Hoe maak je een <5 micron nauwkeurige foto van ’s Nederlands beroemdste schilderij? TBRM Engineering Solutions werkte samen met VARIODRIVE aan Operatie Nachtwacht, een project van het Rijksmuseum voor de restauratie van Rembrandt’s meesterwerk. De oplossing van de mechatronica specialist zorgt ervoor dat verschillende onderzoeksinstrumenten het werk met ongekend hoge nauwkeurigheid kunnen analyseren. We praten met TBRM’s CTO, Patrick Smulders, over de totstandkoming en de belangrijkste uitdagingen van deze oplossing.

Operatie Nachtwacht is een bijzonder project van het Rijksmuseum rond de restauratie van Rembrandt beroemdste schilderij. Het schilderij wordt op veel verschillende manieren onderzocht; verschillende fotografie methodes, rontgen onderzoek, testen door restaurateurs en visuele inspectie. Dit proces, nog exclusief de werkelijke behandeling van het schilderij, zal al meerdere jaren in beslag nemen. Het Rijksmuseum wilde niet dat het schilderij hierdoor zo lang niet te zien zou zijn en voert Operatie Nachtwacht daarom op zaal uit, zodat iedereen dit unieke restauratieproces kan volgen. 

Het schilderij moest op locatie onderzocht worden zodat het publiek dit belangrijke deel van de restauratie mee kon maken. Bijvoorbeeld Met een macro-röntgenfluorescentie scanner, kortweg: macro-XRF scanner, onderzoekt het team de samenstelling van de verf van het schilderij. Hierdoor wordt duidelijk wat Rembrandt oorspronkelijk schilderde en wat later door restoratoren is toegevoegd zodat het schilderij zoveel mogelijk in zijn oorspronkelijke staat kan worden teruggebracht. Het is zelfs mogelijk gebleken om met behulp van AI de missende delen – In 1715 zijn aan alle kanten stukken van het oorspronkelijke schilderij afgesneden – te reconstrueren.

Scanplatform op locatie

Het Rijksmuseum vroeg TBRM Engineering Solutions om mee te denken over het kunnen onderzoeken van het schilderij terwijl het in de eregalerij hangt. TBRM is niet alleen gespecialiseerd in hoge-precisie mechatronica voor high-tech bedrijven maar het bedrijf had vanuit een eerdere samenwerking met Canon/Océ en TU Delft al ervaring met de inzet van 3D-scantechniek in musea. Zij waren bijvoorbeeld betrokken bij een scan van Vermeer’s ‘Meisje met de parel’. TBRM realiseerde de oplossing waar de scanapparatuur op geplaatst kon worden en met de noodzakelijke nauwkeurigheid over het doek kon bewegen. Precies wat het Rijksmuseum zocht:

“De oorspronkelijke vraag van het Rijksmuseum was of wij die installatie iets groter konden maken. De Nachtwacht zou dan in een aantal zones opgedeeld worden zodat ze de installatie voor iedere scan naar binnen konden rijden. 

Maar in onze gesprekken kwam naar boven wat ze daadwerkelijk wilden: Een mogelijkheid om 8 tot 10 verschillende metingen, met een zeer hoge nauwkeurigheid, over elkaar te leggen gerelateerd aan de positie op het schilderij. Daar was een stabiele [red: permanente] opstelling voor nodig waarbij ze ook nog wisten te melden dat de vloer in het museum verre van stabiel was,” vertelt Patrick Smulders, CEO bij TBRM Engineering Solutions. “Daarnaast stonden er al twee schaarliften voor het schilderij in de planning, dus er was eigenlijk geen ruimte voor nog een mobiele scanner.

De uitkomst van deze gesprekken was dat we een scanner zouden ontwikkelen die aan de muur bevestigd wordt. De instrumenten konden op dat platform geplaatst worden en het geheel zorgde voor een absolute referentie voor iedere meting. Omdat de hoogste resolutie voor de fotografie 5 micron is moest de nauwkeurigheid van de positionering ook binnen 5 micron zijn. En daarbij kwamen alle Safety factoren die zowel het schilderij als de medewerkers moesten beschermen.”

