Experts in Man & Machine
Erfolgsgeschichten 03.12.2020

Roboterzelle inspiziert und verpackt 36.000 Spritzen pro Stunde

End-of-line-Prüfung unter hygienischen Bedingungen

Zusammenfassung

Für einen Weltmarktführer der Pharmaindustrie hat der irische Systemintegrator Global Ward Automation Sligo eine kompakte und flexible Roboterzelle entwickelt. Die Zelle übernimmt die End-of-Line-Prüfung, Etikettierung und Palettierung von 36.000 Spritzen pro Stunde. Drei hygienegerechte Stäubli-Roboter sind für das Handling der Trays zuständig, in denen die Spritzen transportiert werden.

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 von Ward Automation in Sligo/ Irland. Das 1995 gegründete Unternehmen hat sich darauf spezialisiert, maßgeschneiderte Automatisierungslösungen für die Medizinprodukte- und Pharmaindustrie zu projektieren und zu fertigen. Zum Portfolio gehören Maschinen und Anlagen zum Produzieren, Abfüllen, Testen, Inspizieren und Verpacken von medizinischen Geräten und Pharmaprodukten. Bei jedem einzelnen, immer individuell geplanten Projekt arbeiten die Ward-Ingenieure eng mit ihren Kunden zusammen – von der Konzeptphase über die Konstruktion und Fertigung bis zur Inbetriebnahme und Validierung.

Aufgabe: Automatisierte End-of-Line-Prüfung von Spritzen

Die Kenndaten der Spezifikation: Die Spritzen erreichen die Inspektionsstation in Trays mit 100 Einheiten, und pro Minute muss der Inhalt von sechs Trays – also 600 Spritzen pro Minute – inspiziert, etikettiert und palettiert werden. Dabei gelten die Anforderung der Medizinproduktefertigung (21 CFR Part 11).

Zuvor wurde dieser Prozess manuell durchgeführt – jetzt wollte der Anwender bei der Inspektion von Spritzen, Etiketten und Siegeln den Arbeitsaufwand reduzieren und gleichzeitig die Qualität steigern. John Walshe, Business Development von Ward Automation: „Ganz wichtig war das 100%ige Ausschließen des Risikos von beschädigten oder fehlenden Spritzen und von fehlenden Anti-Manipulationssiegeln. Außerdem musste die Roboterzelle aus Gründen der Produktionssicherheit und Rückverfolgbarkeit in das SCADA-System des Unternehmens integriert werden. Und alle Prozessschritte müssen auf engstem Raum ausgeführt werden.“

Drei Roboter in einer Zelle

Auf der Basis dieser Vorgaben konstruierte Ward Automation 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.

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.

Inspektion inklusive – auch beim Etikettieren.

Trays, die als „100% i.O.“ erkannt wurden, 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 vor der Palettierung und dem Versand versiegelt. 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.

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 ein zweites Etikett angebracht. Anschließend hebt der Roboter das Tray an und stellt es auf einem Pufferband ab.

Une cellule compact : 3 robots coopèrent pour contrôler et palettiser des bacs contenant 100 seringues chacun. 36 000 seringues par heure sont traitées avec précision et sécurité.
Eine kompakte Zelle: Drei Roboter kooperieren bei der Inspektion und Palettierung von Trays mit je 100 Spritzen. 36.000 Spritzen pro Stunde werden verarbeitet - mit höchster Präzision und Sicherheit.

Flexibel inspizieren und palettieren

Im abschließenden Schritt stapelt ein größerer Roboter vom Typ Stäubli RX160L die fertigen Trays auf einer Palette. John Walshe: „Dieser Roboter bietet uns die erforderliche Reichweite und benötigt zugleich wenig Aufstellfläche.“ Auf jede Palette passen 200 Trays.

Ein Drei-Zonen-Sicherheitssystem mit virtuellen Zellen und einem 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.

Die von Anwender gewünschte Flexibilität wird unter anderem durch den modularen Aufbau der Roboterzelle und das hoch moderne Steuerungssystem gewährleistet. So kann die Zelle innerhalb kurzer Zeit mit neuen Parametern konfiguriert werden. Zu den bereits vorkonfigurierten Optionen gehört eine Zwei-Paletten-Option und der Entfall des Inspektionsprozess. Weitere Druckoptionen wie Laser- oder Tintenstrahldruck sind ebenfalls verfügbar.

So oder so ist die Zelle in der Lage, sowohl 3 als auch 4 Trays mit jeweils 100 oder 160 Spritzen pro Wanne zu verarbeiten – und das auf kompaktem Raum: Die Anlage findet auf einer Grundfläche von 3 x 3 Meter Platz und kann 600 Spritzen pro Minute verarbeiten.

John Walshe, Business Development von Ward Automa-tion Sligo: “Mit der vollautomatisierten Zelle kann unser Kunde eine 100%-Prüfung von Spritzen, Etiketten und Siegeln durchführen.”

Roboter für hygienegerechte Anwendungen

Ein entscheidender Auswahlfaktor für die Roboter ist aus Kundensicht das hygienische Design. Hier bieten Stäubli-Roboter den Vorteil, dass sie in einer „HE“-Version (Humid Environment) lieferbar sind. Das heißt: Sie können in Reinräumen installiert werden sowie 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 Reinigungsbedingen 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.

Der dritte Roboter verschließt die Trays mit einem Deckel und bringt zwei Etiketten auf.

Hohe Präzision – virtuelle Programmierung

Abgesehen von den hohen hygienischen Standards entschied sich Ward Automation auch deshalb für Stäubli-Roboter, weil sie die notwendige Reichweite, Traglast und – ganz wichtig – hohe Präzision bei hohen Geschwindigkeiten bieten. Schließlich muss jede einzelne Roboteraufgabe in weniger als zehn Sekunden erledigt werden.

Gesteuert wird die Anlage von den Stäubli-Steuerungen CS8C und CS9, bei der Programmierung kam die Programmiersprache VAL 3 zur Anwendung. Zunächst wurde das System offline mit Hilfe einer Emulator-Software programmiert, um Bewegungen zu simulieren und Reichweiten und Sollwerte zu überprüfen. Erst bei der Feinabstimmung der Programme kamen die „echten“ Roboter zum Einsatz. Das spart Zeit und beschleunigt die Inbetriebnahme.

Für dieses Projekt hatte Stäubli UK einen Demoroboter für Proof-of-Principle-Tests sowie für die Schulung der Ingenieure von Ward Automation und des Kunden bereitgestellt. Jetzt läuft die Anlage, und der Anwender ist sehr zufrieden. John Walshe: „Unser Kunde kann jetzt eine vollautomatisierte 100%-Kontrolle von Spritzen, Etiketten und Originalitätssiegeln durchführen und dabei einzelne fehlerhafte Spritzen sofort erkennen, austauschen und wieder in den Prozess eingliedern. Darüber hinaus kann er verschiedene Rezepte für Spritzengrößen, Wannengrößen und Anzahl der Spritzen auswählen. Das verschafft ihm – bei 100% Automation – zusätzliche Flexibilität“.

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