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产量、速度和效率机器人在医疗器械制造中的应用

来源:医疗设备商情 发布时间:2020-12-14 813
医疗与医药医疗设备合约制造服务医疗电子组件制造设备材料包装及消毒其他测试、计量、检验和校准设备及用品研发与设计服务电子芯片电子芯片设计/电子设计自动化(EDA)设计/电子设计自动化(IP类软件) 技术前沿
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最近,当我踏入我们的不锈钢管加工车间时,忽然意识到它看起来与十年前截然不同。

最近,当我踏入我们的不锈钢管加工车间时,忽然意识到它看起来与十年前截然不同。在过去,整个车间挤满了员工,他们要操作机器、检查零部件、更改设置。那时,公司刚开始使用自动化作业系统。而现在,当我再次走进这里时,只有坐在角落的一位安装技术人员向我打招呼。我和他开玩笑地说:“您有什么工作要做吗?”他回答说:“看看四周,您看到所有的绿灯了吗?如果它们是绿色的,那就说明我干得不错。”除了我们两个,房间里没有其他人,但是所有机器都在正常运行。这一刻,我意识到,我们几乎所有的加工设备都已经在某种程度上实现了自动化。


专为自动化而设计


当回顾我们的生产线是如何成功实现机器人自动化时,一项重要举措就是在完全集成机器人之前,以半自动化状态来开发自动化过程和工具。这些初始单元从一开始就是为将来的自动化而设计,但其构建方式使人们最初可以安全地以手动状态完成工作。一旦证明了它们的稳定性,便能将预制的机器人工作单元与机器连接起来。


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自动化单元的机械臂可在移印过程中移动管子。


MICRO已多次使用此技术,并取得了巨大的成功。最近,我们将机器人自动化有效地集成到多级管材成型和模锻过程中。其中包括六轴机器人、自动皮带输送式零件架装载机和成品托运系统,所有这些都在两周时间内就集成到我们的生产车间中。


医用尖锐物的研磨和加工是另一个非常适合机器人自动化的领域。这些组件通常是非常精巧的,并且是大批量生产,很适合用机器人单元处理。尤其是,机器人技术可以解决两个主要问题:保护操作员免受伤害;保护锋利的尖锐部分不被损坏。其次,产量要求以及严格的质量和清洁标准是推动自动化应用的重要动力。几个磨削单元已集成了六轴机器人技术,在这里,锐利的条状部件被装入各种夹具中进行锐化和去毛刺。放置这些组件所需的精度以及与操作相关的严格公差是人力无法实现的。


SCARA机器人


视觉检测和尖锐组件的包装也是机器人技术发挥重要作用的领域。我们不仅使用了几款经过洁净室认证的高度精确的六轴机器人,而且现在正在集成紧凑的、成本更低、速度更快的SCARA(水平多关节机械手臂)机器人。这些在许多应用中开始取代传统的线性致动器。它们的尺寸和高的加速度使其成为某些针头包装、检测和切割分离机器的完美补充。


甚至在某些应用中,一个SCARA机器人会将一组组件移交给另一个机器人,这样每个组件可以在工作单元的不同区域继续执行并行的任务。我们已经在包装应用中体会到了这些优势。与传统的六轴机械臂相比,SCARA机器人的有效负载能力往往较低,但这在处理针头和尖锐物时几乎没有影响。它们的机械刚度和设计的简单性使我们能够将部件以极高的速度和精度包装到各种形状和尺寸的真空成型塑料托盘中。对于我们的客户及其供应商而言,保持一致性的包装对于下游自动化流程至关重要。这是经过多年的共同努力而发展起来的一项能力,目的是生产出效率最高、包装密度最高的包装,同时仍能满足我们和合作伙伴的自动化需求。


我们利用机器人技术在一个集成单元中处理各种操作的另一个领域是移印工艺。在此单元中,需要印刷的管子是非常精密的组件,很容易刮花,并且生产线需要高的生产率,这使其成为机器人自动化的理想选择。该单元使用六轴机器人和一系列执行器来取下管子,再使用集成的IR视觉软件验证方向,然后将该组件放到印刷机中。


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机械手将原料毛坯拾取和放置到 DT-1 加工中心。


这样做的好处是周期时间和准确性。该系统可以以毫秒为单位计算随机装载的组件的径向取向,并将其转换为动态码,该动态码将提供精确的坐标,从而能将管子准确装载到间隙为0.002英寸的定位销上。不会刮擦管子表面,也不会印刷错误。然后再将管子卸下,并使用OCR技术(光学字符识别)用附加的视觉传感器进行检查,以验证文本的可读性。在生产阶段的最后,还要检查管子的笔直度,并将其放置在出口输送机上进行包装。


其他应用


这些年来,用于医疗设备的不锈钢支撑管一直在不断发展,其设计越来越复杂。这促使MICRO与合作伙伴一起设计了一种灵活的四轴激光切割机,能够处理各种长度、直径和厚度的管子。


该系统利用一系列视觉摄像头根据预先设定的形状对管子进行定向,并在每个组件上定位CNC激光切割程序的起点。我们已经看到了许多类似的应用,并且随着组件数量的增长,对自动化解决方案的需求也在增加。


最初的解决方案将一个机器人系统专用于为两台机器提供服务。这是通过六轴机器人实现的,该机器人通过机器的旋转执行器复制操作员手部的精确动作来移除成品零件,并以相同的动作将毛坯管插入其中。这两个单元合而为一,在整合后,每台机器可以实现连续四个小时的无人值守运行,而且中间无需停止。当然,这不仅提高了我们的效率,而且减少了外观缺陷,并减少了整个过程中的检查频率。


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在两个 CNC 加工中心之间的 RoboFLex 可同时为这两个单元提供服务。


在最初的解决方案成功后,我们决定以此为基础,将另一台机器与更具动态性的方法集成在一起,以提高组件的灵活性。该解决方案可以处理不同的组件组合,包括直径和长度的不同组合。这里的挑战在于需要验证手动装载到机器上的组件是否符合预期的切割程序。我们利用机器人的灵活性,并在其切割区域之外集成简单的视觉传感器,这样机器人可以将组件放置到面前来检查,就像一个人用眼睛进行检查一样。我们还将传感器集成到夹具中,以验证直径并根据手指的闭合距离来确认管子是否正确。通过这些解决方案,我们能够在复杂的产品组合生产中使用自动化解决方案。这使我们获得了人工减少的益处,同时又不牺牲任何效率。


我们目前正在开发新的计划,以利用集成了机器人技术的最新3D扫描技术。对于任何自动化系统而言,从容器中对随机定向的组件进行3D动态拣选是一个非常困难的问题。传统上是通过使用进料器料盒以定向组件来解决的,但是该过程需要组件满足严格的标准才能正常工作。容器拣选正好相反。唯一的标准就是组件可见,并且机器人可以计算路径,从而以尽可能最有效的方式来取回它。


这里具有极大的潜力,可以进一步增加自动化单元的收益,因为它不需要任何形式的操作员来放置或取回零件进行处理。可以使用便宜且简单的大手提袋在工作单元之间轻松运输组件。益处显而易见,并且它能很快集成到车间中,以处理各种形状和不同尺寸的不锈钢管产品,所有这些工序都在一个灵活的工作单元内完成,而无需进行换机。




作者:StevenJacobsen


MICRO公司工艺开发工程经理


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