Unoszące się przenośniki zwiększają przepustowość i oszczędzają powierzchnię maszyn w czystym pomieszczeniu

Maszyna do montażu urządzeń diagnostycznych o wysokiej elastyczności może napełniać trzy różne typy urządzeń, z których każdy jest transportowany przez ruchomą platformę XPlanar, wybierając spośród 50 substancji czynnych w zależności od receptury, a następnie je inspekcjonować.

Automation NTH używa szerokiej gamy terminali EtherCAT i TwinSAFE na maszynie montażowej oraz na podajniku taśmowym do uszczelniania urządzeń diagnostycznych.

Wydajny serwer przemysłowy Beckhoff C6670 z technologią Intel® Xeon® zapewnia dużą moc obliczeniową do wymagającego sterowania systemem transportowym XPlanar oraz urządzeniami zewnętrznymi w zakładzie. / Serwer przemysłowy Beckhoff C6670 z technologią Intel® Xeon® oferuje dużą moc obliczeniową do wymagającego sterowania systemem transportowym XPlanar oraz urządzeniami zewnętrznymi.

W siedzibie Automation NTH w LaVergne, Tennessee (od lewej do prawej): Kierownik sprzedaży Peter Sarvey i starszy inżynier ds. sterowania Joseph Cocchini (obaj Automation NTH), inżynier sprzedaży Richard Smith (Beckhoff USA), współprezesi Jeff Buck i Greg Young (Automation NTH), inżynier ds. aplikacji Adam Hoffman (Beckhoff USA) oraz kierowniczka ds. obsługi kluczowych klientów Molly Blazek (Automation NTH) / W siedzibie Automation NTH w LaVergne, Tennessee (od lewej do prawej): Kierownik sprzedaży Peter Sarvey i starszy inżynier ds. sterowania Joseph Cocchini (obaj Automation NTH), regionalny inżynier sprzedaży Richard Smith (Beckhoff USA), współprezesi Jeff Buck i Greg Young (Automation NTH), inżynier ds. aplikacji Adam Hoffman (Beckhoff USA) oraz dyrektor ds. kluczowych klientów Molly Blazek (Automation NTH)

Graficzny konfigurator XPlanar ułatwia inżynierom tworzenie układów modułów silnikowych, dodawanie moverów, definiowanie ścieżek i stacji oraz symulację ruchu. / A graphical configurator for XPlanar simplifies how engineers create motor tile layouts, add movers, define paths and stations, and simulate motion.

Zmniejszenie zapotrzebowania na miejsce dla maszyny montażowej do urządzeń diagnostycznych o czynniku 10. Dodatkowo przepustowość wzrosła z 5 minut do zaledwie 5 sekund na urządzenie. Inteligentny system transportowy XPlanar firmy Beckhoff zapewnił podstawę dla innowacyjnej koncepcji linii produkcyjnej. Dzięki unoszącym się ruchomym elementom umożliwia on całkowicie swobodny transport produktu oraz obsługę z nawet sześcioma stopniami swobody.

Założona w 1999 roku z siedzibą główną w LaVergne, Tennessee, firma Automation NTH rozwinęła się od integratora systemów do dostawcy rozwiązań specjalistycznych w dziedzinie nauk biologicznych. „W większości naszych projektów automatyzacji dostosowanych do potrzeb klienta, zwłaszcza przy montażu urządzeń medycznych, kładziemy nacisk na oprogramowanie,” mówi Peter Sarvey, kierownik działu sprzedaży w Automation NTH. Dlatego specjalista od nauk o życiu chętnie korzysta z nowatorskich technologii przy automatyzacji często bardzo złożonych i danych intensywnych aplikacji.

Przykładem jest innowacyjna maszyna montażowa do urządzeń diagnostycznych oparta na elastycznym systemie transportowym XPlanar firmy Beckhoff. Unoszące się za pomocą elektrycznie aktywnych modułów silnikowych i pasywne ruchome elementy oferują sześć stopni swobody w sterowaniu ruchem z wysoką precyzją i powtarzalnością. Według informacji od Automation NTH, umożliwiło to doskonałą śledzalność, kompaktową powierzchnię montażową w kosztownych czystych pomieszczeniach oraz najwyższą integralność produktu podczas dozowania wrażliwych odczynników.

