magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

Pro Series Automated Dispensing System

Az orvostechnikai eszközök kutatása, tervezése, fejlesztése és gyártása egzakt tudományos alapokon nyugszik. Következésképpen az orvostechnikai eszközök gyártásához felhasznált folyadékokat is a tudományos pontossággal meghatározott mennyiségekben kell kiadagolni[1] – különösen azért, mert az eszközök mérete csökkenő trendet mutat, a részei egyre közelebb kerülnek egymáshoz, és a szerkezetek egyre törékenyebbek és hajlamosak a szennyeződésre. Hogy e kihívásokra válaszolhassanak, az orvostechnikai eszközgyártók egyre nagyobb mértékben támaszkodnak a robotizált folyadékadagolási technológiákra.

  

A ragasztásos kötésekhez, tömítéshez, feltöltéshez, kenőanyag elhelyezéshez és lezáráshoz használt folyadékok elhelyezése az orvostechnikai eszközgyártásban a vékonytól a vastag régegek elhelyezéséig terjed. Ezek az anyagok lehetnek kétkomponensű, viszkozitás-változtatást igénylő vagy fényhatásra reagáló folyadékadagok. Ráadásul az adagolás lehet egyedi vagy batch-feldolgozású műveletsor, de akár tömeggyártást végző gyártósori művelet is. Legyen a folyadékadagolási művelet egy kutatási-fejlesztési műveletsor, prototípusgyártás, kis- vagy nagysorozatú tömeggyártás része, a folyadékokat automatizált adagolóberendezéssel, nagy pontossággal, megbízhatóan és ismételhetően kell adagolni, amely révén a gyártók anyagot, időt, munkaköltségeket és erőforrásokat takaríthatnak meg.

Érintéses és érintésmentes folyadékadagolás

Két általánosan használt módszer létezik a folyadékok adagolására: az érintéses és az érintésmentes adagolás. Az utóbbinál a folyadékokat általában folyadékpetty formájában juttatják a kívánt helyre. A gyártónak ezen megoldások közül a folyadék állaga, viszkozitása és az alkalmazás speciális követelményei alapján kell választania.

Míg az érintéses adagolással sokkal kisebb méretű adagok helyezhetők el, mint az érintésmentes adagolással, ugyanakkor az adagoló tűt elég közel kell vinni az elhelyezés felületéhez annak érdekében, hogy a folyadékcsepp egyszerre érinkezhessen az adagoló tűvel és az elhelyezési felülettel, amint az az 1. ábrán látható. Automatizált folyadékadagolási környezetben ez a módszer időigényesebb az érintésmentes folyadékelhelyezésnél, mivel az adagoló tűt közelíteni kell az elhelyezési felülethez, és távolítani kell attól, mielőtt a következő elhelyezési ponthoz juttatnánk.

 

Figure 1 webre

1. ábra Az érintéses folyadékadagolással az érintésmentes módszereknél kisebb adagolási méreteket érhetünk el, de ehhez az adagolótűt elég közel kell helyezni az alkatrész felületéhez úgy, hogy folyadékcsepp egyszerre érintkezzen az adagolócsúccsal és az alkatrész felületével

 

Ezzel szemben az érintésmentes elhelyezés felgyorsítja a gyártási folyamatot, mivel a jet adagoláshoz nincs szükség a felület megközelítésére az adagolótűvel, illetve az adagolási művelet befejeztével annak visszamozgatására a z-tengely (az elhelyezési felületre merőleges térkoordináta) mentén. Ezért a folyadéksugarat előállító (rendszerint piezoelektromos elven működő) szelep ciklikus nyitása-zárása gyorsabban végezhető, mint ahogy az adagolócsúcs mozgatása történhet, és ez jelentős ciklusidő-megtakarítással jár az automatizált folyamatban. A 2. ábrán egy példa látható arra, hogyan helyezi ki a folyadékot egy érintésmentes jet szelep.

 

Figure 2 webre

2. ábra Az érintésmentes adagolásnál a – rendszerint piezoelektromos – adagolószelep működési ciklusa sokkal gyorsabb, ezért időegység alatt magasabb ciklusszám valósítható meg, mint ami az érintéses adagolással lehetséges. Ezzel jelentős gyártási ciklusidő takarítható meg.

 

Az automatizált, érintésmentes folyadékadagoló rendszerekben némelyik szelep még olyan kicsiny folyadékadagok kijuttatására is alkalmas, amelynek a térfogata 0,6 nl, és átmérője 300 µm. Képesek kezelni – akár 500 Hz-es adagolási frekvenciával is – a vízhez hasonló viszkozitású folyadékokat az 1…5 cPs[2] viszkozitástartományban, de az egészen sűrű[3] pasztákat is, amelyek viszkozitása akár 1 000 000 cPs is lehet. A precíziós, automatizált folyadékadagolók igen pontos rendszerek, amelyek képesek a folyadékot a kívánt helyre juttatni, beleértve a nehezen elérhető helyeket és akár bizonyos alkatrészek élét is.

