Karaat per karaat

Festo3

Achter de schermen van de glamour en glitter van de juwelensector gaat een hightech industrie schuil met zeer efficiënte automatiseringsoplossingen. De firma BUKO in Kortrijk heeft met de GEMSORT/10000 een innovatief toestel ontwikkeld dat duizenden diamantjes per uur kan sorteren. Het bedrijf gebruikt zijn expertise in de behandeling en verwerking van kleine onderdelen ook in andere industriële toepassingen.

Wanneer ruwe diamanten geslepen worden tot briljanten of andere ­vormen, is het zaak zo weinig mogelijk van het kostbare materiaal verloren te laten gaan. Daarom worden stukjes die verwijderd worden op hun beurt weer geslepen tot kleinere steentjes. Dat proces gaat door tot men diamantjes heeft die niet groter zijn dan 0,7 mm. 

Festo1

De afgewerkte diamantsorteerder.

Elke ruwe diamant levert op die manier een hele reeks briljantjes op van diverse afmetingen. Een volgende stap in de keten is dan ook het sorteren van alle steentjes op grootte. Met de GEMSORT/10000 heeft BUKO een machine ontwikkeld waarmee dat sorteren geautomatiseerd wordt. De machine is een primeur voor de sector en brengt heel wat geavanceerde technologieën samen voor vision, high-end pneumatiek en 3D-printen.

High-end toepassingen

De firma BUKO is gespecialiseerd in machines en gereedschappen voor de juwelensector. “Het bedrijf was aanvankelijk een groothandel in gereedschappen, tot op een dag een klant een vijl voor het bewerken van goud kwam vragen”, zegt zaakvoerder Kris Vierstraete, die BUKO vier jaar geleden overnam. “De toenmalige eigenaars raakten gefascineerd door de juwelensector en gingen zich er steeds meer in verdiepen. Daarna begon het bedrijf ook zelf machines op maat te maken.” Een voorbeeld hiervan zijn machines voor het maken van trouwringen - een activiteit die BUKO op de kaart zette. Het bedrijf ontwikkelt ook heel wat roboticatoepas­singen, bijvoorbeeld voor het polijsten van juwelen. Kris Vierstraete ­concentreert zich nu vooral op high-end toepassingen waarbij geavanceerde automatiseringsoplossingen ingezet worden om zeer efficiënte en nauwkeurige machines te maken. 

Vreemd genoeg levert die specialisatie het bedrijf ook steeds meer ­opdrachten op buiten de juwelensector. Processen als ontbramen, polijsten en graveren zijn nu eenmaal activiteiten die in heel wat industrieën terugkeren. “In de metaalbewerking zijn de meeste productiestappen vandaag geautomatiseerd”, zegt Kris Vierstraete. “Alleen de nabewerking zoals het ontbramen en polijsten zijn activiteiten die nog vaak manueel gebeuren. De oplossing die we in de juwelensector gebruiken zijn adaptieve robotsturingen, waarbij de kracht van de robot, tijdens het polijsten bijvoorbeeld, automatisch aangepast wordt aan de vorm van het werkstuk. Die technologie passen we nu ook toe op grote robots die ingezet worden voor het ontbramen en nabewerken van grote gietstukken zoals riool­deksels.”

Nauwkeurigheid van 5 micron

Een groter contrast met de wereld waarin de GEMSORT/10000 wordt ­ingezet is nauwelijks denkbaar. De diamantjes die de machine moet sorteren hebben een diameter van 0,7 tot 3,6 mm. Het toestel, dat zo compact is dat het op een tafel gezet kan worden, kan tot 10.000 dergelijke steentjes per uur sorteren. BUKO noemt de machine een optische zeef. 

