Vznášející se pohony zvyšují průchodnost a šetří plochu strojovny v čistém prostoru

Vysoce flexibilní montážní stroj pro diagnostická zařízení může naplnit tři různé typy zařízení, z nichž každý je přepravován pohybovým systémem XPlanar, výběrem z 50 účinných látek podle receptury, a poté je zkontrolovat.

Automation NTH používá širokou škálu EtherCAT a TwinSAFE I/O terminálů na montážním stroji a podavači pásu k utěsnění diagnostických zařízení.

Výkonný průmyslový server Beckhoff C6670 s technologií Intel® Xeon® zajišťuje náročné řízení dopravního systému XPlanar a zařízení třetích stran. / Výkonný průmyslový server Beckhoff C6670 s technologií Intel® Xeon® nabízí dostatek výpočetního výkonu pro náročné řízení dopravního systému XPlanar a zařízení třetích stran.

U Automation NTH v LaVergne, Tennessee (zleva doprava): Obchodní ředitel Peter Sarvey a vedoucí inženýr řídicích systémů Joseph Cocchini (oba Automation NTH), obchodní inženýr Richard Smith (Beckhoff USA), spolupředsedové Jeff Buck a Greg Young (Automation NTH), aplikační inženýr Adam Hoffman (Beckhoff USA) a vedoucí strategických zákazníků Molly Blazek (Automation NTH) / V sídle Automation NTH v LaVergne, Tennessee (zleva doprava): Vedoucí obchodu Peter Sarvey a vedoucí inženýr řídicích systémů Joseph Cocchini (oba Automation NTH), regionální obchodní inženýr Richard Smith (Beckhoff USA), spolupředsedové Jeff Buck a Greg Young (Automation NTH), aplikační inženýr Adam Hoffman (Beckhoff USA) a ředitelka strategických klientů Molly Blazek (Automation NTH)

Grafický konfigurátor XPlanar usnadňuje inženýrům vytváření rozložení motorových modulů, přidávání pohybových prvků, definování tras a stanic a simulaci pohybu. / A graphical configurator for XPlanar simplifies how engineers create motor tile layouts, add movers, define paths and stations, and simulate motion.

Velikost montážního stroje pro lékařské diagnostické přístroje se díky specialistům z Automation NTH podařilo snížit o faktor 10. Navíc se průchodnost zrychlila z 5 minut na pouhých 5 sekund na zařízení. Inteligentní dopravní systém XPlanar od Beckhoff poskytl základ pro inovativní koncept zařízení. S plovoucími pohony umožňuje úplně volný transport produktu a manipulaci s až šesti stupni volnosti.

Založena v roce 1999 se sídlem v LaVergne, Tennessee, se Automation NTH vyvinula z systémového integrátora na poskytovatele specializovaných řešení v oblasti biověd. „U většiny našich zakázkových automatizačních projektů, zejména při montáži lékařských zařízení, klademe důraz na software,“ říká Peter Sarvey, vedoucí prodeje v Automation NTH. Proto se specialista na life sciences rád spoléhá na nové technologie při automatizaci často vysoce složitých a datově náročných aplikací.

Jedním z aktuálních příkladů je inovativní montážní stroj pro diagnostické přístroje založený na flexibilním dopravním systému XPlanar od Beckhoff. Plovoucí a elektricky pasivní pohony poháněné elektromotory nabízejí šest stupňů volnosti při řízení pohybu s vysokou přesností a opakovatelností. To podle Automation NTH umožnilo vynikající sledovatelnost, kompaktní pracovní plochu v nákladných čistých místnostech a nejvyšší integritu produktu při dávkování citlivých reagentů.

„Rozhodli jsme se pro XPlanar, protože je systém dostatečně flexibilní, aby mohl přepravovat řadu produktů s vysokou variabilitou a zohlednit všechny budoucí změny,“ vysvětluje projektový manažer Rich Snodgrass z Automation NTH.

Od manuální k automatické montáži

Pro definování požadavků na automatizaci dosud manuálního montážního procesu se v roce 2023 setkali zástupci startupové společnosti s Molly Blazek, vedoucí strategické péče o zákazníky, a Peterem Sarveym, vedoucím prodeje, z Automation NTH. Hledal se systém pro automatické plnění přibližně 50 různých účinných látek na různých plnicích místech třech různých typů zařízení.

„Dostat dávkovací hlavy k produktu – pomocí dopravníků, robotů nebo jiných manipulátorů – by znamenalo obrovskou nákladovou a prostorovou náročnost,“ říká Peter Sarvey. „Uvědomili jsme si, že je lepší pohybovat produktem, nikoliv dávkovacími hlavami.“

Navíc měla být zařízení provozována v čisté místnosti, kde je pracovní plocha kvůli požadované teplotní a vlhkostní kontrole drahá. Proto musel být systém co nejkompaktnější a zároveň umožnit budoucí změny. Tradiční rotační a lineární dopravní systémy nesplňovaly žádná kritéria, uvádí Molly Blazek.

