KR AGILUS 參與內窺鏡生產，幫助人看清內部情況

2021 年夏，位于瑞士維德瑙的 KARL STORZ 公司開始自動化生產內窺鏡目鏡罩。從那時起，一臺 KR AGILUS 機器人減輕了團隊負擔——并加快了生產速度。這是來自德國施瓦本地區和瑞士的兩家公司成功合作的印證。

“我們的焊機已經用了很多個年頭，工作起來不那么可靠了。”KARL STORZ 公司位于瑞士維德瑙的生產基地負責人 Sarah Mühleck 這樣介紹他們開展自動化的緣由。當時是 2020 年底，她的團隊正在尋找一項高效創新的解決方案。KARL STORZ 公司成立于 1945 年，專業生產高級內窺鏡、高質量的醫療儀器和設備。它在全球擁有 8300 名員工，負責 15000 項產品的研發、生產、銷售和售后服務。公司總部位于符騰堡圖特林根，另外還在美國、愛沙尼亞和瑞士開展生產。離博登湖不遠的維德瑙工廠負責生產內窺鏡光學部件，如目鏡，它可以看清人體內部，因此必須確保其密封并可清潔。

拾取和放置：一臺 KR AGILUS 是維德瑙內窺鏡生產的一部分。它負責放入坯件，并取出完成的工件 © Stefan Hobmaier，TRUMPF

從單調的手工勞動到激光焊接設備

新的焊接系統需要完成的具體流程包括將不銹鋼套筒與鑲在不銹鋼環內的蓋板玻璃相連。這兩者都是所謂的內窺鏡目鏡罩的組成部分。內窺鏡幫助外科醫生在進行內窺鏡手術時看清中空器官或體腔。以前，在生產中少不了手工勞動。員工將工件放入機器內，然后在焊接過程結束后將其重新取出——每次都是一個套筒和一個要焊接在上面的鑲有蓋板玻璃的環。“類似這種單調、重復、繁重的任務，我們已經逐步不讓員工去做了。”Sarah Mühleck 介紹說。?

將蓋板玻璃放在套筒上需要的動作十分精巧，由機器人進行拾取和放置也是如此。這項任務非常適合分配給 KR AGILUS © Stefan Hobmaier，TRUMPF

自動化第一步：找到焊接系統

維德瑙團隊目標明確，要尋找一種自動化解決方案。說到實際的焊接過程，他們青睞的系統就已脫穎而出：數月以來，KARL STORZ 公司已經在測試來自施瓦本地區迪琴根的 TRUMPF 公司推出的 3D 焊接系統 TruLaser Station 7000，并對其十分滿意。TRUMPF 公司創辦于 1923 年，是一家在激光和系統技術方面成績斐然的跨國企業，目前還將業務成功拓展到了自動化解決方案領域。其業務重點在于激光切割、激光焊接和激光打標。?

KARL STORZ 公司維德瑙團隊很快就習慣了使用全新 3D 激光焊接系統開展作業 © Stefan Hobmaier，TRUMPF

第二步：推薦附近的企業

TRUMPF 公司擁有 15000 名員工，它與 KARL STORZ 公司開展的合作已經持續將近 30 年。雙方說到要實現 TruLaser Station 7000 的自動化，這時 TRUMPF 團隊推薦了一家集成商——巧的是也是位于附近的企業。wbt automation 公司位于戈斯海姆，當時擁有 18 名員工。wbt 公司總經理 Joachim Burkert 很快就對將目鏡罩生產部分自動化的想法十分感興趣。“wbt 這個名字本身就代表‘我們讓零件動起來’，所以我們很高興參與進來。”他回憶道，“雖然他們提出的要求很高。”

wbt automation 公司總經理 Joachim Burkert。他的企業優先采用 KUKA 機器人 © wbt

第三步：弄清激光焊接設備的技術細節

Joachim Burkert 詳細介紹說：“我們必須用一臺裝在緊湊單元中的小型機器人，在極其狹窄的空間內容納非常多的工件，然后將其準確定位并放置在焊機內。此外，我們還要相互協商確定機器人如何準確運輸零件，因為我們的每個動作都要抓取并接合兩個工件。”據 Burkert 介紹，wbt automation 在 98% 的自動化項目中都用到了 KUKA 機器人。“為此所需的高精度要求采用一臺能夠精確測量的機器人，而不是成品的大路貨。我們選擇了一臺型號為 KR10 R1100 的 KR AGILUS 機器人。在給我們發貨之前，KUKA 還專門對它再次進行了集中訓練。”現在，這臺機器人主要能夠利用其激光傳感系統檢查工件的位置，并除了四指抓爪外，還使用一根細的真空吸管來精確定位每一片蓋板玻璃。

天衣無縫的團隊：KR AGILUS 作為搬運機器人，TRUMPF 公司的 TruLaser Station 7000 則負責 3D 激光焊接 © Stefan Hobmaier，TRUMPF

