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Alle Schrauben sicher im Griff

Prüfzelle mit Roboter: Flexibel arbeiten und markieren unter beengten Bedingungen
Alle Schrauben sicher im Griff

Die Inspektion von Schrauben für medizintechnische Anwendungen gehört heute beinahe zu Standardapplikationen in der Robotik. Aber: Sind über 60 unterschiedliche Teilevarianten unter Reinraumbedingungen zu prüfen und anschließend mit dem Laser zu gravieren, bedarf es wegweisender Lösungen.

Schrauben für 1200 medizintechnische Endprodukte sollten in einer Anlage geprüft und mit dem Laser graviert werden. Die Prüfzelle dafür hat die Schweizer Insys Industriesysteme AG konzipiert und gebaut. „Die größte Herausforderung bei dieser Aufgabe war die Komplexität“, sagt Roger Strähl, Leiter Verkauf & Marketing bei Insys. Gefordert waren eine kompakte Bauweise und die Integration der Prozesse Prüfen und Gravieren auf eng-stem Raum. Zudem galt es, die Reinraumanforderungen der Klasse 8 nach ISO 14644-1 zu erfüllen und flexibel genug zu planen, damit die Automatisierungslösung mit über 60 sehr unterschiedlichen Schraubenvarianten zurecht kommt.

Tatsächlich könnten die Unterschiede im Teilespektrum kaum größer sein. Die Durchmesser der zu prüfenden Schrauben variieren von 1,5 bis 8,0 mm, und bei der Länge reicht das Spektrum von sehr kurzen Schrauben mit nur 6 mm Länge bis hin zu Exemplaren, die stattliche 180 mm lang sind.
Um die Flexibilität für diese Aufgaben in die Zelle zu bringen, setzt Insys auf ein ausgeklügeltes Bildverarbeitungssystem mit drei Kameras sowie auf einen kompakten Stäubli-Roboter des Typs TX40. Der Sechsachser ist der kleinste Vertreter der schnellen und hochgenauen TX-Baureihe. Er übernimmt mit der gebotenen Zuverlässigkeit alle Handhabungsaufgaben in der Zelle.
Der Ablauf ist taktzeitoptimiert und beginnt mit dem Auflegen der Schrauben – Charge für Charge – auf einem Zuführband. Von dort erreichen sie einen Vereinzelungstisch mit einer strukturierten Oberfläche. Über diesem Tisch ist die erste der drei Kameras montiert. Das Vision-System ermittelt die Position und Orientierung der Schrauben und leitet die Daten an den Roboter weiter. Im nächsten Schritt greift der TX40 eine Schraube und fährt mit ihr an die Inspektionsstation. Hier erfasst eine zweite Kamera alle wesentlichen Merkmale der Schraube. Zu den Kriterien zählen die Durchmesser von Gewinde und Schraubenkopf, die Länge der Schraube sowie die Form des Kopfes. Schrauben, die nicht zur Charge gehören, legt der Roboter in einem Behälter unter dem Inspektionstisch ab.
Passende Schrauben positioniert der Roboter im Arbeitsbereich des Lasers, der die Referenznummer am Schraubenkopf oder -schaft eingraviert. Wie in der Medizintechnik üblich, unterliegt auch dieser Schritt der Qualitätskontrolle. Dazu analysiert eine Kamera das Ergebnis der Laserbearbeitung. Ist die Gravur korrekt, legt der Sechsachser die geprüfte Schraube in Behälter Nummer zwei, während als fehlerhaft erkannte Teile in einem dritten Behälter landen.
Dass man sich bei Insys zur Integration eines Stäubli TX40 entschloss, hat mehrere Gründe. Dazu gehört, dass der Roboter sich für Anwendungen in sauberen Umgebungen eignet, eine hohe Wiederholgenauigkeit aufweist und schon in vielen Anlagen in der Medizinbranche eingesetzt wird und auf breite Akzeptanz stieß. Dass sich Stäubli frühzeitig der Entwicklung von Robotern für Medizin und Pharma verschrieben hat, zahlt sich laut Roger Strähl aus: „Heute sind diese Roboter erste Wahl für anspruchsvolle Applikationen unter Reinraumbedingungen.“ Beim TX40 habe Insys auf eine spezielle Reinraumausführung verzichten können, da der Roboter die geltende Reinraumklassifizierung bereits in Standardkonfiguration erfüllt. Bei Bedarf bietet der Hersteller aber auch Super-cleanroom-Varianten im Sechsachsbereich an, die selbst die Anforderungen der Reinraumklasse ISO 2 erfüllen.
Für die Inspektions- und Gravierzelle von Insys gab es einige weitere Faktoren, die bei der Entscheidung für den TX40 eine Rolle spielten. „Im konkreten Fall mussten wir Taktzeiten von unter neun Sekunden zuverlässig garantieren“, erläutert Stähl. Dank der Leistungsfähigkeit des Roboters ließ sich dies dauerhaft und prozesssicher erfüllen. Weitere Faktoren waren der voll gekapselte Aufbau der TX-Baureihe mit innenliegender Verkabelung sowie die Antriebstechnik – Konstruktionsmerkmale, die die Verfügbarkeit der Roboter und damit der Gesamtanlage verbessern.
Aber bei aller Schweizer Präzisionsarbeit hatte man bei Insys auch das Bedienen der Maschine im Blick. Robotikerfahrung ist dafür weitestgehend überflüssig: Die hinterlegten Programme sind durch Scannen des Barcodes des jeweiligen Produktionsauftrages abrufbar. Die Anlage kann Schrauben auch lediglich inspizieren, ohne sie zu gravieren. Selbst das Einlernen neuer Schraubentypen ist anwenderfreundlich geregelt. Über das leicht verständliche Insys HMI-Grafikinterface lassen sich neue Varianten schnell und einfach direkt an der Anlage konfigurieren.
Mit Roboter und Bildverarbeitung in der Anlage ist es Insys so gelungen, neue Standards in der Qualitätsprüfung medizintechnischer Schrauben zu setzen: Sie ist so flexibel, effizient und produktiv, wie es in modernen Systemen gefordert ist. op

Der Automatisierer
Die Insys Industriesysteme AG, Münsingen/Schweiz, zählt nach eigenen Angaben zu den führenden Anbietern von Automatisierungslösungen und arbeitet seit Anfang 2015 eng mit der Partnerfirma Transmoduls in Ungarn zusammen. Mitte 2015 haben beide Unternehmen eine gemeinsame Niederlassung in China gegründet. Die Schweizer entwickeln und realisieren hochwertige Systeme für die Automatisierung von Montage-, Bearbeitungs- und Prüfprozessen in verschiedensten Industriesegmenten. Ein Fokus der Eidgenossen liegt auf anspruchsvollen Komplettlösungen für die Medizin- und Pharmabranche.

Ihr Stichwort
  • Prüfen und Gravieren in einer Zelle
  • Breites Spektrum an unterschiedlichen Schrauben
  • Handhabung mit Roboter
  • Reinraumbedingungen erfüllt ohne spezielle Bauform des Roboters
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