Lebendige Mover erhöhen den Durchsatz und sparen Maschinenstellfläche im Reinraum

A rendkívül rugalmas diagnosztikai berendezés-összeszerelő gép három különböző, mindegyik XPlanar mozgatóval szállított készüléptípust képes megtölteni, a receptúrától függően 50 hatóanyag kiválasztásával, majd ezeket ellenőrizni.

Az Automation NTH számos EtherCAT- és TwinSAFE-kábelcsatlakozót alkalmaz az összeszerelő gépen és a tekercsadagoló egységen a diagnosztikai eszközök szigeteléséhez. / Az Automation NTH széles körben használ EtherCAT- és TwinSAFE-terminálokat az összeszerelő gépen és a tekercsadagoló egységen a diagnosztikai eszközök szigeteléséhez.

Egy nagy teljesítményű Beckhoff Industrieszerver C6670 Intel® Xeon® technológiával, amely a XPlanar szállítórendszer és harmadik fél eszközeinek igényes vezérlését látja el. / A Beckhoff C6670 ipari szerver Intel® Xeon® technológiával bőséges számítási kapacitást kínál az XPlanar szállítórendszer és harmadik fél eszközeinek igényes vezérléséhez.

Automation NTH-nál LaVergne-ben, Tennessee-ben (balról jobbra): értékesítési vezető Peter Sarvey és vezető vezérlési mérnök Joseph Cocchini (mindketten Automation NTH), értékesítési mérnök Richard Smith (Beckhoff USA), az ügyvezető társelnökök Jeff Buck és Greg Young (Automation NTH), alkalmazási mérnök Adam Hoffman (Beckhoff USA) és stratégiai ügyfélkapcsolatok vezetője Molly Blazek (Automation NTH) / Az Automation NTH központjában LaVergne-ben, Tennessee-ben (balról jobbra): értékesítési vezető Peter Sarvey és vezető vezérlési mérnök Joseph Cocchini (mindketten Automation NTH), regionális értékesítési mérnök Richard Smith (Beckhoff USA), társelnökök Jeff Buck és Greg Young (Automation NTH), alkalmazási mérnök Adam Hoffman (Beckhoff USA) és stratégiai ügyfélkapcsolatok igazgatója Molly Blazek (Automation NTH)

Egy grafikus XPlanar konfigurátor megkönnyíti a mérnökök számára a motorlapok elrendezésének létrehozását, mozgatók hozzáadását, pályák és állomások meghatározását, valamint a mozgások szimulálását.

A diagnosztikai eszközök összeszerelő gép helyigénye tízszeresére csökkent az Automation NTH szakembereinek segítségével. Emellett a termelési sebesség 5 percről mindössze 5 másodpercre gyorsult. A Beckhoff intelligens szállítórendszere, az XPlanar, adta az alapot az innovatív berendezés koncepciónak. Lebegő mozgó egységekkel lehetővé teszi a teljesen szabad termékszállítást és akár hat szabadsági fokkal történő kezelést.

A 1999-ben alapított, főként Tennessee-ben, LaVergne-ben működő Automation NTH a rendszerintegrátorból specializált megoldásszolgáltatóvá vált a biotudományok területén. „A legtöbb ügyfélre szabott automatizálási projektünkben, különösen az orvosi eszközök összeszerelésénél, a szoftverre helyezzük a hangsúlyt” – mondja Peter Sarvey, az Automation NTH értékesítési vezetője. Ezért a Life-Science szakértő szívesen alkalmaz új technológiákat a gyakran rendkívül összetett és adatintenzív alkalmazások automatizálásában.

Jelenleg például az innovatív diagnosztikai eszközök összeszerelő gépe, amely a Beckhoff rugalmas szállítórendszerén, az XPlanaron alapul, kiemelkedő példaként szolgál. Az elektromosan aktív motormodulokkal lebegő és passzív mozgó egységek hat szabadsági fokkal rendelkeznek a mozgásirányításban, magas precizitással és ismételhetőséggel. Ez lehetővé tette az Automation NTH szerint kiváló nyomon követhetőséget, a kompakt helyigényt a drága tisztaterekben, valamint a legmagasabb termékintegritást érzékeny reagens adagolásánál.