Automatizált adagolás: hardver és szoftver

A folyadékok kézi adagolásánál elérhető pontosság nagymértékben függ a kezelő gyakorlottságától és képességeitől. Ezzel szemben az automatizált adagolórendszereket programozni lehet a folyadék pontszerű, illetve egyenes és körvonal menti, íves és ívekből összetett nyomvonalakon történő elhelyezésére is – mindezt nagy pontossággal és ismételhetőséggel. Az ilyen rendszereket rendszerint úgy tervezik, hogy több adagolási és elhelyezési programot tárolhassanak, amelyeket igény szerint lehet előhívni és végrehajtani. Minél korszerűbb egy rendszer, annál pontosabban képes adagolni a folyadékot, és annál összetettebb elhelyezési minták szerint tudja a kiadagolást elvégezni.

Egy ilyen eszköz lehetővé teszi, hogy a felhasználó az adagolófejet a kívánt pozícióba vezérelje, és programban rögzítse annak koordinátáit. Egy másik, még összetettebb lehetőség egy gépi látórendszerrel vezérelt, automatizált adagolórendszer, amely lehetővé teszi, hogy a robot felnagyítva mutassa az alkatrészt annak érdekében, hogy pontosabban lehessen az adagolófejet pozícionálni, miközben egy előzetes képet mutat a folyadék kihelyezési útvonaláról. Amint az a 3. ábrán is látható, ez a funkcionalitás lehetővé teszi, hogy az operátor nagyított képet láthasson az alkatrészről. A gépi látórendszer segítségével sok „találgatásos” műveletet ki lehet iktatni a folyamatból, amely által jelentősen csökkenthető a bonyolult adagolási és elhelyezési feladatok programozási időszükséglete.

 

Figure 3 webre

3. ábra Egy gépi látórendszerrel vezérelt, automatikus adagolórendszer lehetővé teszi, hogy a robot nagyított kép alapján tudja pontosabban pozícionálni az adagolófejet, és képernyőn adjon előzetes képet az adagolási útvonalról.

 

A gépi látással kombinált automatizált adagolórendszerek gyakran arra is alkalmasak, hogy a programjaikat a munkadarabot rögzítő befogókészülék munkadarabról munkadarabra különböző pozícionálási bizonytalanságához igazítsák. Ezekben a gépi látórendszer gyakran beágyazott szoftverrel rendelkeznek abból a célból, hogy a programot illeszteni tudja az alkatrész referenciapontjaihoz, amely lehetővé teszi, hogy a rendszer el tudjon mozogni az adagolási pontokhoz, valamint azt, hogy alkalmazkodni tudjon az egyes munkadarabok elhelyezésének különbségeihez. Sok esetben ezek a rendszerek annak az optikai visszaellenőrzésére is lehetőséget adnak, hogy a munkadarab jelen van, amellyel elkerülhető, hogy hiányzó munkadarab esetén folyadékadagolás történjen. Az ennél fejlettebb gépi látással vezérelt, automatikus folyadékadagoló rendszerekben magasabb szintű alakfelismerést, bonyolultabb programozási lehetőségeket, a zárt hurkú mozgásvezérléshez szükséges pozíciókódolókat is találunk, amelyek precíz, pontos és ismételhető eredményt adnak még bonyolultabb alkalmazásokban is.

Az alkatrész elhelyezési bizonytalansága, a szabálytalan felszín, a vastagságkülönbségek és alaktorzulások miatt az adagolótű és a munkadarab érintkezése majdnem biztosan megtörténik, hacsak az adagolórendszer nem képes az ilyen hibák kompenzálására. A gyártott orvostechnikai eszközök bonyolultságától függően az érintéses adagolás a sérülékeny felszín károsodását is okozhatja. Hogy ezeket a bizonytalanságokat kezelni lehessen, néhány automatikus adagolórendszer érintésmentes lézeres magasságérzékeléssel is fel van szerelve, amint az a 4. ábrán is látható.

 

Pro Series Automated Dispensing System

4. ábra Némelyik automatikus adagolórendszer érintésmentes lézeres magasságérzékelővel van ellátva annak érdekében, hogy az alkatrész pozícionálásából, a felület szabálytalanságából, a vastagságkülönbségekből és az alaktorzulásokból adódó méretbizonytalanságokat kezelni tudja.

