Qualitätssicherung Prüfen, Sortieren und Verpacken – Qualitätssicherung aus Roboterhand

Medizinprodukte müssen ein gleichbleibendes Qualitätsniveau erfüllen. Hierfür werden die Produkte ständig geprüft. Ein Hersteller von medizinischen Kathetern hat den Inspektionsprozess nun von manueller Prüfung auf eine automatisierte robotergestützte Qualitätsprüfung umgestellt.

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Walter Potthoff GmbH

CAQ AG Factory Systems

COSMO CONSULT Gruppe

Stäubli Tec-Systems GmbH Robotics

Im Gesundheitswesen kommen zunehmend Einwegprodukte aus Kunststoff zum Einsatz. Diese werden in hohen Stückzahlen unter Einhaltung strenger Hygienestandards gefertigt. So auch Spritzen, Ampullen und Katheter. Die MGS Manufacturing Gruppe fertigt sowohl Spritzgießwerkzeuge als auch – im Kundenauftrag – Spritzgussprodukte, und das weltweit. Darüber hinaus übernimmt MGS als „Single Sourcing“-Zulieferer auch produktionsbegleitende Dienstleistungen. Das Unternehmen verfügt weltweit über mehrere Produktionsstätten für die Kunden aus der Medizintechnik, darunter eine Reinraum-Spritzgussfertigung in Irland. Ein europäischer Hersteller von medizinischen Einwegprodukten kooperiert bei der Produktion von Kathetern mit MGS und lässt diese im Reinraum in Irland produzieren.

Um das geforderte Qualitätsniveau sicherzustellen und die Verbreitung fehlerhafter Produkte auszuschließen, müssen alle Katheter vor dem Versand einer visuellen Prüfung unterzogen werden. Ursprünglich wurden die Katheter manuell geprüft und sortiert – eine Aufgabe, mit der sich mehr als 30 hoch konzentrierte Mitarbeiter beschäftigten.

Diese aufwändige persönliche Sichtkontrolle war nicht einfach zu realisieren, wie Shawn Krenke, Vice President der Equipment Division bei MGS, erklärt: „Egal, wo sich der Standort der Produktionsstätte befindet, es ist sehr schwierig, eine solche Anzahl engagierter Mitarbeiter für diese Aufgabe zu finden. Außerdem kann deren Konzentration im Laufe der Schicht nachlassen, und sie können unterschiedliche Kriterien bei der Kontrolle anlegen. All das beeinträchtigt die Ergebnisse der Qualitätskontrolle, die ja reproduzierbar sein müssen.“

MGS entschied, dass die Aufgabe ohne Automatisierung nicht zuverlässig auszuführen sei. Aus diesem Grund entwickelte das Unternehmen in Eigenregie zwei automatisierte Inspektions- und Sortierzellen für das irische Werk, die inzwischen ihren Betrieb aufgenommen haben.

Vier Bildverarbeitungssysteme detektieren Defekte

Die frisch produzierten Katheter werden in einem Trichter an der Eingangsseite der Zelle abgelegt. Von dort gelangen sie auf einen Vibrationsförderer, wo sie zunächst orientiert und dann vereinzelt werden. Dabei werden jeweils acht Katheter bereitgestellt und von einer Transfereinheit abgeholt.

Das Handling führt die Katheter an allen vier Bildverarbeitungssystemen vorbei. Die Kameras detektieren allseitig Defekte wie Lunker, Einfallstellen und Einschlüsse von Fremdpartikeln. Außerdem werden die Katheter auch auf die Bündigkeit der Verbindung beider Kunststoffarten geprüft.

Achtfachgreifer handhabt bis zu 50 Katheter pro Minute

Nach Abschluss der Inspektion entnimmt ein hochdynamischer Stäubli TX2-60L die acht Katheter vom Transfersystem. Da das System Prüfberichte zu jedem Teil liefert, weiß der Roboter, welche Katheter den Test bestanden haben. Katheter, die als „n.i.O.“ erkannt wurden, legt der Sechsachser in einem Behälter ab. Sie werden anschließend entsorgt. Die Katheter, die die Qualitätssicherung erfolgreich durchlaufen haben, sortiert der TX2-60L lagenweise in die wiederverwendbaren Endverpackungen.

Der Roboter ist mit einem Achtfachgreifer ausgerüstet, der jeden Katheter einzeln aufnehmen und handhaben kann. Die Steuerung der acht Greifer erfolgt über einen pneumatischen Verteiler, der direkt am Arm des Roboters montiert ist. Jede der beiden Zellen kann pro Minute mehr als 50 Katheter prüfen, sortieren und verpacken.

Bei der Konstruktion der Zelle haben die MGS-Ingenieure großen Wert auf Flexibilität gelegt. Craig Nisleit, Elektro-Entwickler bei MGS: „Für den Produktwechsel zwischen den einzelnen Katheter-Varianten ist kein Werkzeugwechsel erforderlich. Darüber hinaus haben wir das System so konzipiert, dass Nebenzeiten weitestgehend reduziert werden bzw. hauptzeitparallel stattfinden. Alle Prozess- und Programmänderungen werden elektronisch veranlasst, wenn der Anwender über die HMI der Maschine ein neues Programm auswählt.“

Einheitliche Programmierplattform für Roboter und Zelle

Die Roboter in den beiden Zellen sind in eine Steuerungsplattform von Rockwell Automation und ein Ethernet/IP-Netzwerk integriert. Dabei kommt eine Allen-Bradley-Compact-Logix 5380-Steuerung zum Einsatz. Die Software-Integration auf einer einheitlichen Programmierplattform spart Zeit und Geld und vereinfacht sowohl den Konstruktionsprozess als auch die Bedienung der Anlage.

Die Voraussetzung für die Integration des Roboters in die Steuerungsplattform der gesamten Zelle wird durch Stäublis Robotersteuerungslösung Unival plc geschaffen. Sie ermöglicht es der Compact-Logix-Steuerung, den Roboter mit vereinfachten Funktionsblöcken über einen Feldbus zu steuern.

Die Steuerung Unival war ein Wichtiger, wenn auch nicht der einzige Grund, aus dem sich MGS für Stäubli-Roboter entschieden hat. Ein weiterer Grund war das geschlossene Gehäuse der TX2-Serie, das eine den Hygienestandards entsprechende Zellenkonstruktion ermöglicht: Schon in der Basisversion erfüllen die Roboter die Spezifikationen der ISO-Reinraumklasse 5. Für höhere Anforderungen sind die Stäubli TX2 in speziellen Reinraumversionen erhältlich.

Auch die kompakten Abmessungen im Verhältnis zur maximalen Tragfähigkeit von 5 kg und der maximalen Reichweite von 920 mm sprechen aus Sicht von MGS für den Einsatz der TX2-60L, ebenso die Wiederholgenauigkeit von ± 0,03 mm.

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