„Azért választottuk az XPlanart, mert a rendszer elég rugalmas ahhoz, hogy számos terméket magas változatossággal szállítson, és figyelembe vegye a jövőbeli változtatásokat” – magyarázza Rich Snodgrass projektvezető az Automation NTH-nál.

A manuálistól az automatikus összeszerelésig

2023-ban egy startup vállalat képviselői találkoztak Molly Blazek-kel, a stratégiai ügyfélszolgálat vezetőjével, és Peter Sarvey-vel, az Automation NTH értékesítési vezetőjével, hogy meghatározzák az addig manuális összeszerelési folyamat automatizálásának követelményeit. Olyan rendszert kerestek, amely automatikusan tölti fel körülbelül 50 különböző hatóanyagot három különböző géptípus különböző betöltőpontján.

„A termékadagoló pisztolyok szállítása – szállítószalagokkal, robotokkal vagy más kezelőtechnológiákkal – hatalmas költségeket és helyigényt okozott volna” – mondja Peter Sarvey. „Rájöttünk, hogy jobb, ha a terméket mozgatjuk, nem pedig a dózisadagoló pisztolyokat.”

Emellett a berendezést tisztatérben kellett működtetni, ahol a hely a szükséges hőmérséklet- és páratartalom-ellenőrzés miatt drága. Ezért a rendszernek lehetőleg kicsinek kellett lennie, ugyanakkor lehetőséget adnia a jövőbeli változtatásokra. A hagyományos körkörös fordítópultok és lineáris szállítórendszerek nem feleltek meg egyik kritériumnak sem – számol be Molly Blazek.

Joseph Cocchini, az Automation NTH vezető vezérlőmérnöke kezdte az opciók értékelését. Egy versenyrendszer tesztelése után Cocchini átbeszélte a specifikációkat Todd Thollottal, a Beckhoff USA fejlett alkalmazások csoportvezetőjével. „Sok célkitűzéssel álltam neki. Dinamikusan kellett tudnunk irányítani az XPlanar mozgó egységeket, hogy a terméket egy rugós horoggal rögzítsük, majd szabadon engedjük, parkoltatni tudjuk a motorkockákon a kirakodáshoz, és biztosítani tudjuk, hogy a emelés, az dőlés, a 360°-os forgatás és más funkciók megfeleljenek a célértékeknek” – mondja Cocchini.

„Todd több szcenáriót programozott, amelyek az összes követelményt azonnal kielégítették. Ráadásul a lebegési magasság az XPlanarral jobb volt, mint az előzőleg tesztelt rendszeré, így a mozgó egységek erősebben dönthettek” – teszi hozzá. „Összességében Todd megvalósítása sokkal tisztább volt, mert a Beckhoff rendszer lehetővé teszi minden mozgási aspektus hozzáférését minden egyes egységhez, egészen az ABC- és XYZ-koordinátákig. Ez a szinte korlátlan konfigurálhatóság az oka, hogy az XPlanart választottuk.”

Alkalmazkodóképes Flying Motion révén

A kész összeszerelő gépben a kezelők manuálisan viszik be a diagnosztikai eszközöket egy fiókon keresztül. Ezután egy robot helyezi el a terméket az egyik 18 XPlanar mozgó egység egyikére, ahol egy ügyfélre szabott szerszámmal rögzíti. Ezután a terméket 360°-os fordulattal vizsgálják meg egy látóvizsgálat során.

A mozgó egységek különböző adagolóállomások mellett szállítják a diagnosztikai eszközöket, amelyek az 18 XPlanar csempéből álló munkafelületen oszlanak el. A lebegő mozgók csak az adagolóállomásoknál állnak meg, amelyek az adott készülék receptúrájában vannak meghatározva, és félúton egy második látóvizsgálatot végeznek. Az adagolás során az XPlanar mozgó egység úgy fordítja a készüléket, hogy a reagens a megfelelő helyre kerüljön a recept szerint.

