Ingenieurstools

Overzicht

Net zoals een dokter een stethoscoop en een scalpel nodig heeft om zijn beroep te kunnen uitoefenen, zo heeft een ingenieur ook enkele gereedschappen nodig om zijn dagelijkse bezigheden naar behoren te kunnen uitvoeren. De vaardigheden met dat gereedschap bepalen grotendeels hoe goed een ingenieur zijn taken kan uitoefenen. Helaas is de tijd die je in de labo's kan doorbrengen onvoldoende om écht goed met multimeters, schuifmaten e.d. te leren werken. Daarom wordt er van je verwacht om een aantal tools zelf aan te schaffen. Zo kan je er thuis ook mee voortwerken en je vaardigheden toepassen op nieuwe problemen. Maar nog belangrijker: je leert die tools grondig kennen, zodat je erop kan vertrouwen. Eens je je eigen multimeter volledig onder de knie hebt, zal je ook zeer snel met andere (gelijkaardige) toestellen overweg kunnen.

De aanschaf van deze uitrusting hoeft geen aanslag op je budget te zijn. Er bestaat voor alle tools een breed gamma aan prijsklassen, gaande van te goedkope rommel tot te dure precisieapparatuur die voor professionals bedoeld is. Deze handleiding heeft tot doel je wegwijs te maken in wat er bestaat, en advies te verlenen bij de aankoop van het materiaal.

Gereedschap

De 4 voornaamste stukken gereedschap die je nodig hebt zijn schroevendraaiers, tangen, een schuifmaat en een multimeter.

Schroevendraaiers

Schroevendraaiers zal je vaak nodig hebben: om toestellen uit elkaar te halen of net terug ineen te zetten, om schroefconnectors vast te draaien, om trimpots bij te regelen... We raden je aan 2 sets schroevendraaiers te kopen: een "standaardset" bestaande uit een platte en kruiskopschroevendraaier (Philips head), en een precisiesetje. De standaardset vind je gebruikelijk in de "rommelbak" aan de kassa van Brico of Gamma, kost tussen € 2 en € 5, en bestaat meestal uit een aantal verschillende schroevendraaiers. Schroevendraaiers met een magnetische tip zijn handig als je schroeven wilt oppikken die je per ongeluk laten vallen hebt op moeilijk bereikbare plaatsen. Kies geen te grote maten, die nemen teveel plaats in en zal je zelden nodig hebben.

Een degelijke standaardschroevendraaierset (links) en een 30-delige precisieset (rechts). Let op de vorm van de stelen, die goed in de hand ligt. De koppen ("bits") bij de precisieset zijn magnetisch en klikken vanzelf vast.

Een precisieschroevendraaierset bestaat uit meerdere kleine schroevendraaiers, meestal aangevuld met sterkoppen (Torx) of zeskantige koppen (inbus). Zulke sets kosten tussen € 15 en € 25. Een alternatieve optie is een set met losse, verwisselbare koppen aan te schaffen. Deze zijn uitgebreider maar niet duurder. Deze sets zal je nodig hebben om bv. elektronica te monteren. Vermijd sets met te korte of te dunne schroevendraaiers, die liggen ongemakkelijk in de hand en je kan er weinig koppel op uitoefenen.

Je zal slechts zelden schroeven écht hard moeten vastzetten, dus de basiskwaliteit is voldoende voor schroevendraaiers. Je hoeft zeker geen schroevendraaiers van hoge kwaliteit, bv. Facom, aan te schaffen. Dergelijke sets kosten al snel € 70 of meer, en die heb je tijdens je opleiding niet nodig. Als je thuis al zo'n set liggen hebt, dan kan je die natuurlijk gebruiken.