Joseph Cocchini, vedoucí řídicího inženýra v Automation NTH, začal s vyhodnocováním možností. Po testování konkurenčního systému projednal specifikace s Toddem Thollotem, manažerem skupiny pokročilých aplikací v Beckhoff USA. „Měl jsem seznam vysokých cílů. Museli jsme být schopni dynamicky řídit XPlanar pohony, zajistit upevnění produktu na pohonech pomocí pružinového háku, jejich uvolnění, parkování pohonů při vykládce na motorkových deskách a zajistit, že zdvih, naklonění, 360° otáčení a další funkce odpovídají požadavkům,“ říká Joseph Cocchini.

„Todd naprogramoval několik scénářů, které většinu požadavků okamžitě splnily. Navíc byla výška plovoucího systému s XPlanar lepší než u dříve testovaného systému, takže pohony mohly více naklánět,“ dodává. „Celkově byla Toddova implementace mnohem čistší, protože systém Beckhoff umožňuje přístup ke každému aspektu pohybu každého jednotlivého pohonu, až po souřadnice ABC a XYZ. Tato téměř neomezená konfigurovatelnost je důvodem, proč jsme se rozhodli pro XPlanar.“

Přizpůsobivost díky Flying Motion

V hotovém montážním stroji provádějí operátoři manuálně diagnostické přístroje pomocí zásuvky. Poté robot umístí produkt na jeden z 18 XPlanar pohonů, kde je upevněn pomocí zákaznicky přizpůsobeného nástroje. Následně je produkt otočen o 360° a podroben vizuální kontrole.

Pohony přepravují diagnostické přístroje kolem různých dávkovacích stanic, které jsou rozloženy na pracovní ploše tvořené 18 dlaždicemi XPlanar. Plovoucí pohony zastavují pouze na dávkovacích stanicích definovaných v receptuře daného zařízení a na půl cestě provádějí druhou vizuální kontrolu. Při plnění otáčí XPlanar pohon zařízení tak, aby bylo dávkováno přesně podle receptury na správném místě.

Po závěrečné vizuální kontrole je zařízení umístěno před pásovým dopravníkem, který aplikuje samolepicí plastovou víčku s opakovatelností +/-30 µm. Poté pohon zařízení předá produkt obslužné stanici. Zasunuje výtokový hák do drážky, nakloní se dopředu, aby uvolnil produkt, a při vypnutém napájení, tedy bez plovoucího režimu, zaparkuje na spodní motorkové desce. Operátor pak může bezpečně dosáhnout přes světelnou zábranu a odebrat hotové zařízení.

Výkonnost v softwaru i hardwaru

TwinCAT poskytuje komplexní inženýrskou a běhovou platformu pro automatizaci. Integrovaný do Microsoft Visual Studio umožňuje TwinCAT programování v jazycích nejlépe odpovídajících aplikaci. Navíc software s grafickým konfigurátorem pro XPlanar usnadňuje plánování uspořádání zařízení s dlaždicovými motorem, přidávání pohonů tahem a pustěním myší, definování cest a stanic a simulaci pohybových profilů.

Na hardwarové straně podporuje řídicí systém Beckhoff C6670 průmyslový server, který řídí XPlanar a cizí zařízení. Průmyslový počítač s 40 jádry má vysoké výkonnostní kapacity, přičemž některá jádra jsou rezervována pro budoucí funkce. Co dále impressionuje Josefa Cocchiniho, je ultra-kompaktní průmyslový počítač C6017, který řídí čtyřosový systém dopravních válečků.

„C6017 má 8 GB DDR4 RAM, 320GB pevný disk, čtyři Ethernetové a čtyři USB porty,“ vysvětluje Joseph Cocchini. „Tento malý počítač s Windows 10 řídí náš velký HMI s vlastním Solid JavaScriptem, webový server v Pythonu a databázi MongoDB pro OEE, recepty, konfigurace a další. Takové jsem ve své kariéře ještě neviděl.“

Rychlá komunikace v reálném čase a přesná synchronizace přes EtherCAT jsou základem přesného řízení systému XPlanar. Komunikace s různými kamerami, dávkovacími hlavami a dalšími zařízeními přes EtherNet/IP je možná jednoduchým přidáním odpovídajícího sběrnicového adaptéru. Bezpečnostní data jsou přenášena přes Safety over EtherCAT (FSoE) do TwinSAFE svorek v standardním I/O segmentu pro vyhodnocení s nezbytnou bezpečnostní logikou. Díky tomu systém přechází do bezpečného stavu i bez pevného propojení, například při aktivaci nouzového zastavení nebo světelné zábrany. Kromě řady EtherCAT svorek pro standardní signály používá Automation NTH také I/O moduly od Beckhoff pro ochranu proti přetížení a další funkce.

Nový montážní koncept pro lékařská zařízení

Dokončený automat na montáž diagnostických přístrojů umožnil automatizaci neefektivního výrobního procesu koncového uživatele. Ve srovnání s tradičními přístupy systém minimalizuje spotřebu drahých čistých prostor o faktor 10. Navíc podle Automation NTH XPlanar snižuje spotřebu energie ve srovnání s konkurencí, což snižuje tepelné ztráty a potřebu chlazení.

„Použité reagentové látky jsou velmi citlivé na vlhkost, teplotu a pohyb, takže bezkontaktní pohyb XPlanar a chladicí volba od Beckhoff přispěly k kompatibilitě s produktem zákazníka,“ uvádí Molly Blazek.