Les <em>moveurs</em> flottants augmentent le débit et économisent de l'espace au sol des machines en salle blanche

La machine d'assemblage d'appareils de diagnostic extrêmement flexible peut remplir trois types d'appareils différents, chacun transporté par un déplacementur XPlanar, avec une sélection de 50 réactifs en fonction de la formulation, puis les inspecter.

Automation NTH utilise une large gamme de modules EtherCAT et TwinSAFE sur la machine d'assemblage et l'unité d'alimentation en bande pour le scellement des appareils de diagnostic.

Un serveur industriel Beckhoff C6670 avec la technologie Intel® Xeon® offre une puissance de calcul suffisante pour la commande exigeante du système de transport XPlanar ainsi que des appareils tiers.

Chez Automation NTH à LaVergne, Tennessee (de gauche à droite) : Directeur des ventes Peter Sarvey et Ingénieur principal en contrôle Joseph Cocchini (tous deux chez Automation NTH), Ingénieur commercial Richard Smith (Beckhoff USA), Co-Présidents Jeff Buck et Greg Young (Automation NTH), Ingénieur d'applications Adam Hoffman (Beckhoff USA) et Directrice de la gestion stratégique des clients Molly Blazek (Automation NTH) / Au siège d'Automation NTH à LaVergne, Tennessee (de gauche à droite) : Responsable des ventes Peter Sarvey et Ingénieur principal en contrôle Joseph Cocchini (tous deux chez Automation NTH), Ingénieur commercial régional Richard Smith (Beckhoff USA), Co-Présidents Jeff Buck et Greg Young (Automation NTH), Ingénieur d'applications Adam Hoffman (Beckhoff USA) et Directrice des comptes stratégiques Molly Blazek (Automation NTH)

Un configurateur graphique pour XPlanar facilite la création de la disposition des modules moteurs, l'ajout de moveurs, la définition des stations et des trajectoires, ainsi que la simulation des mouvements.

La réduction de l'espace nécessaire pour une machine de montage destinée aux dispositifs de diagnostic médical a été multipliée par 10 par les spécialistes d'Automation NTH. De plus, le débit a été accéléré, passant de 5 minutes à seulement 5 secondes par appareil. Le système de transport intelligent XPlanar de Beckhoff a fourni la base du concept d'installation innovant. Avec ses modules mobiles flottants, il permet un transport de produit totalement libre et une manipulation avec jusqu'à six degrés de liberté.

Fondée en 1999 et basée à LaVergne, Tennessee, Automation NTH a évolué du rôle d'intégrateur de systèmes à celui de fournisseur de solutions spécialisées dans le domaine des sciences de la vie. « La plupart de nos projets d'automatisation sur mesure, notamment pour l'assemblage de dispositifs médicaux, mettent l'accent sur le logiciel », explique Peter Sarvey, directeur commercial chez Automation NTH. C'est pourquoi le spécialiste des sciences de la vie préfère recourir à des technologies innovantes pour automatiser des applications souvent très complexes et riches en données.

Un exemple récent est la machine de montage innovante pour dispositifs de diagnostic basée sur le système de transport flexible XPlanar de Beckhoff. Les modules mobiles flottants, actionnés électriquement, offrent six degrés de liberté pour le contrôle du mouvement avec une grande précision et une répétabilité. Selon Automation NTH, cela permet une traçabilité excellente, une surface de station compacte dans des salles blanches coûteuses et une intégrité maximale du produit lors du dosage de réactifs sensibles.

« Nous avons choisi XPlanar parce que le système est suffisamment flexible pour transporter de nombreux produits avec une grande variabilité et pour prendre en compte toutes les modifications futures possibles », explique le chef de projet Rich Snodgrass d'Automation NTH.

De l'assemblage manuel à l'automatisation

Pour définir les exigences d'automatisation du processus d'assemblage jusque-là manuel, des représentants d'une startup ont rencontré en 2023 Molly Blazek, responsable du service client stratégique, et Peter Sarvey, directeur commercial, d'Automation NTH. L'objectif était de trouver un système pour le remplissage automatique d'environ 50 substances actives différentes à différents points de remplissage de trois types d'appareils différents.

« Transporter les seringues de dosage vers le produit — avec des bandes transporteuses, des robots ou d'autres technologies de manipulation — aurait nécessité beaucoup de coûts et d'espace », explique Peter Sarvey. « Nous avons alors compris qu'il valait mieux déplacer le produit lui-même plutôt que les seringues de dosage. »

De plus, l'installation devait fonctionner dans une salle blanche où l'espace de station est coûteux en raison du contrôle nécessaire de la température et de l'humidité. Par conséquent, le système devait être aussi compact que possible tout en offrant une marge pour de futures modifications. Les tables tournantes traditionnelles et les systèmes de transport linéaires ne répondaient à aucun de ces critères, rapporte Molly Blazek.