Nijptang en kniptang

Als ingenieur ga je verschillende types tangen nodig hebben. Met een nijptang kan je objecten vasthouden zonder dat je vingers gevaar lopen, bv. om componenten te klemmen terwijl je soldeert, of om een bout vast te houden terwijl je hem korter slijpt. Nijptangen bestaan in alle vormen en maten, maar de grote exemplaren zijn onhandig en zwaar, en ga je zelden nodig hebben. Interessanter zijn kleine tangen met rechte of kromme bekken. Sommige tangen zijn uitgerust met een knipfunctie, maar je kan daarvoor ook een afzonderlijke kniptang kiezen. Aan een goede kniptang mag je gerust € 10 spenderen, een te goedkope kniptang zal beschadigd geraken als je er dikke koperdraden of staalkabel mee probeert te knippen. Kies een tang met voldoende fijne bekken, voor als je kleine moertjes wilt aandraaien, of kleine objecten wilt monteren.

Links: een gele driedelige tangenset bestaande uit een nijptang, een tang met platte bekken, en een kniptang. Rechts: een kniptang voor elektrische draden ("wire cutter") die fijner werk toelaat dan de "grove" kniptang uit de linkerset.

Je kan nijptang en kniptang afzonderlijk aanschaffen, maar sporadisch kan je ze ook samen vinden in de "rommelbak" aan de kassa bij Brico of Gamma, waar je ook typisch schroevendraaiersets vindt, in gelijkaardige sets. Deze tangen zijn doorgaans geen topkwaliteit, maar als je er met de nodige omzichtigheid mee omspringt dan kan je er al ver mee geraken.

Striptang

Een striptang dient om de isolatie van elektrische draden en kabels mee af te strippen. Je tandarts zal je dankbaar zijn als je in zo'n tang investeert. Er bestaan verschillende modellen. De goedkoopste tangen hebben een instelschroef waarmee je de snijdiepte moet configureren. Hiermee heb je alle controle, maar loop je het risico te diep (en dus in de aders) te snijden, of niet diep genoeg en dan hard aan de isolatie te moeten trekken. Te koop vanaf € 5.

Een manueel in te stellen striptang met stelschroef (links) en een duurder maar volledig automatisch exemplaar (rechts).

Er bestaan ook geavanceerdere tangen die automatisch de isolatie strippen zonder dat je eraan hoeft te trekken. Deze tangen heb je tegenwoordig vanaf $ 10 maar zijn zeker de investering waard. Ze zijn te vinden in de betere doe-het-zelfzaken, of online op sites zoals Ebay, Amazon, en AliExpress. Zoek op keywords "wire stripper" of "cable stripper".

Schuifmaat

Met een schuifmaat (ook wel schuifpasser genoemd) meet je kleine afstanden, zoals de diameter van een as, of de lengte van een bout. Er zijn 2 types: de analoge, met een nonius, en de digitale met een LCD-display.

Een goede analoge schuifmaat kan je reeds kopen vanaf € 20. Goedkopere modellen missen de nodige precisie, en zijn dus sterk af te raden. Een schuifmaat hoort solide en degelijk te zijn. Met krakkemikkelige of plastic modellen kan je niks doen. Koop enkel een schuifmaat die in een etui of doos zit, en transporteer hem ook in die doos. Een schuifmaat is een precisie-instrument dat zijn precisie verliest als je het mechanisch verwringt door het los in je rugzak te steken. Het voordeel aan een analoge schuifmaat is dat het geen batterijen heeft die regelmatig moeten vervangen worden, het nadeel is dat het aflezen van de nonius enige tijd en oefening kost.

Analoge schuifmaat met nonius (links) en digitale variant met LCD-display (rechts).

Digitale schuifmaten zijn duurder dan analoge voor dezelfde kwaliteit. De goedkope modellen hebben een beperkte levensduur als ze gebruikt worden in omgevingen met veel stof, maar bij omzichtig gebruik kunnen ze ook jaren meegaan. Vanaf ca. € 15. Goedkopere modellen missen precisie en laat je beter in de rekken liggen. Een schuifmaat koop je om die reden bij voorkeur niet via Ebay of AliExpress. Voor een goede digitale schuifmaat betaal je al snel tussen € 30 en € 40. Professionele digitale schuifmaten, van merken zoals Mahr of Mitutoyo, kosten rond de € 200. Dat is uiteraard niet de bedoeling.