“De klassieke manier om diamantjes te sorteren op grootte is door ze te zeven”, legt Kris Vierstraete uit. “Dat gaat relatief snel maar heeft een aantal belangrijke nadelen. De methode heeft een beperkte nauwkeurigheid en er blijven regelmatig steentjes vastzitten in de zeven. Men loopt ook het risico dat de diamantjes beschadigd raken.” De basis van het ­optisch zeven is een vision-systeem - een camera die de grootte van een diamant bepaalt door in een foto de pixels te tellen. De machine van BUKO haalt daarbij een nauwkeurigheid van 5 micron. Om dat te realiseren, worden de diamantjes op een glazen plaat bekeken met belichting langs de onderkant. Speciale telecentrische lenzen op de verlichting en de camera zorgen ervoor dat de lichtstralen precies parallel blijven lopen in plaats van te divergeren. Een speciale trilgoot brengt de diamantjes een voor een op de ronde, roterende glazen plaat. De geometrie van de trilgoot is zo ontworpen dat de diamantjes op hun vlakke kant op de tafel terechtkomen, zonder dat de steentje beschadigd kunnen raken tijdens het kantelen. Een fotocel detecteert elk steentje op de plaat en triggert de camera om een beeld te nemen. In de sturing van de machine wordt op basis van dat beeld de grootte bepaald.

Snelschakelende MHE2 ventielen

Om de diamantjes vervolgens te sorteren, ontwikkelde BUKO een innovatief concept met pneumatische snelschakelventielen die in een cirkel ­opgesteld staan onder de roterende tafel. De innovatieve snelschakel­ventielen van Festo maken het mogelijk om de diamantjes op basis van hun grootte uit te blazen in een van de 32 bakjes rond de glazen tafel. Om te komen tot een capaciteit van 10.000 steentjes per uur moet het hele systeem van vision, controle en pneumatiek bijzonder efficiënt en precies zijn. De keuze viel daarbij op de snelschakelende MHE2 ventielen van ­Festo. Die hebben een responstijd van minder dan 2 milliseconden en, wat nog belangrijker is, een herhaalnauwkeurigheid op die responstijd van minder dan 0,2 msec. Met die specificaties staan deze ventielen aan de top van wat vandaag mogelijk is in pneumatiek. De snelle respons en de hoge precisie laten toe om toepassingen te ontwikkelen met zeer ­korte cyclustijden. 

Festo2

Trilfeeder die de diamanten uitlijnt voor visuele inspectie.

In de GEMSORT/10000 bedraagt die cyclustijd niet meer dan 3 msec. Een capaciteit van 10.000 diamantjes per uur ­betekent dat er 3 steentjes per ­seconde verwerkt worden, die op een van de 32 locaties in de ­machine uitgeblazen moeten worden. Met gewone ventielen zou dat niet haalbaar zijn.

3D printen

De hoge precisie bij het uitblazen van de diamantjes is overigens geen zaak van de ventielen alleen. BUKO moest ook op zoek naar de meest geschikte geometrie voor de luchtkanalen, zodat de lucht heel precies en onder de juiste hoek uitgeblazen wordt. Met behulp van ‘additive manufacturing’ werd een deksel ontworpen dat zich in het midden van de glazen plaat bevindt met daarin 32 luchtkanaaltjes die telkens tegenover de bakjes uitkomen. 3D-printen maakte het mogelijk om de inwendige kanaaltjes te maken in een gebogen vorm, wat met andere productietechnieken moeilijk te realiseren zou zijn geweest. 

Onder het deksel bevinden zich de MHE2 ventielen die in een cirkel opgesteld zijn, zodat de afstand tussen ventiel en uitblaaspunt voor elk van de 32 kanalen even groot is. Opnieuw werd een beroep gedaan op 3D-printen om een rond verdeelstuk te maken die zich in het midden van de machine bevindt en alle ventielen van perslucht voorziet. 

Het resultaat van dit alles is ronduit indrukwekkend. In hoog tempo ­worden de diamantjes zeer nauwkeurig op de roterende glazen plaat ­gebracht en vervolgens precies in een van de 32 bakjes uitgeblazen. Het sorteren van de diamantjes kan daardoor niet alleen vele malen sneller gebeuren dan bij het traditionele zeven, de machine maakt het ook ­mogelijk om bijkomende controles te doen, bijvoorbeeld op de rondheid van de steentjes. Optioneel kan met een tweede camera ook de zijkant geïnspecteerd worden. Bij dit alles kan de klant zelf configureren welke criteria hij wil hanteren bij het sorteren, met andere woorden welke ­diamanten in welke bakjes terecht moeten komen. 

Voor BUKO is de GEMSORT/10000 het samenbrengen van een hele reeks hightech componenten en technologieën, en jarenlange ervaring in het behandelen van de kostbare edelsteentjes.