TBRM Engineering Solutions

Smulders is sinds 2012 CTO bij TBRM Engineering Solutions. Na een carrière die begon bij Philips Research, waar hij o.a. werkte aan Blu-ray technologie, ging hij bij ASML Precision Mechanics werken. In 2008 vertrok hij bij ASML om de engineering competentie op te tuigen bij eerst een maakbedrijf en vervolgens in 2010 een bedrijf dat tegenwoordig onderdeel is van TBRM. Als CTO is hij naast engineering ook verantwoordelijk voor technische aspecten van productie, assemblage en service.

“Bij TBRM werken we het liefst aan opdrachten [proto-bouw of kleine serieproductie] waarbij de hardware nog verzonnen moet worden en we verantwoordelijk zijn voor het opleveren van de complete machine of oplossing. Omdat wij zowel de maak- als de engineering competentie in huis hebben kunnen wij veel sneller itereren, waardoor de doorloopsnelheid van onderzoeksprojecten hoger is. Het is relatief uniek in de markt dat engineering bij ons parallel werkt aan productie, en dat wij tussendoor testopstellingen bouwen of een deel proto maken komt de snelheid ten goede. De klant heeft vlotter een product en een compleet tekeningenpakket in handen”

Ambitieuze planning

Mede dankzij hun snelheid en wendbaarheid bleek TBRM de juiste partner voor het Rijksmuseum, het project had namelijk een ambitieuze planning.

“Wij kregen pas in januari/februari een echte GO voor de start van de engineering. En in juli moesten wij de installatie aan de muur hebben hangen. Dit maakte dat we het project in twee fases hebben opgeknipt, in juli hebben we alles aan de muur bevestigd en naderhand hebben wij het platform daaraan toegevoegd. Zo hebben we aan de planning van het Rijksmuseum kunnen voldoen, zij wilden namelijk dat al het grote werk voor die tijd gereed zou zijn zodat de ruimte weer toegankelijk was voor publiek.

Motion Control oplossing door VARIODRIVE

VARIODRIVE heeft TBRM op verschillende vlakken ondersteund tijdens dit project. VARIODRIVE heeft de verschillende alternatieven aandrijfmethodes, lineairemotoren, tandheugel en tandriem actuatoren doorgerekend/bekeken en besproken met TBRM. Uiteindelijk is de selectie gevallen op lange gesloten tandriemunits van Parker voorzien van servomotoren met absolute multiturn encoders. De 2 verticale assen (met ieder een slag van 4.5mtr)  worden onafhankelijk van elkaar aangedreven waarbij een Parker motion control besturing voor een volledige synchronisatie zorgt van beide assen. De horizontale tandriemunit met een slag van 5.5mtr is aan beiden uiteinde gekoppeld met de verticale tandriem units. 

Door de inzet van de absolute encoders in de motoren is refereren/homen van het systeem niet meer nodig. Naast de actuatoren heeft VARIODRIVE ook alle overige motion control componenten geleverd, waaronder de servoregelaars en de motion control besturing van Parker Hannifin. 

Maar zeker zo belangrijk was de ondersteuning op het gebied van software die VARIODRIVE kon leveren, vertelt Smulders:

“Wij zijn in eerste instantie met VARIODRIVE in contact gekomen omdat zij distributeur zijn van Parker in de Benelux en dus het volledige aanbod van apparatuur kunnen leveren. Maar we hebben VARIODRIVE ook ingezet voor de check op de software en de afstelling van de verschillende bewegingen op de assen. Er zat namelijk een bepaalde tegenstrijdigheid in de vereisten. Het systeem moest zich namelijk niet alleen met een nauwkeurigheid van kleiner dan 5 micron kunnen positioneren voor het schilderij, een ander instrument moest heel langzaam, in een continue beweging, voor het schilderij kunnen bewegen. We moesten zorgen dat de wrijving – die in ieder mechanisch systeem aanwezig is – overwonnen kon worden met de aandrijving zonder dat het resulteerde in een schokkerige beweging (op microschaal). Dat was een interessante uitdaging. 