 

A folyadékelhelyezés alakja és elhelyezési pontossága gyakran az adagolótű pozícionálási bizonytalanságától és az alkatrészhez viszonyított magasságától függ. A lézeres magasságérzékelési funkció lehetővé teszi, hogy az operátor megfelelően helyezze el és pontosan pozícionálja a munkadarabot, így a folyadékelhelyezés méretét egy folytonos elhelyezési mintázat teljes hosszán fenn lehet tartani. A lézeres magasságérzékelési képesség azt is garantálja, hogy az adagolócsúcs ne érjen hozzá a munkadarab hordozófelületéhez. Ez csökkenti a szennyeződés veszélyét és megelőzi a kényes munkadarab károsodását.

Egy automatikus adagolórendszer leginkább megkülönböztető tulajdonságait a szoftver hordozza, mivel ez vezérli a rendszert, lehetővé teszi annak integrációját a magasabb szintű gyártórendszerbe, kezeli a felhasználói interfészt, és ezen keresztül meghatározza, mennyire könnyű vagy bonyolult a rendszer kezelése. A jelenkor szoftverei intuitív és könnyen használható módon adnak a kezelőnek – minden korábbi rendszerhez képest – több lehetőséget a folyamat vezérlésére, fejlettebb programozási lehetőségeket és zárt hurkú folyamatfelügyeleti rendszereket valamint azonnali visszacsatolási képességeket. Például egy zárt hurkú rendszer azt is lehetővé teszi, hogy az adagolóegységet ott pozícionáljuk, ahol szükséges. Miután ezeket a rendszerbe programoztuk, az adagolási paraméterek lehetővé teszik, hogy a pozíció finombeállítása az egész adagolási folyamat során, folyamatosan megtörténjen.

A megfelelő robotot a megfelelő feladatra

Az automatikus adagolórendszerek többféle konfigurációban és platform-méretben érhetők el, beleértve az önmagában álló, asztali és integrált típusokat is annak érdekében, hogy jól illeszkedjenek a gyártósor egy gyártócellájába. A méret és a konfiguráció az alkatrész méretének, a kívánt átbocsátóképességnek és a gyártóberendezés elrendezésének a függvénye.

Amikor a gyártók arról döntenek, hogy szabadon álló vagy asztali folyadékadagoló berendezést szerezzenek-e be, a skálázhatóság követelményére is tekintettel kell lenniük. Mivel néhány berendezés több adagolófejjel is felszerelhető, egy kicsivel nagyobb platform beszerzésével akár meg is kétszerezhetik az átbocsátó képességet. A gyártóknak tisztában kell lenniük az alkalmazási követelményekkel annak érdekében, hogy a legmegfelelőbb rendszert választhassák, különösképpen az orvostechnikai eszközgyártó iparban, amelyre az jellemző, hogy sokféle speciális folyadék adagolására lehet szükség.

Mivel az orvostechnikai eszközök méretei csökkenő tendenciát mutatnak, a gyártók egyre inkább érdekeltek a robottechnika alkalmazásában a gyártás feldolgozási lépéseinek széles körében, a folyadékok adagolását is beleértve. Az automatikus folyadékadagolók a manuális megoldásoknál rövidebb gyártási ciklusidőket, nagyobb termelékenységet és jobb minőséget tesznek lehetővé, amely nagyobb profitot eredményez. Annak érdekében, hogy a legtöbbet hozhassák ki egy automatikus rendszerből, a gyártóknak fel kell mérni a folyamataikat, a folyadékadagolási követelményeket, a kihívásokat, az erőforrásokat, és a közeljövőben elérni kívánt céljaikat, mielőtt megkísérelnének automatizált lépéseket beiktatni a termelési folyamataikba.

 

Szerző: Claude Bergeron - Nordson EFD

Nordson EFD

Bővebb információ: www.nordson.com/hu-hu/divisions/efd

Technikai támogatás:

Kosaras Péter +36 70 63 20 300

peter.kosaras@nordsonefd.com

Értékesítés:

Bara Marianna +36 70 4222 687

marianna.bara@nordsonefd.com

Még több Nordson EFD


 

[1] Az „adagolás” kifejezést a cikkben nem csupán az előírt folyadékmennyiség kimérésének értelmében használjuk, hanem beleértjük a kimért, kis méretű folyadékadagnak a kívánt geometria szerinti elhelyezését is – A ford. megj.

[2] A Ps (poise) a viszkoitás SI mértékegysége (1 Ps = 1 Pascal×secundum). Gyakran haszbálják ennek századrészét (1 Ps = 100 cPs) – A szerk. megj.

[3] A „sűrű” kifejezés ezen a helyen a viszkózus, „lassan folyó” anyagokra a köznyelvben gyakran használt fogalmat jelöli, amelyet meg kell különböztetni a „sűrűség” szabatos fizikai jelentésétől, amely az egységnyi térfogatú anyag tömegének hivatalosan elfogadott megnevezése – A szerk. megj.