Los transportadores flotantes aumentan el rendimiento y ahorran espacio en la máquina en la sala limpia

La máquina de montaje de dispositivos de diagnóstico altamente flexible puede llenar tres tipos diferentes de dispositivos, cada uno transportado por un movil XPlanar, con una selección de 50 reactivos según la formulación y luego inspeccionarlos.

Automation NTH utiliza una amplia variedad de terminales EtherCAT y TwinSAFE en la máquina de montaje y en la unidad de alimentación de bobinas para sellar los dispositivos de diagnóstico.

Un servidor industrial Beckhoff C6670 con tecnología Intel® Xeon® ofrece una gran potencia de cálculo para el control exigente del sistema de transporte XPlanar y de dispositivos de terceros.

En Automation NTH en LaVergne, Tennessee (de izquierda a derecha): Director de Ventas Peter Sarvey y Ingeniero Jefe de Control Joseph Cocchini (ambos Automation NTH), Ingeniero de Ventas Regional Richard Smith (Beckhoff USA), Co-presidentes Jeff Buck y Greg Young (Automation NTH), Ingeniero de Aplicaciones Adam Hoffman (Beckhoff USA) y Directora de Atención a Clientes Estratégicos Molly Blazek (Automation NTH) / En la sede de Automation NTH en LaVergne, Tennessee (de izquierda a derecha): Jefe de Ventas Peter Sarvey y Ingeniero Senior de Control Joseph Cocchini (ambos Automation NTH), Ingeniero de Ventas Regional Richard Smith (Beckhoff USA), Co-presidentes Jeff Buck y Greg Young (Automation NTH), Ingeniero de Aplicaciones Adam Hoffman (Beckhoff USA) y Directora de Cuentas Estratégicas Molly Blazek (Automation NTH)

Un configurador gráfico de XPlanar facilita a los ingenieros crear diseños de módulos de motor, añadir movedores, definir caminos y estaciones, y simular movimientos.

La necesidad de espacio de una máquina de montaje para dispositivos de diagnóstico médico pudo reducirse por un factor de 10 gracias a los especialistas de Automation NTH. Además, el rendimiento pasó de 5 minutos a solo 5 segundos por dispositivo. El sistema de transporte inteligente XPlanar de Beckhoff proporcionó la base para el concepto innovador de la planta. Con transportadores flotantes, permite un transporte de productos completamente libre y una manipulación con hasta seis grados de libertad.

Fundada en 1999 con sede en LaVergne, Tennessee, Automation NTH evolucionó de ser un integrador de sistemas a un proveedor de soluciones especializadas en ciencias de la vida. "En la mayoría de nuestros proyectos de automatización personalizados, especialmente en el montaje de dispositivos médicos, el enfoque está en el software", dice Peter Sarvey, director de ventas en Automation NTH. Por eso, el especialista en ciencias de la vida suele recurrir a tecnologías innovadoras para automatizar aplicaciones a menudo altamente complejas y con datos intensivos.

Un ejemplo reciente es la máquina de montaje innovadora para dispositivos de diagnóstico basada en el sistema de transporte flexible XPlanar de Beckhoff. Los mover flotantes, accionados eléctricamente mediante módulos de motor, ofrecen seis grados de libertad en el control del movimiento con alta precisión y repetibilidad. Según Automation NTH, esto permite una excelente trazabilidad, un espacio de instalación compacto en salas limpias costosas y la máxima integridad del producto al dosificar reactivos sensibles.

"Elegimos XPlanar porque el sistema es lo suficientemente flexible para transportar numerosos productos con alta variabilidad y para considerar todos los posibles cambios futuros", explica el gerente de proyecto Rich Snodgrass de Automation NTH.

De montaje manual a montaje automático

Para definir los requisitos para la automatización del proceso de montaje manual hasta entonces, en 2023, representantes de una startup se reunieron con Molly Blazek, jefa de atención al cliente estratégico, y Peter Sarvey, director de ventas, de Automation NTH. Se buscaba un sistema para el llenado automático de aproximadamente 50 ingredientes activos diferentes en diferentes puntos de llenado de tres tipos de dispositivos distintos.

"Llevar los vástagos de dosificación al producto — ya sea con transportadores, robots u otras tecnologías de manipulación — habría causado un enorme costo y requerimiento de espacio", dice Peter Sarvey. "Nos dimos cuenta de que era mejor mover el producto y no los vástagos de dosificación".

Además, la planta debía operar en una sala limpia, donde el espacio de instalación es costoso debido al control necesario de temperatura y humedad. Por lo tanto, el sistema debía ser lo más compacto posible y, al mismo tiempo, ofrecer margen para futuros cambios. Los sistemas tradicionales de mesas giratorias y transportadores lineales no cumplían con ninguno de estos criterios, informa Molly Blazek.