Multimeter

Met een multimeter meet je elektrische spanningen, stromen en weerstanden, en het vormt dus een belangrijk hulpmiddel bij het testen en debuggen van elektrische schakelingen en machines. Ook bij multimeters lopen de prijzen uiteen van te goedkope rommel van enkele euro's tot professionele digitale multimeters die honderden of duizenden euro's kosten (bv. Agilent, Fluke e.d.). Een degelijk toestel heb je tussen de € 15 en € 30, en voldoet aan de volgende specificaties:

  • Meet gelijkspanning met een max. bereik van 600 V met resolutie van 1 V, en min. bereik van 200 mV met resolutie van 5 mV.
  • Meet gelijkstroom met een max. bereik van 200 mA met resolutie 0.1 mA, en min. bereik van 200 µA met resolutie 1 µA.
  • Input voor gelijkstroom die afgezekerd is op 10A (nodig voor vermogenselektronica).
  • Meet weerstand met max. bereik van 2 M Ω en min. bereik van 200 Ω met resolutie 1 Ω.
  • Meet diodes of kortsluiting met een bieptoon ("continuity measurement").

Van link naar rechts: een te goedkope multimeter met stijve probes die ongeschikt is voor gebruik in labo's of fablab, een degelijke digitale multimeter met auto power-off, en een veel te dure professionele gekalibreerde multimeter.

Afzonderlijke voltmeters en ampèremeters zijn net zoals analoge toestellen niet meer van deze tijd. Moderne digitale toestellen zijn veel nauwkeuriger, en ook lichter om te transporteren. Let bij de keuze van een multimeter op de probes: stijve probes hebben de neiging om af te breken na verloop van tijd, wat potentieel gevaarlijke situtaties kan opleveren. Soepele probes zijn dus aangewezen. Kies indien mogelijk voor een toestel met een automatisch power-off zodat de batterijen niet nodeloos leeg lopen als je de multimeter vergeet uit te schakelen.

Elektronica

Elektronica wordt steeds belangrijker in alle vakgebieden waar je industrieel ingenieurs aantreft. Van klimatisatiecontrollers in de HVAC-sector tot automatische navigatiesystemen in elektrische voertuigen, elektronica is echt overal aanwezig. De synergie tussen elektronica en informatica in het bijzonder wint aan belang, waarbij functionaliteit steeds vaker wordt overgenomen door intelligente software. Embedded informatica in microcontrollers is een dergelijk essentieel onderdeel van hedendaagse elektronica en mechatronica, dat we reeds in de 1e Bachelor starten met het programmeren van microcontrollers en het opbouwen van elektronische schakelingen op breadboards. Volgens dezelfde filosofie als het gereedschap hierboven, wordt er van je verwacht ook deze set basiselektronica aan te schaffen zodat je hier thuis mee kan verder experimenteren.

Arduino UNO

Arduino is een open source hardware en software framework dat focust op rapid prototyping van (relatief) eenvoudige intelligente elektronica door middel van software op embedded microcontrollers. Langs de hardwarekant biedt Arduino een breed gamma aan ontwikkelplatforms (development boards), aan de softwarekant omvat Arduino een programmeeromgeving (Integrated Development Environment, IDE) aangevuld met compiler toolchains en uitgebreide softwarebibliotheken voor het aansturen van sensors en actuators. De community achter Arduino levert een continue stroom aan referentieschakelingen en voorbeeldcode, en dankzij deze lage instapdrempel heeft het Arduino-platform de laatste jaren een prominente plaats veroverd in de hobby/hacker/maker community maar ook in de professionele wereld als tool om snel elektronische of mechatronische proof-of-concepts of prototypes in elkaar te steken.

Het Arduino ecosysteem bestaat uit talloze develompent boards en verschillende types microcontrollers. Deze variëren van eenvoudige 8-bit microcontrollers met slechts een handvol instructies en I/O-pinnen, tot volwaardige 32-bit microcontrollers met geïntegreerde ARM processors. Binnen de opleiding industrieel ingenieur zal je starten met het Arduino UNO development board. Dit bord bestaat uit een ATmega328p 8-bit microcontroller van Atmel en kan geprogrammeerd worden via USB. Je hebt er dus geen externe voeding voor nodig.

