Was es braucht, um eine benutzerdefinierte Handhabungs- und Montagemaschine für medizinische Röhrchen zu entwickeln

Von Eric Anderson

Was es braucht, um eine benutzerdefinierte Handhabungs- und Montagemaschine für medizinische Röhrchen zu entwickeln

Es kann eine Herausforderung sein, eine automatisierte Maschine zu entwickeln und zu bauen, um medizinische Geräte zu montieren, die extrudierte medizinische Schläuche verwenden. Extrudierte Schläuche können einen eigenen Sinn haben und den Grad der Zufälligkeit haben, der in einer automatisierten Maschine schwer zu handhaben sein kann. Durch einen kreativen und problemlösenden Ansatz kann er jedoch immer noch zu einem erfolgreichen, zuverlässigen Prozess automatisiert werden.

Vor kurzem haben die Experten von Steven Douglas Corp. (SDC) eine automatisierte Robotermaschine fertiggestellt, die Baugruppen mit extrudierten medizinischen Schläuchen herstellt. Die Maschine setzte drei 6-achsige Fanuc-Roboter ein, um automatisch ein medizinisches Gerät zu montieren, das aus einem Schlauch, einer Schlauchklemme und zwei medizinischen „Ports“ bestand, die an jedem Ende des Schlauchs angeklebt wurden. Bei der Entwicklung des Systems wurden die umfangreichen Erfahrungen von SDC in den Bereichen Verarbeitung, Materialhandhabung und Automatisierung mit dem Fertigungswissen des Kunden kombiniert, um eine erfolgreiche automatisierte Zelle zu schaffen. Zu den Schlüsselkomponenten dieses Systems gehörten die Sondenzuführung und -vorbereitung, die Fehlerprüfung und die Robotersondenhandhabung.

Röhrenfütterung und -vorbereitung

Bevor mit der Montage begonnen werden kann, müssen die medizinischen Schläuche der Maschine zugeführt und für die nachfolgenden Roboteroperationen vorbereitet werden. Dazu gehört das Einführen des Schlauchs in das System, das Schneiden des Schlauchs auf die richtige Länge und das Anbringen einer Klemme am Schlauch.

Durch konsequentes Einführen der Schläuche in die Maschine wird jeder nachfolgende Arbeitsschritt deutlich einfacher und sicherer. Dies zu erreichen ist jedoch leichter gesagt als getan. Extrudierte Schläuche können ihre eigenen Vorstellungen haben und sich in Abhängigkeit von vielen verschiedenen Variablen unterschiedlich verhalten. Die Begrenzung dieser Variablen ist ein wichtiger Aspekt im SDC-Sondenernährungssystem.

Das von SDC entwickelte medizinische Schlauchversorgungssystem ist einfach zu bedienen und zu warten, ohne auf Funktionalität zu verzichten. Das Rohr wird der SDC-Maschine von einem Coil zugeführt und von einem Bediener auf einen kundenspezifischen Abroller geladen. Dann wird der Schlauch durch eine beschwerte Spannvorrichtung abgegeben, die den Schlauch von der Spule trennt und die abgegebene Schlauchmenge und die Spannung, mit der er abgegeben wird, misst und verfolgt. Konsequente Spannung ist wichtig. Ein Paar servogetriebener Riemen wird verwendet, um das Rohr zu greifen und es sanft in die Maschine zu führen, wodurch äußere Einflüsse auf die zugeführte Rohrlänge minimiert werden.

Um das System zu vervollständigen, fügte SDC ein geschlossenes Regelsystem und maschinelles Lernen hinzu, das das Servoeinzugssystem automatisch anpasst, um sicherzustellen, dass die zugeführte Rohrlänge konstant ist. Das SDC-Zuführsystem ist anpassbar und einstellbar, um eine Vielzahl von Schlauchlängen aufzunehmen, und die integrierte Fehlerprüfung der Maschine kann Schläuche leicht erkennen, die den Systemanforderungen nicht entsprechen.

Fehlerprüfung

Bei jeder Anwendung ist es wichtig, dass die Endprodukte alle unsere Kunden-, Qualitäts- und Produktionsstandards erfüllen. Die Medizinprodukteindustrie ist keine Ausnahme. Die Anforderungen an die meisten Medizinprodukte sind aufgrund ihres Verwendungszwecks strenger als in anderen Branchen. Ein wichtiger Schritt beim Design dieser automatisierten Maschine besteht darin, die möglichen Ursachen von Defekten zu verstehen und eine Maschine zu konzipieren, um diese zu begrenzen. Da das Teil nicht perfekt oder akzeptabel ist, können Prozessprüfungen hinzugefügt werden, um die „fehlgeschlagenen“ Teile zu erkennen und zu trennen und den Montageprozess nach Bedarf zu stoppen/anzuhalten.

