Roboten KR AGILUS i produktion av endoskop ger en tydlig bild av insidan

Hos KARL STORZ i Widnau i Schweiz har man sedan sommaren 2021 helt automatiserat sin produktion av okularkoppar till endoskop. Sedan dess avlastar en KR AGILUS teamet med ökad produktionstakt som följd. En schwabisk-schweizisk framgångshistoria.

”V?r tidigare svetsmaskin b?rjade bli gammal och fungerade tyv?rr inte tillf?rlitligt l?ngre.” S? h?r beskriver Sarah Mühleck, platschef hos KARL STORZ i Widnau/Schweiz, bakgrunden till beslutet att automatisera. Detta var i slutet av 2020. Hennes team b?rjade leta efter en effektiv och innovativ l?sning. KARL STORZ, som grundades 1945, levererar h?gkvalitativa endoskop, medicinska instrument och apparater av h?gsta kvalitet. Cirka 8?300 medarbetare v?rlden ?ver ansvarar f?r utveckling, produktion, f?rs?ljning och service av f?retagets 15?000 produkter. Huvudkontoret ligger i Tuttlingen i Württemberg och man har produktion ?ven i USA, Estland och Schweiz. I Widnau, inte l?ngt fr?n Bodensj?n, tillverkas optiska komponenter till endoskop, t.ex. okular, som m?jligg?r unders?kning av kroppens inre och d?rf?r m?ste vara extremt t?ta och kunna reng?ras.

Pick-and-Place: Roboten KR AGILUS har viktig roll i produktionen av endoskop i Widnau. Roboten lägger in rådelarna och tar ut färdiga arbetsstycken © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Fr?n monotont manuellt arbete till en lasersvetsanl?ggning

Det nya svetsningssystemet beh?vdes f?r en specifik process: att sammanfoga hylsor av rostfritt st?l med t?ckglas innefattade i en ring av rostfritt st?l. B?da ing?r i endoskopets s? kallade okularkopp. Denna ger kirurgen fri sikt in i ih?liga organ, t.ex. kroppsh?lor, under endoskopiska ingrepp. Tidigare skedde detta produktionssteg manuellt: De anst?llda placerade delarna – en hylsa plus en ring med t?ckglas som ska svetsas ovanp? – i maskinen och tog bort dem igen efter svetsningen. ”Vi minskar successivt antalet monotona, repetitiva och belastande arbetsuppgifter f?r v?ra anst?llda”, ber?ttar Sarah Mühleck.?

Att placera täckglaset på hylsan kräver fingerfärdighet. Detsamma gäller robotens Pick-and-Place-arbete. En uppgift som gjord för KR AGILUS © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Automation, steg ett: hitta ett svetssystem

Teamet i Widnau b?rjade leta efter en automationsl?sning. F?r sj?lva svetsprocessen hade man redan hittat ett system: KARL STORZ hade sedan flera m?nader testat 3D-lasersvetssystemet TruLaser Station 7000 fr?n TRUMPF i Ditzingen i Schwaben, ett system man var mycket n?jda med.?TRUMPF, som grundades 1923, tillverkar internationellt efterfr?gad laser- och systemteknik och nu ?ven med automatiserbara l?sningar. Ett av f?retagets huvudomr?den ?r laser och d? lasersk?rning, lasersvetsning och laserm?rkning.?

De anställda hos KARL STORZ i Widnau vande sig snabbt att arbeta med det nya 3D-lasersvetssystemet © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Steg tv?: Rekommendation fr?n n?romr?det

TRUMPF syssels?tter 15?000 personer och samarbetet med KARL STORZ har visat sig fungera i n?stan 30 ?r. N?r det automationen av TruLaser Station 7000 kunde TRUMPF-teamet rekommendera en integrat?r som praktiskt nog har sin verksamhet i n?rheten. F?retaget wbt automation i Gosheim syssels?tter idag 18 anst?llda. Joachim Burkert, VD f?r wbt, blev snabbt engagerad i projektet att delvis automatisera produktionen av okularkoppar. ”Namnet wbt st?r ju f?r ’Vi flyttar delar’ (Wir bewegen Teile), s? vi ville g?rna vara med”, ?terger han upprinnelsen till samarbetet. ”?ven om projektets kravspec var l?ng!"