Er bestaan talloze Arduino UNO varianten, zowel met microcontrollers met pinnen (through hole versie) als zonder pinnen (surface mount versie). Kies een versie met lange pinnen, waarbij de microcontroller in een socket zit. Dit laat je toe om de microcontroller uit het board te halen eens je prototype werkt, en in een finaal design te pluggen. Bovendien kan je de microcontroller gemakkelijk vervangen als die defect zou geraken.

Klassieke Arduino UNO R3 (links) met verwisselbare DIP microcontroller, en verbeterde versie (rechts) met dubbele rij pinnen en robuustere CH340G USB controller, maar helaas zonder verwisselbare microcontroller.

Ook voor de aansluiting met USB bestaan er verschillende mogelijkheden: enerzijds zijn er de dedicated controllers, zoals bv. de FT232, de CH340G of de MCP2200, en anderzijds goedkopere "hacks" waarbij een tweede, kleinere microcontroller wordt ingezet als USB-controller. Boards met zo'n tweede microcontroller falen opvallend vaker dan boards met een dedicated USB controller. Kies bij voorkeur voor een bord met een CH340G of MCP2200 als USB-controller. Deze controllers hebben een SOIC-package dat relatief gemakkelijk kan losgesoldeerd worden indien er een defect optreedt. In het labo elektronica zijn er vervangstukken op voorraad. De FT232 is quasi niet te vervangen (QFN-package) en dus niet aanbevolen.

Tot slot zijn er ook verschillende types connectors in omloop. De originele Arduino UNO maakt gebruik van "lange" pinheaders die female zijn aan de bovenkant en male aan de onderkant. Je kan er dus uitbreidingsmodules mee stapelen (stacken) en verbinden met de Arduino UNO, maar deze connectors zijn niet bedoeld om losse draden in te steken -- en dat is wat je in zowat alle gevallen zal doen. Het is daarom aanbevolen om een model te kiezen met een dubbele rij pinnen langs elke kant, zowel male als female. Wat betreft de USB connectors bestaan er boards met een zowel standaard USB(B)-connectors als mini als micro USB-connectors. Standaardconnectors en mini USB-connectors zijn oké, de microversie is af te raden omdat die veel te fragiel zijn: bij de minste slag of stoot tegen de USB-kabel breken ze af, en trekken meestal nog een hoop tracks mee van de PCB waardoor je bord onherroepelijk de vuilnisbak in moet.

Arduino UNO compatibele bordjes vind je reeds vanaf $5 op AliExpress, of vanaf € 23 in lokale speciaalzaken zoals Elak. Bij verkeerd gebruik is het niet uitgesloten dat je bord beschadigd geraakt, en om toch voort te kunnen met de lessen is het daarom aan te bevelen een back-up exemplaar te voorzien. Via webshops zoals AliExpress kan je Arduino UNO boards zelfs in packs van 5 of 10 exemplaren vinden, aan een nog voordeligere prijs. Een alternatief is te investeren in een Ruggeduino, deze bordjes zijn pincompatibel met de Arduino UNO maar de inputs en outputs zijn beveiligd tegen overspanningen. Aan $ 55 zijn ze fors duurder, maar ze kunnen beter tegen mishandelingen.

Breadboard

Een breadboard is een ideaal hulpmiddel om snel elektronische schakelingen te prototypen zonder dat je hoeft te solderen. Breadboards bestaan uit gaatjes die opgedeeld zijn in rijen en kolommen, die op een onderlinge afstand van 2.54 mm uit elkaar staan. Daardoor zijn ze compatibel met zeer veel elektronische componenten, die je er rechtstreeks op kan inpluggen. Breadboards met een dubbele power rail bovenaan en onderaan zijn warm aan te bevelen. Bij breadboards heb je ook bijhorende breadboardkabeltjes nodig om componenten met elkaar te kunnen verbinden.