A végső látóvizsgálat után a készüléket egy szalagkerekes adagoló elé helyezik, amely egy önállóan ragasztó műanyag kupakot helyez fel +/-30 µm ismétlési pontossággal. Ezután a mozgó egység a terméket egy kezelői állomásra szállítja. A kioldó horogba egy horog kerül, amelyet előre döntve engedi ki a terméket, majd kikapcsolt árammal, lebegés nélkül parkol a mögötte lévő motorkockán. Ezután egy kezelő biztonságosan elérheti a készüléket a fényfüggönyön keresztül, hogy elvegye az elkészült eszközt.

Teljesítmény a szoftverben és hardverben

A TwinCAT egységes mérnöki és futási platformot kínál az automatizáláshoz. A Microsoft Visual Studio-ba integrálva lehetővé teszi a programozást a legmegfelelőbb nyelveken. Emellett a szoftver egy grafikus konfigurátorral könnyíti meg az üzemelési elrendezések tervezését az 18 csempéből álló motormodulokkal, a mozgó egységek hozzáadását drag-and-drop módszerrel, az útvonalak és állomások meghatározását, valamint a mozgásprofilok szimulációját.

Hardver oldalról egy Beckhoff C6670 ipari szekrény-szerver támogatja az XPlanar és más eszközök irányítását. A 40 magos ipari PC nagy teljesítményt nyújt, néhány mag pedig a jövőbeli funkciókra van fenntartva. Ami Joseph Cocchini-t még lenyűgözte, az az ultra-kompakt C6017 ipari PC, amely a négy tengelyes görgős adagolórendszert vezérli.

„A C6017 8 GB DDR4 RAM-mal, egy 320 GB-os merevlemezzel, négy Ethernet- és négy USB-csatlakozóval rendelkezik” – magyarázza Cocchini. „Ezzel a kis Windows 10-es számítógéppel irányítjuk az okostelefon méretű HMI-t, egy egyedi Solid JavaScript-et futtató felhasználói felületet, egy Python webkiszolgálót és egy MongoDB adatbázist az OEE, receptek, konfigurációk és egyéb adatok kezelésére. Ilyet még életem során nem láttam.”

A gyors valós idejű kommunikáció és pontos szinkronizáció az EtherCAT-en keresztül alapozza meg az XPlanar rendszer precíz irányítását. A kommunikáció a különböző kamerákkal, adagolókkal és más eszközökkel EtherNet/IP-n keresztül egyszerűen hozzáadható a megfelelő buszátalakítóval. A biztonsági adatok a Safety over EtherCAT (FSoE) segítségével kerülnek továbbításra a standard I/O szegmensben telepített TwinSAFE terminálokra, ahol a biztonsági logika értékelése történik. Ezáltal a rendszer a biztonságos állapotba lép anélkül, hogy kötött vezetékek lennének, például vészleállítás vagy fényfüggöny esetén. Számos EtherCAT terminál mellett az Automation NTH Beckhoff I/O modulokat is használ túlfeszültség elleni védelemre és egyéb funkciókra.

Új összeszerelési koncepció orvosi eszközökhöz

A kész diagnosztikai eszköz-összeszerelő automata lehetővé tette az ügyfél által eddig hatékonytalanul végzett gyártási folyamat automatizálását. A hagyományos megközelítésekkel összehasonlítva a berendezés tízszeresére csökkenti a drága tisztatér helyigényét. Emellett az XPlanar az Automation NTH szerint csökkenti az energiafogyasztást a versenytársak megoldásaihoz képest, így csökken a hőterhelés és a hűtési igény.

„A felhasznált reagenszek nagyon érzékenyek a nedvességre, hőmérsékletre és mozgásra, így a kontaktus nélküli XPlanar mozgás és a Beckhoff által kínált hűtési opció hozzájárult a termék kompatibilitásához” – jegyzi meg Molly Blazek.