Joachim Burkert, VD för wbt automation Hans företag använder helst KUKA-robotar © wbt

Steg tre: Best?mma lasersvetssystemets tekniska egenskaper

Joachim Burkert preciserar: ”V?r l?sning skulle ta emot ett stort antal arbetsstycken p? ett begr?nsat utrymme med en liten robot i en kompakt cell och sedan placera dem exakt i svetsenheten. Vi beh?vde ?ven best?mma exakt hur roboten skulle transportera delarna. M?let var ju att f? roboten att fatta tag i tv? arbetsstycken och sammanfoga dessa vid en och samma r?relse.” Enligt Burkert anv?nder wbt automation KUKA-robotar till cirka 98 procent av f?retagets automationsprojekt. ”Noggrannhetskravet kr?vde en exakt uppm?tt robot – inte en standardrobot fr?n hyllan. Vi valde en KR AGILUS?av typen KR10 R1100. KUKA skickade roboten en extra g?ng till ett tr?ningsl?ger innan den kom till oss.” Nu kan roboten bland annat kontrollera komponenternas l?ge med sina lasersensorer och har f?rutom ett fyrdubbelt gripdon ?ven en liten vakuumsugb?lg f?r exakt positionering av t?ckglasen.

Väloljat team: KR AGILUS som robot för komponenthantering i kombination med TruLaser Station 7000 från TRUMPF för 3D-lasersvetsning © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Steg fyra: s?ker sammanfogning

Robotcellen ?r dockad till TruLaser Station 7000 men kan tas bort och underh?llas p? ett flexibelt s?tt. Arbetsstyckesmagasinet har fyra l?dor med plats f?r upp till 960 arbetsstycken. Roboten KR AGILUS anv?nder magasinet med l?dor n?r f?rser lasersvetsanl?ggningen med komponenter – tv? hylsor med exakt positionerade t?ckglas l?ggs in f?re varje svetscykel. Roboten placerar sedan de f?rdigsvetsade okularkopparna i arbetsstyckesmagasinet. Joachim Burkert betonar hur enkelt det var att integrera KUKA-robotens rent tekniskt: ”Vi valde att anv?nda KUKA:s bepr?vad styrning och v?lk?nda man?verpanel tillsammans med komponenter fr?n v?rt f?retag. Roboten monterades p? en specialutvecklad cell, MRC flextray. Via Profibus uppr?ttade vi en s?ker anslutning till v?rt Siemens-styrsystem som nu kommunicerar perfekt med v?rt TRUMPF-system.”

Pick-and-Place med ett specialgripdon utvecklat av wbt automation. Gripdonet positionerar delarna på ett säkert sätt med en vakuumsugbälg © wbt

Steg fem: Att ?vertyga skeptiker

Wolfgang Karl, som har arbetat i fyrtio ?r hos KARL STORZ och ?r f?retagets laserspecialist, medger att han till en b?rjan var skeptisk. ”Jag hade naturligtvis fr?gor under utvecklingen. Hur griper roboten tag i delarna, hur s?kert ?r det? Vad h?nder om gripdonet p? grund av ett fel bara l?gger in en enstaka del, men ska transportera ut tv? delar? Och hur kan vi s?kerst?lla till 100?% att det inte uppst?r n?gra problem?” Som svar p? detta tog wbt automation fram ”en komplett simulering som vi k?rde med simuleringsprogramvaran KUKA.Sim i f?rv?g”, ber?ttar Joachim Burkert. Med hj?lp av denna digitala tvilling kunde integrat?ren ”visa hela produkten innan h?rdvaran fanns p? plats”, f?rklarar Burkert. ”D? f?rsvann min tveksamhet”, ber?ttar Wolfgang Karl.?