Breadboards bestaan in verschillende prijsklassen en afmetingen. Het is handig om breadboards in verschillende afmetingen op voorraad te hebben. Voor de labo's Basiselektronica en de bouw van je wekker in 1e Bachelor heb je echter minstens 3 full size ("lange") breadboards nodig. Prijzen variëren tussen $ 3 en $ 5 per stuk. In de detailhandel zijn ze fors duurder en betaal je minstens € 10 per stuk. Via webshops als AliExpress kan je ze ook aanschaffen in voordeelpacks van 5 of 10 stuks.

Full size breadboard met power rails (links) en half size breadboard met power adapter en bundel breadboardkabels (rechts).

Interessant zijn ook de zogenaamde Arduino prototyping kits. Deze zijn courant te vinden via webshops en bevatten onder meer een Arduino UNO met bijhorende USB-kabel, één of meerdere breadboards, breadboardkabeltjes, en een heel assortiment aan sensors, actuators en andere goodies. De prijzen variëren sterk in functie van de inhoud van de kits, maar bieden doorgaans een hoge waarde voor hun geld.

Breadboardkabels kan je nauwelijks genoeg op voorraad hebben. Ze worden gebundeld met breadboards verkocht, of afzonderlijk in pakken van 65 stuks.

Laptop

Als ingenieur in spe kan je niet zonder laptop. Je zal datasheets moeten opzoeken, software schrijven, schakelingen ontwerpen, 3D-tekeningen maken, digitale naslagwerken moeten consulteren, of simpelweg online zoeken naar oplossingen voor problemen op forums. Je zal je laptop (quasi) dagelijks nodig hebben, en er wordt ook van jou verwacht dat je hem meeneemt naar bv. de practicasessies. Aangezien je hem dus frequent over-en-weer zult moeten transporteren tussen de campus en je huis of kot, kies je best voor een stevig model. Een behuizing van hard plastic is een minimum. Let erop dat de ventilatiegaten langs de zijkant zitten in plaats van langs onder, zodat je hem kan gebruiken op een vuile werktafel zonder dat stof naar binnen gezogen wordt. Een behuizing in metaal (aluminium/magnesium legeringen e.d.) is weliswaar steviger dan één uit plastic, maar de prijs is zodanig veel hoger dat het de investering niet waard is.

Hieronder volgt een overzicht van de specificaties die voor een nieuwe laptop worden aanbevolen voor het academiejaar 2017-2018. Als je reeds over een (recente) laptop beschikt dan kan je die uiteraard gebruiken. Bij twijfel kunnen de docenten je adviseren of de aankoop van een nieuw exemplaar al dan niet aan te raden is. Toestellen die aan onderstaande specificaties voldoen vind je in de prijsklasse tussen € 550 en € 900. Laptops duurder dan € 1000 zijn zeker niet de bedoeling: dit zijn gaming toestellen waarvan de specificaties de vereisten voor ingenieurstoepassingen ver overschrijden. Je studies mogen geen excuus zijn om van je ouders een nieuwe gaming laptop te eisen!

Specificaties:

  • dual core @ 2GHz (quad core aanbevolen)
  • 8 GB DDR3/DDR4 RAM (16 GB aanbevolen), extra compatibel RAM kan je na de aankoop nog zelf installeren en is vaak goedkoper dan alle RAM via de (web)winkel al in de laptop te kopen.
  • Intel HD Graphics 5300 of gelijkwaardig (Intel HD Graphics 5500 of gelijkwaardig aanbevolen)
  • minimale schermresolutie van 1280x1024 pixels, 13" scherm of groter
  • 512 GB opslag (bij voorkeur minimaal 256 GB SSD voor OS)
  • numeriek keypad
  • 3 USB-poorten (4 USB-poorten aanbevolen)
  • HDMI of VGA-aansluiting
  • SD card reader
  • 2.4 GHz wifi

Als je dit jaar (2017-2018) opteert om een nieuw exemplaar aan te schaffen, dan hebben we 2 mogelijkheden voorhanden. Een budgetlaptop kan je al reeds vinden voor ca. € 650. Dit gaat om een Lenovo Ideapad (110-171KB) laptop met 8 GB RAM (niet uitbreidbaar), een harde schijf van 1TB (klassieke mechanische schijf aan 5400 rotaties per minuut) en een Intel Core i5-7200U. Een groot scherm van 17" is echter wel wat groot voor de opgegeven resolutie van 1600x900 pixels.