第四步：天作之合

機器人單元對接在 TruLaser Station 7000 上，但可以靈活地拆卸下來進行保養。單元的工件倉包含四個抽屜，總共可以容納最多 960 個工件。KR AGILUS 拾取這些工件，將其運輸至激光焊接設備中——每個焊接過程分別加工兩個套筒和準確放在上面的蓋板玻璃。焊接完畢的目鏡罩被同樣重新放置在工件倉內。據 Joachim Burkert 介紹，這臺 KUKA 機器人具備了非常合適的技術前提條件：“我們將久經考驗的 KUKA 控制系統和熟悉的操作面板與我們公司的組件結合在一起。機器人安裝在專門為其研發的 MRC flextray 單元上。我們經由 Profibus 與西門子控制系統建立了安全連接，從而能夠順利與 TRUMPF 系統進行通信。”

用 wbt automation 公司設計的專用抓爪進行拾取和放置。它使用一根真空吸管確保定位坯件 © wbt

第五步：贏得質疑者的信任

Wolfgang Karl 已在 KARL STORZ 公司工作四十年，是公司的激光專家。他承認自己剛開始曾持懷疑態度。“我當然對研發有疑問。機器人如何抓取零件？可靠性有多高？如果因為發生故障，抓爪一次只放入一個零件，但要向外運輸兩個零件，該怎么辦？我們怎樣百分百保證不會有問題？”Joachim Burkert 介紹說，wbt automation 給出的答案是“運用 KUKA.Sim 模擬軟件事先進行完整的模擬”。Burkert 說，該集成商借助數字孿生技術，能夠“在硬件完成之前就展示出整個產品”。“這完全掃除了我的疑慮。”Wolfgang Karl 強調。?

Wolfgang Karl 是 KARL STORZ 公司負責全部激光工藝的專家 © Stefan Hobmaier，TRUMPF

第六步：經受日常生產考驗，輸出高品質

結合合適的激光器——這里是一臺功率 500 瓦的光纖輔助型 TruFiber 500——開啟了自動化生產的序幕。最后只剩下讓員工放心。他們現在盡管不再需要給焊機裝卸料，但主要是負責裝填抽屜、操作機器人，以及進行質量檢查。Sarah Mühleck 介紹說：“我們沒有辭退任何人，反而是通過自動化抵消了一名員工退休而減少的人力。不過有些員工懷疑自己能否勝任這項新的技術。”wbt 公司對 KARL STORZ 公司員工開展了培訓，包括圖特林根和維德瑙生產基地，最終打消了他們的顧慮。

靈活的 3D 激光焊接設備：機器人隨時可與激光系統脫開 © Stefan Hobmaier，TRUMPF

“焊縫優異”

過了半年多，Sarah Mühleck 總結道：“我們的每位員工都能操作這臺機器人，在我們的整個輪轉的系統中，這個工作站最受歡迎。”該項目的所有參與方首次會面六個月后，配備 KR AGILUS 機器人單元的 TruLaser Station 7000 在維德瑙工廠投入使用。它取得的成效可以清楚量化：裝卸料工作在手工勞動時平均需要十秒，機器人只需要兩秒。不過據 Sarah Mühleck 稱，最重要的是：“質量有保證，焊縫極其優異。而且系統十分可靠，不會有東西掉出來。”

Sarah Mühleck 正在進行質量檢查：只有將蓋板玻璃和套筒完美焊接在一起，做好的目鏡罩才能使用 © Stefan Hobmaier，TRUMPF

結論：此次自動化具有燈塔效應

TRUMPF 公司產品經理 Axel Frey 博士同樣對該自動化項目大為贊賞。“將零件放入激光焊接系統內再從中取出，而且具有相當高的流程可靠性——這樣的任務真人員工盡管可以做到，但一是達不到這樣高的速度，二是沒法保證百分百恒定。但是這個流程要求全天候保持恒定，并且質量始終很高。”維德瑙工廠的 TruLaser Station 7000 就成功做到了。此外，“我向一些美國醫療技術工作者介紹了這個項目，得到了他們非常正面的反饋。從許多方面來講，這次的自動化都是具有燈塔效應的項目。”

拾取 – 放置 – 焊接！激光焊接設備提供了極高質量的內窺鏡 © Stefan Hobmaier，TRUMPF

我們的每位員工都能操作這臺 KUKA 機器人，在我們的整個輪轉的系統中，這個工作站很受歡迎。

KARL STORZ 公司維德瑙生產基地負責人 Sarah Mühleck

坦然面對新的挑戰

對于 Joachim Burkert 而言，激光焊接系統和機器人隨時可以快速相互脫開的事實，使得該解決方案特別適合未來的發展。“如果五年后 KARL STORZ 公司給機器人找到了另一項任務，員工可以在不到一分鐘時間內脫開單元的對接，并給 KR AGILUS 分配新的任務。或者給 KR AGILUS 分配兩臺不同的激光器：白天用其中一臺激光器工作，晚上則用另一臺。”不過目前 KARL STORZ 公司的所有人都不想有任何改變。大家都很滿意人、機器和 KUKA 機器人能夠各司其職。“我們認為，”生產基地負責人 Sarah Mühleck 總結道，“這樣的合作非常成功。這讓我們都有興趣去重復做這樣的事。”