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1-2016

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  • Medizinelektronik
  • Medizintechnik
Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement

Robotik

Robotik Flexibilitätsgarant unter Extrembedingungen Stäubli-Roboter TX40 in medizintechnischer Anwendung Bild 1: In der platzoptimierten Zelle punktet der gelenkige Stäubli Sechsachser mit seiner kompakten Bauweise Die Inspektion von Schrauben für medizintechnische Anwendungen gehört heute schon beinahe zu den Standardapplikationen in der Robotik. Die komplexe Aufgabe bestand darin, dass 60 unterschiedliche Teilevarianten unter Reinraumbedingungen zu prüfen und anschließend mit dem Laser zu gravieren sind. Die Insys Industriesysteme AG zählt zu den führenden Anbietern von Automatisierungslösungen und arbeitet seit Anfang 2015 eng mit der Partnerfirma Transmoduls in Ungarn zusammen, mit der eine gemeinsame Niederlassung in China Mitte 2015 gegründet wurde. Die Schweizer entwickeln und realisieren hochwertige Systeme für die Automatisierung von Montage-, Bearbeitungs- und Prüfprozessen in verschiedensten Industriesegmenten. Ein Fokus liegt in anspruchsvollen Komplettlösungen für die Medizin- und Pharmabranche. Mit der Erfahrung aus über 850 installierten Anlagen machten sich die Schweizer an die Realisierung einer anspruchsvollen Zelle für das Prüfen und Lasergravieren unterschiedlichster Schrauben für die Medizintechnik. „Die eigentliche Herausforderung dieser Aufgabenstellung bestand in ihrer Komplexität. Die Zelle sollte kompakt bauen und die Prozesse Prüfen und Gravieren auf engstem Raum integrieren. Zudem galt es, die Reinraumanforderungen der Klasse 8 nach ISO 14644-1 zu erfüllen. Und wir mussten ein Maximum an Flexibilität ermöglichen, denn die Automatisierungslösung muss mit über 60 extrem unterschiedlichen Schraubenvarianten zurecht kommen“, beschreibt Roger Strähl, Leiter Verkauf & Marketing die anspruchsvolle Aufgabe. Großes Teilespektrum Tatsächlich könnten die Unterschiede des Teilespektrums größer nicht sein, wie ein Blick auf die zu prüfenden Schrauben belegt. Die Schraubendurchmesser variieren in dem breiten Bereich von 1,5 bis 8,0 Millimeter. Noch größer fallen die Unterschiede in der Länge aus. Hier reicht das Spektrum von sehr kurzen Schrauben mit nur sechs Millimeter Länge bis hin zu Exemplaren, die stattliche 180 Millimeter lang sind. Die Schrauben finden in über 1.200 medizintechnischen Endprodukten Verwendung. Um die nötige Flexibilität für diese Aufgabenstellung in die Zelle zu bringen, setzt Insys auf ein ausgeklügeltes Bildverarbeitungssystem mit drei Kameras sowie auf einen äußerst kompakten Stäubli Roboter des Bild 2: Der Stäubli TX40 übernimmt mit der gebotenen Zuverlässigkeit sämtliche Handhabungsaufgaben innerhalb der Zelle 36 meditronic-journal 1/2016