Een kleinere laptop, maar iets beter wat betreft transportmogelijkheden, ergonomie en uitbreidingsmogelijkheden is de Lenovo E570 . Dit toestel bevat eveneens een Intel Core i5-7200U, beschikt over 8GB RAM en over een 256 GB SSD schijf. In tegenstelling tot het voorgaande model kan er bij dit model extra geheugen toegevoegd worden (tot 32 GB) en beschikt het ook over een full HD scherm (1920x1280 pixels) bij een grootte van 15.6". Deze laptop voldoet dus ook aan de aanbevolen specificaties, en is verkrijgbaar vanaf € 900.

Met de aanschaf van dit toestel kan je gegarandeerd verder tot het einde van je ingenieursstudies (m.a.w. geplande levensduur 4 jaar), op voorwaarde dat je hem goed onderhoudt uiteraard.

Opmerkingen:

  • Een CD of DVD drive zal je zelden of nooit nodig hebben.
  • Kies een model met function keys (F1 - F12) bovenaan het toetsenbord -- dit zijn courante sneltoetsen in gespecialiseerde softwarepaketten.
  • Een behuizing in metaal (aluminium/magnesiumlegering) is weggesmeten geld. Een behuizing in hard plastic volstaat als je je toestel met het nodige respect behandelt.
  • Zelfs de meest eenvoudige grafische kaarten die 3D-acceleratie ondersteunen, zijn voldoende voor de 3D-toepassingen die je in je opleiding zal tegenkomen. High end grafische kaarten (NVIDIA, ATI) zijn doorgaans dus niet nodig.
  • Als je laptop geen HDMI of VGA-aansluiting heeft (maar bv. display port, micro HDMI etc.) dan dien je zelf voor de nodige adapterstukken te zorgen.
  • Kies geen te grote laptop: deze wegen te zwaar en belasten je rug, en passen waarschijnlijk niet in je rugzak.
  • Kies geen te krachtige processor. Een high end i7-processor zuigt de batterij snel leeg, maar je zal die rekenkracht zelden kunnen benutten.

Aan de software die je op deze laptop nodig hebt is een afzonderlijke pagina met gedetailleerde info gewijd.

Labojas en veiligheidsbril

Tijdens je opleiding zal je in een aantal opleidingsonderdelen met gevaarlijke substanties werken. Deze substanties worden o.a. gebruikt in de scheikunde, maar ook in de andere opleidingsonderdelen waarbij je bv. via een corrosieve en/of verspanende technieken materialen kan vervaardigen (PCB's, frezen, enz.). Om deze reden willen we de aanschaf van een eigen labojas en veilgheidsbril sterk aanraden (eigenlijk verplichten). Een labojas kan je in de Standaard Student Shop bekomen. Je kan ook een labojas zelf bekomen en zou ongeveer € 25 kosten. Merk op dat de jas je hele romp en een groot deel van de benen bedekt (tot aan de knieën). Ook dienen de mouwen van de labojas tot aan je polsen te komen. Een veiligheidsbril dient om je ogen te beschermen indien er een gevaarlijke vloeistof opspat of indien er kleine metalen deeltjes bij het frezen rondvliegen. Een nieuwe bril kost niets in vergelijking met een beschadigd oog! Ga hier preventief te werk en zorg ervoor dat je ten alle tijde je ogen beschermt. Bij voorkeur neem je een bril die ook de de ogen via de zijkanten beschermt (dus niet enkel de voorkant, bv. deze bril). Meestal kan je dergelijke brillen al vinden vanaf € 15 in de Brico of de Gamma.