Joseph Cocchini, ingénieur en contrôle principal chez Automation NTH, a commencé à évaluer les options. Après avoir testé un système concurrent, Joseph Cocchini a examiné les spécifications avec Todd Thollot, responsable du groupe Applications avancées chez Beckhoff USA. « J'avais une liste d'objectifs ambitieux. Nous devions pouvoir contrôler dynamiquement les modules XPlanar pour fixer le produit sur les modules avec un crochet à ressort et le libérer, stationner les modules pour le déchargement sur les plaques moteur, et assurer que la levée, l'inclinaison, la rotation à 360° et d'autres fonctions répondaient aux exigences », explique Joseph Cocchini.

« Todd avait programmé plusieurs scénarios qui répondaient immédiatement à la plupart des exigences. De plus, la hauteur de sustentation avec XPlanar était meilleure que celle du système testé précédemment, permettant aux modules de pencher davantage », ajoute-t-il. « Dans l'ensemble, l'implémentation de Todd était beaucoup plus propre, car le système Beckhoff permet d'accéder à chaque aspect du mouvement de chaque module, jusqu'aux coordonnées ABC et XYZ. Cette configurabilité quasi illimitée est la raison pour laquelle nous avons choisi XPlanar. »

Adaptabilité grâce au mouvement flottant

Dans la machine de montage finie, les opérateurs introduisent manuellement les dispositifs de diagnostic via un tiroir. Ensuite, un robot dépose le produit sur l'un des 18 modules XPlanar, où il est fixé avec un outil personnalisé. Le produit est ensuite soumis à une inspection visuelle lors d'une rotation à 360°.

Les modules transportent les dispositifs de diagnostic devant différentes stations de dosage réparties sur la surface de travail formée par 18 carreaux XPlanar. Les modules flottants ne s'arrêtent qu' aux stations de dosage définies dans la recette de chaque appareil, et effectuent une seconde inspection visuelle à mi-chemin. Lors du remplissage, le module XPlanar tourne l'appareil pour placer le réactif à l'endroit approprié selon la recette.

Après l'inspection finale, l'appareil est positionné devant un convoyeur à rouleaux, qui applique un capuchon en plastique adhésif avec une précision de répétition de +/-30 µm. Ensuite, le module livre le produit à une station opérateur. Il insère le crochet de détection dans une rainure, le penche vers l'avant pour libérer le produit, et se gare, éteint, sur la plaque moteur en dessous, sans flotter. Un opérateur peut alors atteindre en toute sécurité à travers le rideau lumineux pour retirer l'appareil fini.

Performant en logiciel et matériel

TwinCAT offre une plateforme d'ingénierie et d'exécution continue pour l'automatisation. Intégré à Microsoft Visual Studio, TwinCAT permet la programmation dans les langages les mieux adaptés à l'application. De plus, le logiciel facilite la planification des configurations d'installation avec un configurateur graphique pour XPlanar, permettant d'ajouter des modules mobiles par glisser-déposer, de définir des trajectoires et des stations, ainsi que de simuler des profils de mouvement.

Du côté matériel, un serveur industriel en armoire C6670 de Beckhoff contrôle XPlanar et d'autres appareils. Ce PC industriel à 40 cœurs possède une grande capacité de puissance, avec certains cœurs réservés pour de futures fonctions. Ce qui impressionne également Joseph Cocchini, c'est le mini-PC industriel ultra-compact C6017, qui contrôle le système de convoyeur à rouleaux à quatre axes.

« Le C6017 dispose de 8 Go de RAM DDR4, d'un disque dur de 320 Go, de quatre ports Ethernet et de quatre ports USB », explique Joseph Cocchini. « Avec cela, ce petit PC Windows 10 contrôle notre interface homme-machine (IHM) de la taille d'un smartphone avec JavaScript personnalisé, un serveur web Python et une base de données MongoDB pour OEE, recettes, configurations et plus encore. Je n'avais jamais vu cela dans ma carrière. »

La communication en temps réel rapide et la synchronisation précise via EtherCAT constituent la base du contrôle précis de l'installation XPlanar. La communication avec diverses caméras, seringues de dosage et autres appareils via EtherNet/IP est facilitée par l'ajout simple du couplageur de bus approprié. Les données sensibles à la sécurité sont transmises via Safety over EtherCAT (FSoE) aux modules TwinSAFE installés dans le segment I/O standard, pour une évaluation avec la logique de sécurité nécessaire. Cela permet au système de passer à un état sécurisé même sans câblage fixe, par exemple en cas d'activation d'un arrêt d'urgence ou d'un rideau lumineux. En plus de nombreux modules EtherCAT pour signaux standards, Automation NTH utilise également des modules I/O de Beckhoff pour la protection contre les surintensités et d'autres fonctions.

Nouveau concept de montage pour dispositifs médicaux

Le robot de montage de dispositifs de diagnostic terminé a permis d'automatiser un processus de fabrication inefficace pour l'utilisateur final. Par rapport aux approches traditionnelles, l'installation réduit la consommation d'espace coûteux en salle blanche d'un facteur 10. De plus, selon Automation NTH, XPlanar réduit la consommation d'énergie par rapport aux solutions concurrentes, ce qui diminue la charge thermique et les besoins en refroidissement.

« Les réactifs utilisés sont très sensibles à l'humidité, à la température et aux mouvements, donc le mouvement sans contact de XPlanar et l'option de refroidissement proposée par Beckhoff contribuent à la compatibilité avec le produit du client », conclut Molly Blazek.