Wolfgang Karl är expert hos KARL STORZ inom laserprocesser © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Steg sex: Klara produktionsvardagen och leverera h?g kvalitet

N?r man hade hittat en passande laser – i det h?r fallet en fiberbaserad TruFiber 500 med 500 watt – startades den automatiserade produktionen. Slutligen var det bara medarbetarna som beh?vde ?vertygas. ?ven om medarbetarna inte l?ngre beh?vde betj?na en svetsmaskin skulle de nu f? nya arbetsuppgifter: fylla l?dor med delar, sk?ta roboten och kontrollera produktionskvaliteten. Sarah Mühleck sammanfattar: ”Ingen blev avskedad. Tack vare automationsl?sningen kunde vi ist?llet kompensera f?r planerade pensionsavg?ngar. Men det fanns medarbetare som inte trodde att de skulle klara av den nya tekniken.” F?retaget wbt utbildade d?rf?r KARL STORZ-anst?llda b?de i Tuttlingen och Widnau och os?kerheten f?rsvann.

Flexibel anläggning för 3D-lasersvetsning: Roboten kan när som helst snabbt kopplas bort från lasersystemet © Stefan Hobmaier, TRUMPF

”Svetsfogarna h?ller mycket h?g kvalitet”

Sarah Mühlecks helhetsbed?mning efter ett drygt halv?r: ”Alla medarbetare kan anv?nda roboten och stationen ?r s?rskilt omtyckt i v?rt roterande system.” Sex m?nader efter det f?rsta m?tet med alla projektdeltagare?driftsattes TruLaser Station 7000 och KR AGILUS-robotcellen i Widnau. Med m?tbar framg?ng: Att s?tta in och ta ut komponenterna – ett arbetsmoment som tar ca tio sekunder f?r hand – beh?ver roboten endast tv? sekunder. Men viktigast av allt, enligt Sarah Mühleck: ”Vi n?r v?ra kvalitetsm?l. Svetsfogarna h?ller mycket god kvalitet. Och systemet ?r tillf?rlitligt, inga delar faller ut.”

Sarah Mühleck under kvalitetskontrollen: Okularkoppen kan endast användas när täckglaset och hylsan är perfekt ihopsvetsade © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Facit: Automation med flaggskeppskarakt?r

Dr Axel Frey, produktchef hos TRUMPF, ?r ocks? imponerad av detta automationsprojekt. ”Att s?tta in och ta ut delar ur ett lasersvetssystem med h?gsta m?jliga process?kerhet – det kan en anst?lld f?rvisso g?ra, men inte s? h?r snabbt och inte lika exakt varje g?ng. Processen m?ste dock vara exakt, och det dygnet runt, och kvaliteten m?ste ligga p? en h?g och j?mn niv?.” Med TruLaser Station 7000 i Widnau uppn?r f?retaget detta. Inte bara det: ”Projektet har ?ven f?tt mycket positiv feedback fr?n medicintekniker fr?n USA som jag har presenterat det f?r. Den h?r automationsl?sningen ?r p? m?nga s?tt ett flaggskeppsprojekt.”

Pick – Place – svetsa! Lasersvetsanläggningen levererar högsta kvalitet för endoskopi © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Alla medarbetare kan använda KUKA-roboten och stationen är särskilt omtyckt i vårt roterande system.

Sarah Mühleck, platschef hos KARL STORZ i Widnau

?ppen f?r nya utmaningar

Att lasersvetssystemet och roboten snabbt kan separeras g?r l?sningen i h?gsta grad framtidss?ker, f?rklarar Joachim Burkert. ”Om KARL STORZ om fem ?r beh?ver anv?nda roboten till en annan uppgift kan medarbetarna koppla loss cellen p? mindre ?n en minut och anv?nda KR AGILUS till den nya uppgiften. Eller s? kan KR AGILUS dela tid mellan tv? lasersystem: P? dagen kan roboten arbeta med den f?rsta lasern och p? natten med den andra.” I dagsl?get vill dock ingen p? KARL STORZ i Widnau genomf?ra n?gra f?r?ndringar. Alla ?r n?jda med hur m?nniskor, maskiner och inte minst KUKA-roboten utf?r sina arbetsuppgifter. Eller som platschefen Sarah Mühleck sammanfattar det: ”Det h?r var ett riktigt bra samarbete. Man f?r lust att utveckla n?got lika bra igen.”