„Wybraliśmy XPlanar, ponieważ system jest wystarczająco elastyczny, aby transportować wiele różnych produktów o dużej zmienności i uwzględniać wszelkie przyszłe zmiany,” wyjaśnia kierownik projektu Rich Snodgrass z Automation NTH.

Od ręcznego do automatycznego montażu

Aby określić wymagania dla automatyzacji dotychczasowego ręcznego procesu montażu, w 2023 roku spotkali się przedstawiciele startupu z Molly Blazek, kierowniczką ds. obsługi kluczowych klientów, oraz Petera Sarvey’a, kierownika sprzedaży z Automation NTH. Poszukiwano systemu do automatycznego napełniania około 50 różnych substancji czynnych w różnych punktach napełniania trzech różnych typów urządzeń.

„Podawanie dozowników do produktu – za pomocą przenośników, robotów lub innych technologii obsługi – generowałoby ogromne koszty i wymagało dużo miejsca,” mówi Peter Sarvey. „Zrozumieliśmy wtedy, że lepiej jest poruszać produktem, a nie dozownikami.”

Dodatkowo urządzenie miało działać w czystym pomieszczeniu, gdzie powierzchnia montażowa jest kosztowna ze względu na konieczność kontroli temperatury i wilgotności. Dlatego system musiał być jak najbardziej kompaktowy, a jednocześnie umożliwiać przyszłe zmiany. Tradycyjne obrotowe stoły i liniowe systemy transportowe nie spełniały żadnego z tych kryteriów, relacjonuje Molly Blazek.

Joseph Cocchini, główny inżynier ds. sterowania w Automation NTH, rozpoczął ocenę dostępnych opcji. Po przetestowaniu systemu konkurencji, Joseph Cocchini omówił specyfikacje z Toddem Thollotem, kierownikiem grupy zaawansowanych aplikacji w Beckhoff USA. „Miałem listę ambitnych celów. Musieliśmy móc dynamicznie sterować ruchami moverów XPlanar, aby mocować produkt na hakach sprężynowych i je zwalniać, parkować move na płytkach silnikowych do rozładunku oraz zapewnić, że podnoszenie, przechylanie, obrót o 360° i inne funkcje spełniają założenia,” mówi Joseph Cocchini.

„Todd zaprogramował kilka scenariuszy, które od razu spełniały większość wymagań. Co więcej, wysokość unoszenia w systemie XPlanar była lepsza niż w wcześniej testowanym systemie, co pozwalało moverom na większe przechylanie,” dodaje. „Ogólnie rzecz biorąc, implementacja Todda była znacznie czystsza, ponieważ system Beckhoff umożliwia dostęp do każdego aspektu ruchu każdego pojedynczego move’a, aż do współrzędnych ABC i XYZ. Ta niemal nieograniczona konfigurowalność jest powodem, dla którego zdecydowaliśmy się na XPlanar.”

Elastyczność dzięki Flying Motion

W gotowej maszynie montażowej operatorzy ręcznie podają urządzenia diagnostyczne do szuflady. Następnie robot umieszcza produkt na jednym z 18 move’ów XPlanar, gdzie jest on mocowany za pomocą niestandardowego narzędzia. Po tym produkt jest obracany o 360° i poddawany inspekcji wizualnej.

Move’y transportują urządzenia diagnostyczne obok różnych stacji dozowania, rozmieszczonych na powierzchni utworzonej z 18 płytek XPlanar. Unoszące się move’y zatrzymują się tylko na stacjach dozowania zdefiniowanych w recepturze danego urządzenia i wykonują drugą inspekcję wizualną w połowie drogi. Podczas napełniania system XPlanar obraca urządzenie tak, aby odczynnik został umieszczony w odpowiednim miejscu zgodnie z recepturą.

