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Drei Roboter fürs schnelle präzise Spritzenhandling

Roboterzelle: 36000 Spritzen pro Stunde
Drei Roboter von Stäubli für die Automatisierung beim Spritzenhandling

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Eine kompakte Roboterzelle hat der irische Systemintegrator Ward Automation für ein Unternehmen der Pharmaindustrie entwickelt. Für die End-of-Line-Prüfung sowie das Etikettieren und Palettieren handhaben drei Roboter Unmengen von Spritzen: pro Sekunde durchlaufen zehn Produkte den Prozess.

Ralf Högel
Fachjournalist in Stadtbergen

Wie kann man zuverlässig und wirtschaftlich 36 000 Spritzen pro Stunde mit 100-prozentiger Genauigkeit prüfen und palettieren? Diese Frage stellte ein weltweit tätiger Pharmahersteller den Automatisierungsexperten der Ward Automation Ltd. in Sligo/Irland.

Ursprünglich wurde der Prozess manuell durchgeführt – nun sollte der Arbeitsaufwand bei der Inspektion von Spritzen, Etiketten und Siegeln reduziert und gleichzeitig die Qualität gesteigert werden. Die Kenndaten der Spezifikation: Die Spritzen erreichen die Inspektionsstation in Trays mit 100 Einheiten, und pro Minute muss der Inhalt von sechs Trays inspiziert, etikettiert und palettiert werden. Dabei gelten die Anforderungen der Medizinproduktefertigung (21 CFR Part 11).

John Walshe, bei Ward Automation zuständig für das Business Development, erläutert: „Ganz wichtig war das 100-prozentige Ausschließen des Risikos beschädigter oder fehlender Spritzen und fehlender Anti-Manipulationssiegel.“ Außerdem musste die Roboterzelle aus Gründen der Produktionssicherheit und Rückverfolgbarkeit in das Scada-System des Unternehmens integriert werden. Eine besondere Herausforderung: Alle Prozessschritte müssen auf engstem Raum ausgeführt werden.

Auf der Basis dieser Vorgaben konstruierten die Fachleute aus Sligo eine Zelle mit drei Stäubli-Robotern, die nach folgendem Prinzip zusammenarbeiten: Zunächst entnimmt ein Stäubli-Roboter TX2-60 ein Tray mit 100 Spritzen und führt es einem Bildverarbeitungssystem zu. Zwei Vision-Systeme überprüfen den Inhalt des Trays auf fehlerhafte Spritzen, fehlende PRTC-Kappen und die korrekte Anzahl an Spritzen im Tray.

Kontrolle der Spritzen im Tray erfolgt automatisiert

Trays mit fehlerhaften Spritzen werden zu einem „N.i.O“-Platz gefördert. Dort zeigt das Bediensystem an, welche Spritze aus dem Tray zu entnehmen ist, und die Bildverarbeitung prüft, ob tatsächlich die richtige – das heißt: die fehlerhafte – Spritze entnommen wurde. Danach wird das Tray freigegeben, so dass der Bediener es auffüllen und wieder der Zelle zuführen kann.

Trays, bei denen es keinen Grund zur Beanstandung gibt, erreichen als nächstes eine Etikettenstation, wo Innen- und Außenetiketten ausgedruckt und direkt kontrolliert werden. Fehlerhafte Etiketten werden automatisch aussortiert und neu gedruckt. „Gute“ Etiketten werden innen und außen auf das Tray aufgeklebt. Das Aufkleben des inneren Etiketts übernimmt der erste TX2-60. Am Ende dieses Prozesses werden die Etiketten auf Vorhandensein und Position geprüft.

Im nächsten Schritt werden die Trays versiegelt, bevor sie für den Versand palettiert werden. Für diese Aufgabe hat Ward Automation eine innovative Deckelvereinzelungsstation entwickelt. Sie stellt dem zweiten Roboter – ebenfalls ein Stäubli TX2-60 – einen einzelnen Deckel bereit. Ein Vision-System verifiziert die Position des Deckels, der Roboter greift ihn und legt ihn auf dem Tray ab.

Spezifischer Applikationskopf für Siegel und Etikett

Ein kundenspezifischer Applikationskopf bringt ein manipulationssicheres Siegel auf den Deckel auf und faltet das Etikett als Verschluss um die Deckelkante. Das Tray wird um 180° gedreht und mit einem zweiten Etikett versehen. Anschließend hebt der Roboter das Tray an und stellt es auf einem Pufferband ab.