VARIODRIVE was al meteen erg behulpzaam en kwam met verschillende oplossingen en ideeën. En na de selectie, levering en installatie hebben ze ook geholpen met de inbedrijfname van de motion-control besturing, servodrives enzovoort. Met name Casper [Stroowinder, Technical Manager bij VARIODRIVE] heeft een belangrijke bijdrage geleverd op het gebied van software. Onze specialist is bij VARIODRIVE op locatie aan de slag gegaan met hun testkits en PLC’s van hun, zodat hij zich snel alles eigen kon maken en direct vragen kon stellen aan Casper als dat nodig was. Daarnaast heeft Casper ook een grote bijdrage geleverd aan verificatie en afstelling aan de scanner op locatie in Amsterdam. Dat is precies zoals wij intern ook graag werken en ik ben dus heel blij dat we zo ook met VARIODRIVE samen konden werken. Zonder hun hulp hadden wij de deadlines in juli en oktober zeker niet gehaald.” 

Interessante Motion Control uitdaging

Voor Casper en het team van VARIODRIVE zaten er verschillende uitdagende aspecten aan de vraag van TBRM: 

“Omdat met name het snelheidsgedrag van een lange tandriem unit met last bij zeer lage snelheid onbekend was, heeft VARIODRIVE een test mogen uitvoeren bij de Universiteit Utrecht. Daar werden al eerder lange tandriem units van Parker ingezet en door een verhuizing was de opstelling beschikbaar. Samen met TBRM hebben we testen met een dummy load uitgevoerd om te kijken naar het stick/slip effect en wat de herhaal nauwkeurigheid was van een tandriem unit in combinatie met een lange riem. Na deze testen was het voor ons allebei [TBRM/VARIODRIVE] duidelijk dat de tandriem unit dé oplossing was voor de scanner.

Ook wat betreft de servomotor en de vertragingskasten hebben we interessante keuzes gemaakt. We kozen namelijk voor een motor die vast in een hoger toerental loopt in combinatie met vertragingskasten met een vrij hoge overbrengingsverhouding. Met een vast toerental konden we namelijk het best voorkomen dat er minieme trillingen ontstaan die de meting beïnvloeden. En dat is makkelijker met een motor die wat sneller draait.

We hebben dus met alle zorg naar alle aspecten van de configuratie gekeken en waar nodig getest om TBRM het best te kunnen adviseren in dit uitdagende project.”

TBRM focust zich op hightech en proces/ productie automatisering

Smulders deelt dat het bedrijf zeker open staat voor andere opdrachten voor musea maar zich vooral focust op haar kernmarkten hightech en proces/productie automatisering.

“Voor TBRM Engineering Solutions zijn musea een nieuwe markt die we, met name door dit succesverhaal, verder aan het verkennen zijn. Maar tijdens de coronacrisis hadden musea geen inkomsten en dus geen geld voor dit soort projecten. Inmiddels zijn er wel contacten gelegd met verschillende musea over de hele wereld en zijn er gesprekken over nieuwe systemen. Één systeem zou het scannen van juist horizontaal liggende werken mogelijk moeten maken, wat Safety-wise weer een heel andere uitdaging is. Genoeg te doen dus in deze nieuwe markt.

Het zou leuk zijn als we ook in de toekomst de samenwerking met VARIODRIVE kunnen continueren. Sinds het Nachtwacht project is dat al een aantal keren gebeurd en ook toen was het een fijne samenwerking.”

Meer weten over de ondersteuning die VARIODRIVE kan leveren aan jouw engineering afdeling op het gebied van bijvoorbeeld componenten selectie, Motion Control en software (programmeren)? Neem dan contact op met sales@variodrive.nl of bel 0186 636 280.