Po końcowej inspekcji wizualnej urządzenie jest ustawiane przed podajnikiem taśmowym, który nakłada samoprzylepną plastikową nakładkę z powtarzalnością +/-30 µm. Następnie move przekazuje produkt do stanowiska obsługi. Wsuwa hak wyzwalający w rowek, przechyla do przodu, aby zwolnić produkt, i parkować przy wyłączonym zasilaniu, czyli bez unoszenia, na dolnej płytce silnikowej. Operator może bezpiecznie sięgnąć przez barierę świetlną, aby odebrać gotowe urządzenie.

Wydajny w oprogramowaniu i sprzęcie

TwinCAT zapewnia spójną platformę inżynieryjną i środowisko uruchomieniowe dla automatyzacji. Zintegrowany z Microsoft Visual Studio, umożliwia programowanie w językach najlepiej dopasowanych do aplikacji. Ponadto oprogramowanie z graficznym konfiguratorami dla XPlanar ułatwia planowanie układów linii produkcyjnych z modułami silnikowymi w kształcie płytek, dodawanie move’ów metodą przeciągnij-i-upuść, definiowanie ścieżek i stacji oraz symulację profili ruchu.

Na stronie sprzętowej, sterowanie XPlanar i urządzeniami zewnętrznymi obsługuje przemysłowy serwer sterujący C6670 firmy Beckhoff. Komputer przemysłowy z 40 rdzeniami ma dużą moc obliczeniową, z rezerwą na przyszłe funkcje. Co jeszcze imponuje Josephowi Cocchinemu, to ultra-kompaktowy komputer przemysłowy C6017, który steruje czterowektorowym systemem podawania rolek.

„C6017 posiada 8 GB RAM DDR4, dysk twardy 320 GB, cztery porty Ethernet i cztery USB,” wyjaśnia Joseph Cocchini. „Dzięki temu ten mały komputer z Windows 10 obsługuje nasz interfejs HMI wielkości smartfona z własnym Solid JavaScript, serwer webowy w Pythonie oraz bazę danych MongoDB do OEE, receptur, konfiguracji i innych. Takiego czegoś jeszcze nie widziałem w swojej karierze.”

Szybka komunikacja w czasie rzeczywistym i precyzyjna synchronizacja przez EtherCAT stanowią podstawę dokładnego sterowania systemem XPlanar. Komunikacja z różnymi kamerami, dozownikami i innymi urządzeniami przez EtherNet/IP jest możliwa dzięki dodaniu odpowiedniego konwertera magistrali. Dane istotne dla bezpieczeństwa są przesyłane przez Safety over EtherCAT (FSoE) do zainstalowanych w standardowym segmencie I/O modułów TwinSAFE, które analizują je z niezbędną logiką bezpieczeństwa. Dzięki temu system przechodzi w stan bezpieczny nawet bez stałego okablowania, na przykład w przypadku uruchomienia awaryjnego zatrzymania lub wyzwolenia bariery świetlnej. Oprócz licznych modułów EtherCAT dla sygnałów standardowych, Automation NTH korzysta także z modułów I/O firmy Beckhoff do ochrony przed przeciążeniem i innych funkcji.

Nowa koncepcja montażu urządzeń medycznych

Gotowy automatyczny montażownik urządzeń diagnostycznych umożliwił automatyzację nieefektywnego procesu produkcyjnego końcowego użytkownika. W porównaniu z tradycyjnymi metodami, system ten minimalizuje zużycie kosztownej przestrzeni czystej produkcji aż dziesięciokrotnie. Ponadto, według Automation NTH, XPlanar zmniejsza zużycie energii w porównaniu do rozwiązań konkurencji, co redukuje obciążenie termiczne i zapotrzebowanie na chłodzenie.

„Używane odczynniki są bardzo wrażliwe na wilgotność, temperaturę i ruch, dlatego bezkontaktowy ruch XPlanar oraz oferowana przez Beckhoff opcja chłodzenia przyczyniły się do zgodności z produktem klienta,” zauważa Molly Blazek.