Zum Schluss stapelt ein größerer Roboter vom Typ Stäubli RX160L jeweils 200 fertige Trays auf einer Palette. John Walshe: „Dieser Roboter bietet uns die erforderliche Reichweite und benötigt zugleich wenig Aufstellfläche.“

Ein Drei-Zonen-Sicherheitssystem mit virtuellen Zellen und Puffer zwischen den Zellen ermöglicht es, den großen Roboter für einen Palettenwechsel sicher anzuhalten, während die beiden kleinen Roboter weiter Trays inspizieren und etikettieren. Das steigert die Produktivität und Verfügbarkeit der Roboterzelle.

Module und moderne Steuerung sorgen für Flexibilität

Dem Wunsch des Anwenders entsprechend wurde das System flexibel gestaltet: Der modulare Aufbau der Roboterzelle und das moderne Steuerungssystem tragen zur Flexibilität bei. So kann die Zelle innerhalb kurzer Zeit mit neuen Parametern konfiguriert werden. Vorkonfiguriert sind unter anderem eine Zwei-Paletten-Option und der Entfall des Inspektionsprozesses. Weitere Druckoptionen wie Laser- oder Tintenstrahldruck sind ebenfalls verfügbar. Auch bei den Trays sind zwei Typen einsetzbar: 3“- und 4“-Trays mit jeweils 100 oder 160 Spritzen pro Wanne können verwendet werden. Dabei beansprucht die Anlage eine Grundfläche von 3 m x 3 m.

Bei der Auswahl geeigneter Roboter spielte das hygienische Design eine große Rolle. Die Stäubli-Roboter sind in einer Version verfügbar, die für „Humid Environment“ geeignet ist Diese „HE“-Version kann sowohl in Reinräumen installiert werden als auch in Produktionszonen, in denen täglich oder schichtweise umfangreiche Reinigungsprozesse stattfinden. Im hier beschriebenen Fall kommen hoch wirksame und entsprechend aggressive Reinigungsmittel zum Einsatz.

Ward Automation verfügt über umfassende Erfahrung mit solchen Anforderungen. John Walshe: „Wir haben schon vor etwa zehn Jahren Stäubli-Roboter in einer ähnlichen Umgebung und für ganz ähnliche Reinigungsbedingungen eingesetzt – und es hat bislang keine Probleme gegeben.“ Die Zelle ist entsprechend den Medizintechnik-Anforderungen gemäß 21 CFR Part 11 zugelassen. Sie dokumentiert den Inspektions- und Verpackungsprozess jedes einzelnen Trays mit individueller Kennzeichnung – Stichwort Rückverfolgbarkeit – und allen GMP-kritischen Daten.

Beim Spritzenhandling muss jede roboteraufgabe in 10 s erledigt sein

Auf Reichweite, Traglast und – ganz wichtig – hohe Präzision bei hohen Geschwindigkeiten kam es bei der Auswahl der Roboter ebenfalls an: Schließlich muss jede einzelne Roboteraufgabe in weniger als 10 s erledigt sein.

Gesteuert wird die Anlage von den Stäubli-Steuerungen CS8C und CS9, die mit der Sprache VAL 3 programmiert wurden. Im ersten Schritt wurde das System offline mit Hilfe einer Emulator-Software programmiert. So wurden Bewegungen simuliert und Reichweiten sowie Sollwerte überprüft. Erst bei der Feinabstimmung der Programme kamen die „echten“ Roboter zum Einsatz. Das spart Zeit und beschleunigt die Inbetriebnahme. Für Proof-of-Principle-Tests sowie für die Schulung der Ingenieure von Ward Automation und des Auftraggebers hatte Stäubli UK einen Demoroboter bereitgestellt.

Jetzt läuft die Anlage, und der Anwender ist laut John Walshe sehr zufrieden und hat bei 100 % Automation zusätzliche Flexibilität gewonnen.

Über den Roboterhersteller Stäubli:
www.staubli.com


Über Ward Automation

Das auf maßgeschneiderte Automatisierungslösungen für die Medizinprodukte- und Pharmaindustrie spezialisierte Unternehmen wurde 1995 gegründet. Zum Portfolio gehören Maschinen und Anlagen zum Produzieren, Abfüllen, Testen, Inspizieren und Verpacken von medizinischen Geräten und Pharmaprodukten.

wardautomation.ie


Kontakt zum Roboterherstelle:

Stäubli Tec-Systems GmbH Robotics
Theodor-Schmidt-Strasse 19/25
95448 Bayreuth

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