Robotik Bild 3: Dank der Dynamik und Präzision des Stäubli Sechsachsers lassen sich die anspruchsvollen Taktzeitvorgaben in der Praxis problemlos erfüllen Typs TX40. Der Sechsachser ist der kleinste Vertreter der besonders schnellen und hochgenauen TX-Baureihe. Die Präzisionsmaschine übernimmt mit der gebotenen Zuverlässigkeit sämtliche Handhabungsaufgaben innerhalb der Zelle. Prüfen und Gravieren in der Zelle Der Ablauf in der Anlage ist taktzeitoptimiert und beginnt mit dem Auflegen der Schrauben Charge für Charge auf einem Zuführband. Von dort erreichen sie einen Vereinzelungstisch mit einer strukturierten Oberfläche. Über diesem Tisch ist die erste der drei Kameras montiert. Das Visionsystem ermittelt die exakte Position und Orientierung der Schrauben und leitet diese Daten an den Roboter weiter. Im nächsten Schritt holt sich der TX40 eine Schraube ab und fährt mit ihr im Greifer an die Inspektionsstation. Hier erfasst eine zweite Kamera alle wesentlichen Merkmale der Schraube. Zu den Kriterien zählen die Durchmesser von Gewinde und Schraubenkopf, die Länge der Schraube sowie die Form des Kopfes. Schrauben, die nicht zur Charge gehören, legt der Roboter in einem Behälter unter dem Inspektionstisch ab. Passende Schrauben hingegen positioniert der Roboter präzise im Arbeitsbereich des Lasers, der die entsprechende Referenznummer am Schraubenkopf oder meditronic-journal 1/2016 am Schaft eingraviert. Wie in der Medizintechnik üblich, unterliegt auch dieser Arbeitsschritt einer exakten Qualitätskontrolle. Dazu kommt eine weitere Kamera zum Einsatz, die das Ergebnis der Laserbearbeitung analysiert. Ist die Gravur korrekt ausgeführt, legt der Stäubli Sechsachser die geprüfte Schraube in Behälter Nummer zwei, während als fehlerhaft erkannte Teile in einem dritten Behälter landen. Stäubli Sechachser überzeugt auf ganzer Linie Dass man sich bei Insys zur Integration eines Stäubli TX40 entschloss, hat gute Gründe, wie die optimale Eignung des Roboters für saubere Umgebungen, die hohe Wiederholgenauigkeit und die breite Akzeptanz der Stäubli Roboter in der Medizinbranche. Dazu Roger Strähl: „Stäubli hat sich frühzeitig der Entwicklung von Robotern für Einsätze in den Bereichen Medizin- und Pharma verschrieben. Heute sind Stäubli Roboter erste Wahl für anspruchsvolle Applikationen unter Reinraumbedingungen. Beim TX40 konnten wir sogar auf eine spezielle Reinraumausführung verzichten, da der Roboter die geltende Reinraumklassifizierung bereits in Standardkonfiguration erfüllt.“ Bild 4: Das enorm unterschiedliche Teilespektrum stellt höchste Anforderungen an die Flexibilität der Anlage Tatsächlich gelten Stäubli Roboter bei Einsätzen, bei denen es nicht nur auf Geschwindigkeit und Präzision der Roboter, sondern auf Faktoren wie Partikelemission und dauerhafte Zuverlässigkeit ankommt, seit vielen Jahren als Referenz. Bei Bedarf kann Stäubli Super-Cleanroom- Varianten im Sechsachsbereich anbieten, die selbst die extrem hohen Anforderungen der Reinraumklasse ISO 2 erfüllen. Innovative Inspektionsund Gravierzelle Für die innovative Inspektionsund Gravierzelle von Insys gab es eine Reihe weiterer Faktoren, die die Entscheidung pro Stäubli alternativlos machten. „Insys Lösungen stehen für höchste Produktivität. Im konkreten Fall mussten wir Taktzeiten von unter neun Sekunden zuverlässig garantieren. Dank der Top-Performance des TX40 erreichen wir diese Vorgabe und das dauerhaft und absolut prozesssicher“, betont Roger Strähl. Zu den weiteren Faktoren zählen der einzigartige, voll gekapselte Aufbau der TX-Baureihe mit innenliegender Verkabelung sowie die technologisch überlegene Antriebstechnik – alles Konstruktionsmerkmale, die zur maximalen Verfügbarkeit der Roboter und damit zu einer hervorragenden Gesamtanlagenverfügbarkeit beitragen. Effizienz und Produktivität in Bestform Aber bei aller Schweizer Präzisionsarbeit hatte man bei Insys auch die Bedienung der Maschine im Fokus. Der Bedienkomfort der Anlage macht Robotikerfahrung weitestgehend überflüssig. So sind die hinterlegten Programme einfach durch Scannen des Barcodes des jeweiligen Produktionsauftrages abrufbar. Die Anlage kann Schrauben auch nur einer Inspektion unterziehen ohne sie zu gravieren. Selbst das Einlernen neuer Schraubentypen ist sehr anwenderfreundlich geregelt. Über das leicht verständliche Insys HMI Graphikinterface lassen sich neue Varianten schnell und einfach direkt an der Anlage konfigurieren. Fazit Alles in allem ist es Insys mit dieser wegweisenden Anlage gelungen, neue Standards in der Qualitätsprüfung von medizintechnischen Schrauben zu setzen. Durch den Einsatz von State-ofthe-Art-Komponenten wie Roboter und Bildverarbeitung konnten die Schweizer nicht nur die Flexibilität, sondern auch Effizienz und Produktivität auf die Spitze treiben. Stäubli Tec-Systems GmbH Robotics www.staubli.com 37

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