Design eines benutzerdefinierten medizinischen Schlauch-Handling- und Montagesystems: Wichtige Überlegungen

Von Eric Anderson

 

Was es braucht, um eine benutzerdefinierte medizinische Schlauch-Handling- und Montagemaschine zu erstellen

 

Es kann herausfordernd sein, eine automatisierte Maschine zu entwerfen und zu bauen, die medizinische Geräte montiert, die extrudierte medizinische Schläuche verwenden. Extrudierte Schläuche können ein Eigenleben haben und der Grad an Zufälligkeit, der in einer automatisierten Maschine schwer zu handhaben sein kann. Durch einen kreativen und problemlösenden Ansatz kann dies jedoch trotzdem in einen erfolgreichen, zuverlässigen Prozess automatisiert werden.

Kürzlich haben die Experten von Steven Douglas Corp. (SDC) eine automatisierte Roboter-Maschine完成, die Baugruppen mit extrudierten medizinischen Schläuchen produziert. Die Maschine verwendete drei 6-Achs-Fanuc-Roboter, um automatisch ein medizinisches Gerät zu montieren, das aus Schlauch, einer Schlauchklemme und zwei medizinischen "Ports" bestand, die an jedes Ende des Schluchs geklebt waren. Beim Design des Systems wurde SDCs umfangreiche Verarbeitungs-, Materialhandling- und Automatisierungserfahrung mit dem Fertigungswissen des Kunden kombiniert, um eine erfolgreiche automatisierte Zelle zu schaffen. Schlüsselkomponenten dieses Systems waren Schlauchzuführung und -vorbereitung, Fehlersicherung und robotisches Schlauchhandling.

Schlauchzuführung und -vorbereitung

Bevor die Montage beginnen kann, muss der medizinische Schlauch in die Maschine eingespeist und für die nachfolgenden Roboteroperationen vorbereitet werden. Dies umfasst das Einführen des Schlauchs in das System, das Schneiden des Schlauchs auf die korrekte Länge und das Anbringen einer Klemme am Schlauch.

Wenn der Schlauch konsistent in die Maschine eingespeist wird, wird jeder nachfolgende Schritt erheblich einfacher und zuverlässiger. Dies zu erreichen ist jedoch leichter gesagt als getan. Extrudierte Schläuche können ein Eigenleben haben und sich je nach vielen verschiedenen Variablen unterschiedlich verhalten. Die Begrenzung dieser Variablen ist ein wichtiger Aspekt im SDC-Schlauchzuführsystem.

Das von SDC entworfene medizinische Schlauchzuführsystem ist einfach zu bedienen und zu warten, ohne dabei Funktionalität zu opfern. Der Schlauch wird von einer Spule in die SDC-Maschine eingespeist und von einem Bediener auf einen kundenspezifischen Abwickler geladen. Dann wird der Schlauch durch ein gewichtetes Spannvorrichtung geführt, der den Schlauch von der Spule trennt und die Menge des abgegebenen Schlauchs und die Spannung, mit der er abgegeben wird, misst und verfolgt. Konsistente Spannung ist wichtig. Ein Paar servogetriebene Riemen werden verwendet, um den Schlauch zu greifen und ihn sanft in die Maschine zu führen, was externe Einflüsse auf die zugeführte Schlauchlänge minimiert.

Um das System zu vervollständigen, fügte SDC ein geschlossenes Regelungssystem und maschinelles Lernen hinzu, das den Servo-Zuführmechanismus automatisch anpasst, um sicherzustellen, dass die zugeführte Schlauchlänge konsistent ist. Das SDC-Zuführsystem ist anpassbar und einstellbar, um eine Vielzahl von Schlauchlängen zu accommodieren, und die integrierte Fehlersicherung der Maschine kann Schläuche, die die Systemanforderungen nicht erfüllen, leicht erkennen.

 

Fehlersicherung (Error Proofing)

In jeder Anwendung ist es wichtig, dass die Endprodukte alle unsere Kunden-, Qualitäts- und Produktionsstandards erfüllen. Die Medizintechnikbranche ist keine Ausnahme. Die Anforderungen der meisten Medizinprodukte sind strenger als in anderen Branchen aufgrund ihrer vorgesehenen Verwendung. Ein wichtiger Schritt im Design dieser automatisierten Maschine ist das Verständnis der möglichen Ursachen von Fehlern und das Design einer Maschine, die diese begrenzt. Da nicht jedes Teil perfekt oder akzeptabel sein wird, können Prozessprüfungen hinzugefügt werden, um "fehlgeschlagene" Teile zu erkennen und zu trennen und den Montageprozess nach Bedarf zu stoppen/pausieren.