Joseph Cocchini, ingeniero principal de control en Automation NTH, comenzó a evaluar las opciones. Tras probar un sistema de la competencia, Joseph Cocchini revisó las especificaciones con Todd Thollot, gerente del grupo de aplicaciones avanzadas en Beckhoff USA. "Tenía una lista de objetivos muy ambiciosos. Necesitábamos poder controlar dinámicamente los XPlanar Mover para fijar y liberar el producto en los ganchos con resortes, estacionar los movers para descargar en las placas de motor y asegurar que la elevación, inclinación, rotación de 360° y otras funciones cumplían con los requisitos", explica Joseph Cocchini.

"Todd programó varios escenarios que cumplían la mayoría de los requisitos de inmediato. Además, la altura de flotación con XPlanar era mejor que en el sistema probado anteriormente, permitiendo que los movers pudieran inclinarse más", añade. "En general, la implementación de Todd fue mucho más limpia, porque el sistema de Beckhoff permite acceder a cada aspecto del movimiento de cada Mover, incluso a las coordenadas ABC y XYZ. Esta configurabilidad casi ilimitada es la razón por la que elegimos XPlanar".

Flexibilidad gracias a Flying Motion

En la máquina de montaje terminada, los operadores introducen manualmente los dispositivos de diagnóstico en una bandeja. Luego, un robot coloca el producto en uno de los 18 XPlanar Mover, donde se fija con una herramienta personalizada. Después, el producto se somete a una inspección visual mediante una rotación de 360°.

Los movers transportan los dispositivos de diagnóstico a diferentes estaciones de dosificación distribuidas en la superficie de trabajo formada por 18 baldosas XPlanar. Los movers flotantes solo se detienen en las estaciones de dosificación definidas en la receta de cada dispositivo y realizan una segunda inspección visual a mitad de camino. Al llenarse, el XPlanar Mover gira el dispositivo para colocar el reactivo en el lugar correcto según la receta.

Tras la inspección visual final, el dispositivo se posiciona frente a un alimentador de banda enrollable, que aplica una tapa de plástico autoadhesiva con una precisión de repetición de +/-30 µm. Luego, el mover entrega el producto a una estación de operador. Inserta el gancho de disparo en una ranura, inclina hacia adelante para liberar el producto y estaciona, con la corriente apagada — sin flotación — en la placa de motor debajo. Un operador puede acceder de manera segura a través de la cortina de luz para retirar el dispositivo terminado.

Capacidad en software y hardware

TwinCAT proporciona una plataforma de ingeniería y tiempo de ejecución integral para la automatización. Integrado en Microsoft Visual Studio, TwinCAT permite programar en los lenguajes que mejor se adapten a la aplicación. Además, el software facilita, mediante un configurador gráfico para XPlanar, la planificación de layouts de plantas con los módulos de motor en forma de baldosas, la adición de movers mediante arrastrar y soltar, la definición de rutas y estaciones, y la simulación de perfiles de movimiento.

En hardware, un armario-servidor industrial C6670 de Beckhoff soporta el control de XPlanar y dispositivos externos. La PC industrial de 40 núcleos tiene una gran capacidad de rendimiento, con algunos núcleos reservados para funciones futuras. Lo que también impresiona a Joseph Cocchini es la ultra compacta PC industrial C6017, que controla el sistema de alimentación de rodillos de cuatro ejes.

"El C6017 cuenta con 8 GB de RAM DDR4, un disco duro de 320 GB, cuatro puertos Ethernet y cuatro USB", explica Joseph Cocchini. "Con esto, la pequeña computadora con Windows 10 controla nuestra interfaz HMI del tamaño de un teléfono inteligente con JavaScript sólido personalizado, un servidor web en Python y una base de datos MongoDB para OEE, recetas, configuraciones y más. Nunca había visto algo así en mi carrera".

La comunicación en tiempo real rápida y la sincronización precisa mediante EtherCAT son la base para el control preciso de la planta XPlanar. La comunicación con las diversas cámaras, vástagos de dosificación y otros dispositivos mediante EtherNet/IP se realiza simplemente agregando el bus adaptador correspondiente. Los datos relevantes para seguridad se transmiten a través de Safety over EtherCAT (FSoE) a los terminales TwinSAFE instalados en el segmento I/O estándar para su evaluación con la lógica de seguridad necesaria. Esto permite que el sistema pase a un estado seguro incluso sin cableado fijo, por ejemplo, si se activa una parada de emergencia o una cortina de luz. Además de numerosos terminales EtherCAT para señales estándar, Automation NTH también utiliza módulos I/O de Beckhoff para protección contra sobrecorriente y otras funciones.

Nuevo concepto de montaje para dispositivos médicos

El automatizador de montaje de dispositivos de diagnóstico completado permitió la automatización del proceso de fabricación ineficiente del usuario final. Comparado con enfoques tradicionales, la planta minimiza el consumo de costosos espacios en salas limpias por un factor de 10. Además, según Automation NTH, XPlanar reduce el consumo de energía en comparación con soluciones de competidores, disminuyendo la carga térmica y la necesidad de refrigeración.

"Los reactivos utilizados son muy sensibles a la humedad, temperatura y movimiento, por lo que el movimiento sin contacto de XPlanar y la opción de refrigeración ofrecida por Beckhoff contribuyeron a la compatibilidad con el producto del cliente", señala Molly Blazek.