatisch.

Resultaat

Er zijn reeds een aantal productieseries van de 6DOF motion sensorgekalibreerd met de Gimbal. De sensoren hebben een hoge nauwkeurigheid, dankzij het kalibratie proces van slechts 24 uur. De hoge nauwkeurigheid van de sensoren is een positieve ontwikkeling voor Siri Marine, aangezien een grote nauwkeurigheid van de sensoren van groot belang is in de marine en maritieme sector.