Einige grundlegende, aber typischerweise übersehene Ursachen für Teilfehler sind das Ausführen des falschen Teils oder das teilweisen Montieren eines Teils. Um das Montieren eines falschen Teils zu verhindern, ist spezifisches Werkzeug erforderlich, um jedes Teil zu handhaben, und Sensoren werden verwendet, um sicherzustellen, dass das korrekte Werkzeug installiert ist. Die Software, Recovery- und Setup-Zyklen sind so programmiert, dass die Roboter die Maschine automatisch von jedem Teil befreien, das "mid-cycle" fehlgeschlagen ist. Dies stellt sicher, dass unvollständige Teile von den fertigen Teilen getrennt werden.

Dasselbe Machine-Vision-System, das für einen vision-geführten Roboter verwendet wird, kann auch für die Eingangsinspektion genutzt werden. Für dieses Projekt wurde ein vision-geführter Roboter verwendet, um Teile von einem Förderband zu picken, und das Vision-Inspektionssystem verifizierte, dass das korrekte Teil vorhanden war. Ein zusätzliches Vision-System wurde hinzugefügt, um den Schlauch vor der Montage zu inspizieren und die Schlauchlänge zu verifizieren. Schließlich wurden mehrere Sensoren hinzugefügt, um Teilepräsenz mittels einer Reihe von Faseroptik-Lasern und kapazitiven Sensoren zu detektieren. Ein weiterer Sensor wurde installiert, um zu verifizieren, dass Kleber vor der Montage aufgetragen wird.

Durch die Verwendung einer Kombination all dieser Werkzeuge und Technologien war SDC in der Lage, eine Maschine zu entwerfen und zu bauen, die die erforderlichen Qualitätsstandards bei 99,9% der Teile erfüllte. Das Machine-Vision-System stellte sicher, dass die 0,1% der Teile, die die erforderlichen Standards nicht erfüllten, automatisch getrennt wurden.

 

Robotisches Schlauchhandling

Bei extrudierten medizinischen Schläuchen gibt es einen Grad an Zufälligkeit, der in einer automatisierten Maschine schwer zu handhaben sein kann, besonders wenn die Schlauchlänge zunimmt. Die Kontrolle zu behalten, ist ein wichtiger Aspekt des SDC-Maschinenkonzepts und -Designs. SDC verwendete drei einzelne 6-Achs-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 Schlauchs behielt.

In diesem Beispiel wird der Schlauch, sobald er in die Maschine eingespeist ist, in einem kundenspezifischen Trog gehalten, bis ein Roboter ein Ende des Schlauchs greift und ein zweiter Roboter das andere Ende. Dann bewegt sich jeder Roboter durch eine programmierte Sequenz, um den Montageprozess des Eintauchens des Schlauchs in Kleber und anschließendes präzises Einführen in die Ports an jedem Ende abzuschließen. Für längere Schlauchlängen wurde ein kundenspezifischer Halter entworfen, um die lange Schlaufe des Schlauchs kontrolliert und aus dem Weg zu halten, damit die Roboter ihre Sequenz durchlaufen können. Einmal montiert, sammelt ein dritter Roboter die fertige Baugruppe und legt sie in ein Sammelsystem ab.

Durch die Verwendung mehrerer Roboter wird der Schlauch immer kontrolliert, was die Möglichkeit von Verwicklungen eliminiert und hilft, eine schnelle Maschinenzykluszeit beizubehalten. Die Roboter sind auch deshalb vorteilhaft, weil sie sich auf präzise kontrollierte und überwachte Weise bewegen können, was den Montageprozess perfektioniert.

Für diesen Prozess war das Einführen des Schlauchs in die Fittings ein herausfordernder Prozess, der Präzision sowie Flexibilität aufgrund der Zufälligkeit des Schlauchs erforderte. Mit mehreren Robotern war SDC in der Lage, letztlich einen sehr konsistenten und zuverlässigen automatisierten Prozess aus einer variablen Montage einzurichten. Als bevorzugter Robotik-Integrator für Fanuc, Epson und viele andere Roboterhersteller verfügt SDC über umfangreiche Erfahrung in der Programmierung mehrerer Roboter, die gleichzeitig, sicher und effektiv innerhalb desselben Systems arbeiten.

 

 

Experten für automatisierte Roboter-Systeme

SDC ist ein Problemlösungs-Unternehmen. Unser kreativer, problemlösender Ansatz und unser Team aus erfahrenen Automatisierungsprofis bringen Expertenwissen in Maschinendesign, Maschinenbau, Maschinensteuerung, Roboterprogrammierung, Teilefertigung und komplette Maschinenmontage ein. Unabhängig davon, ob Ihre Anwendung extrudierte medizinische Schläuche verwendet oder ob Sie in der Medizintechnikbranche sind – dieselben Prinzipien werden bei der Erstellung Ihres automatisierten Systems angewendet. Wir haben umfangreiche Erfahrung über ein breites Spektrum von Branchen hinweg, mit bewährten und proprietären Methoden, um zuverlässige, langlebige automatisierte Maschinen für eine Vielzahl von Anwendungen zu bauen.

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