Einige grundlegende Beispiele, aber in der Regel übersehene Ursachen für Teiledefekte sind die Verwendung des falschen Teils oder der teilweise Zusammenbau eines Teils. Um zu verhindern, dass ein falsches Teil zusammengebaut wird, ist für die Handhabung jedes Teils spezielles Werkzeug erforderlich, und Sensoren werden verwendet, um sicherzustellen, dass das richtige Werkzeug installiert wird. Die Software-, Wiederherstellungs- und Einrichtungszyklen sind so programmiert, dass die Roboter die Maschine automatisch von allen Teilen befreien, die in der Mitte des Zyklus „ausgefallen“ sind. Dadurch wird sichergestellt, dass alle unvollständigen Teile von den fertigen Teilen getrennt werden.

Das gleiche Bildverarbeitungssystem, das für einen Vision-geführten Roboter verwendet wird, kann auch für die Wareneingangsprüfung verwendet werden. Für dieses Projekt wurde ein visuell geführter Roboter verwendet, um Teile von einem Förderband zu entnehmen, und das optische Inspektionssystem überprüfte, ob das richtige Teil vorhanden war. Ein zusätzliches Bildverarbeitungssystem wurde eingebaut, um die Rohre vor der Montage zu überprüfen und die korrekte Länge der Rohre zu überprüfen. Schließlich wurden mehrere Sensoren hinzugefügt, um das Vorhandensein von Teilen mithilfe einer Reihe von faseroptischen Lasern und kapazitiven Sensoren zu erkennen. Ein weiterer Sensor wurde ebenfalls installiert, um zu überprüfen, ob der Klebstoff vor der Montage aufgetragen wurde.

Durch die Kombination all dieser Werkzeuge und Technologien war SDC in der Lage, eine Maschine zu konstruieren und zu bauen, die bei 99,9 % der Teile die erforderlichen Qualitätsstandards erfüllte. Das Bildverarbeitungssystem stellte sicher, dass die 0,1 % der Teile, die nicht den erforderlichen Standards entsprachen, automatisch vereinzelt wurden.

Handhabung von Roboterrohren

Bei extrudierten medizinischen Schläuchen gibt es einen gewissen Grad an Zufälligkeit, der in einer automatisierten Maschine schwierig zu handhaben sein kann, insbesondere wenn die Länge des Schlauchs zunimmt. Die Kontrolle zu behalten ist ein wichtiger Aspekt des SDC-Maschinenkonzepts und -designs. SDC verwendete drei einzelne, 6-achsige Fanuc-Roboter, die Flexibilität beim Übergang zwischen verschiedenen Teilen und Prozessschritten boten, während die Maschine jederzeit die volle Kontrolle über die Mitte und beide Enden des Rohrs hatte.

In diesem Beispiel wird der Schlauch nach dem Zuführen in die Maschine in einer benutzerdefinierten Wanne gehalten, bis ein Roboter ein Ende des Schlauchs und ein zweiter Roboter das andere Ende greift. Dann durchläuft jeder Roboter eine programmierte Sequenz, um den Montageprozess des Eintauchens der Schläuche in Leim und dann des genauen Einführens in die Anschlüsse an jedem Ende abzuschließen. Für längere Schlauchlängen wurde ein spezieller Halter entwickelt, um die lange Schleife des Schlauchs kontrolliert und für die Roboter nicht im Weg zu halten, um sich durch ihre Sequenz zu bewegen. Nach der Montage sammelt ein dritter Roboter die fertige Baugruppe und legt sie in einem Sammelsystem ab.

Durch den Einsatz mehrerer Roboter wird das Rohr immer kontrolliert, wodurch ein Verheddern ausgeschlossen und eine schnelle Maschinenzykluszeit gewährleistet wird. Vorteilhaft für die Roboter ist auch, dass sie sich präzise gesteuert und überwacht bewegen können und so den Montageprozess perfektionieren.

Für diesen Prozess war die Installation des Schlauchs in die Fittings ein anspruchsvoller Prozess, der aufgrund der Zufälligkeit des Schlauchs sowohl Präzision als auch Flexibilität erforderte. Mit mehreren Robotern konnte SDC letztendlich einen sehr konsistenten und zuverlässigen automatisierten Prozess aus einer variablen Baugruppe aufbauen. Als bevorzugter Roboterintegrator für Fanuc, Epson und viele andere Roboterhersteller verfügt SDC über umfangreiche Erfahrung in der Programmierung mehrerer Roboter, um gleichzeitig, sicher und effektiv innerhalb desselben Systems zu arbeiten

Experten für automatisierte Robotersysteme

DEZA ist ein Problemlösungsunternehmen. Unser kreativer, problemlösungsorientierter Ansatz und unser Team aus erfahrenen Automatisierungsexperten bringen Expertenwissen in den Bereichen Maschinenkonstruktion, Maschinenbau, Maschinensteuerung, Roboterprogrammierung, Teilefertigung und komplette Maschinenmontage ein. Unabhängig davon, ob Ihre Anwendung extrudierte medizinische Schläuche verwendet oder Sie in der Medizinprodukteindustrie tätig sind, werden bei der Erstellung Ihres automatisierten Systems dieselben Prinzipien angewendet. Wir haben umfangreiche Erfahrung in einem breiten Spektrum von Branchen mit bewährten und proprietären Methoden, um zuverlässige, langlebige automatisierte Maschinen für eine Vielzahl von Anwendungen zu bauen.

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