Montaje robótico:una lección de precisión extrema

La SEYMOUR TRI-21 es una máquina robótica semiautónoma, construida por SEYMOUR Advanced Technologies (SAT). Ensambla microagujas utilizadas en cirugía ocular un 400% más rápido que antes. Diseñado para espacios reducidos en una sala limpia y con tres brazos robóticos de seis ejes Meca500, el SEYMOUR TRI-21 puede insertar varillas de 25 mm de largo en un cilindro hueco con solo 60 micrómetros de espacio libre. ¡Es tan grueso como un grano de sal o un cabello humano!

La farmacéutica espera agregar seis máquinas SAT adicionales para un aumento del 2000 % en el rendimiento para fines de 2022.

Antecedentes

Un farmacéutico oftálmico ha desarrollado una microaguja para su uso en cirugía ocular. En la industria médica, es fundamental que el ensamblaje sea uniforme y estéril, y esta empresa reconoció la necesidad de una forma más eficiente de ensamblar estas microagujas.

El objetivo era reducir significativamente la carga biológica y, al mismo tiempo, aumentar la productividad en aproximadamente un 70 %. Frente a este objetivo agresivo, era de suma importancia contratar a un ingeniero de automatización que pudiera comenzar desde cero y construir una solución robótica completamente nueva para satisfacer sus necesidades muy específicas. Después de buscar un experto con este nivel de experiencia, la empresa solicitó la ayuda de SEYMOUR Advanced Technologies (SAT), un proveedor autónomo de tecnología industrial, para crear una máquina robótica semiautónoma única en su clase que podría automatizar un proceso extremadamente preciso proceso de montaje de una herramienta quirúrgica.

Desafío

Para crear un proceso de ensamblaje automatizado, estéril y preciso para tomar una varilla de 25 mm de largo e insertarla con precisión en un cilindro hueco con solo 60 micrómetros (0,0015") de espacio libre.

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En el entorno de fabricación actual, este proceso se realiza manualmente utilizando una lupa de alta potencia y manos humanas. Esto es extremadamente tedioso y requiere mucho tiempo:de esta manera se puede producir con precisión un promedio de solo 63 microagujas por hora. También hay una cantidad importante de residuos debido a la rotura de la aguja durante el proceso de inserción. Además, existe una mayor posibilidad de contaminación por "carga biológica" (es decir, la cantidad de organismos contaminados que se encuentran en una cantidad determinada de material antes de su esterilización).

Esta iniciativa resolverá muchos problemas para la farmacéutica, a saber:

• Agilice el proceso de ensamblaje;
• Eliminar desperdicios o costos innecesarios;
• Esterilice el espacio de trabajo.

Además, cuando trabajaba en el proceso de ensamblaje, SAT notó un problema común:la aguja no estaba exactamente en la misma ubicación cada vez que tiraba del robot, lo que dificultaba enormemente el proceso de inserción.

Soluciones

En respuesta a estos desafíos, el SAT creó SEYMOUR TRI-21, una máquina semiautónoma que ofrece precisión, esterilización y eliminación de residuos. Contiene tres robots Meca500 de 6 ejes que llevan una jeringa del punto A al punto B, insertando el alambre de 25 mm en la aguja sin falta.

Lo que hace que la solución SEYMOUR TRI-21 sea aún más confiable es que la microaguja de la empresa ahora se producirá en un entorno totalmente automatizado, en comparación con los procesos manuales y semiautomáticos que utilizan otros fabricantes.

• Potente visión artificial
  Este proceso único comienza con el objeto que se levanta y se coloca debajo de una cámara de micro resolución que utiliza tecnología de luz estroboscópica variable, también conocida como "modulación de luz estructurada". Esta tecnología detecta sombras para encontrar dónde están las partes físicas. del objeto están en cierta vecindad.
  
  Luego se calculan el espesor, la longitud y la rectitud. A continuación, SAT utiliza estos datos sin procesar para calcular el error de posición relativo y mover los robots a una nueva posición que permita un ensamblaje preciso. Este proceso es crítico ya que las partes internas "flotan" dentro del caparazón que se recoge. Entonces, aunque sean repetibles, la ventana en la que se repiten es mucho mayor que la tolerancia para ensamblar las partes, sin probable interferencia.
  
  

Precisión con aprendizaje automático

Como se mencionó anteriormente, el proceso de automatización tenía que ser extremadamente preciso debido a las propiedades de los elementos que se ensamblaban. Es por eso que SAT implementó el aprendizaje automático (ML). Permitió que SAT realizara un seguimiento automático de los datos, aprendiera de los ciclos anteriores, luego los ajustara y optimizara para ciclos futuros, asegurando que cada inserción de aguja alineará el alambre y la aguja perfectamente. La tasa de éxito aceptable objetivo es del 90 % o más con un aumento del 70 % en la productividad, los cuales se lograrán con el SEYMOUR TRI-21.

Diseño:

Era importante que el diseño del SEYMOUR TRI-21 se adaptara a las necesidades de la industria farmacéutica. Estos incluyeron:

• Mango de diagnóstico
  SAT reconfiguró el mango perpendicular a una posición paralela, dándole más predominio y al mismo tiempo permitiendo una restricción mínima de movimiento para el usuario. Luego, SAT estableció un proceso para que los datos se enviaran al mango, traducidos a través de modos de color que alertan al operador sobre el estado de la máquina para ayudarlo a administrar el mantenimiento y la conservación.
  
  
• Cuarto limpio de nivel ISO 7
  El Seymour TRI-21 se creó con vidrio de grado médico para controlar la cantidad de partículas que pueden ingresar a la máquina para garantizar que todas las unidades sean estériles según un requisito de nivel ISO 7. También se utilizaron rodamientos secos, eliminando los contaminantes de grasa del entorno de fabricación.
  
  
• Internet de las cosas (IoT)
  En línea con Industry 4.0, el ecosistema conectado de IoT, SAT proporcionará a la empresa una interfaz de computadora remota, lo que les permitirá operar la máquina de forma remota en su teléfono o tableta a través de una aplicación.
  
  
• Supervisión
  Una máquina que construye las piezas para otra máquina necesita ser monitoreada cuidadosamente. Elementos como fuerza, torsión, velocidad, aceleración, tiempo, presión, volumen, pesos y masas, traslación y rotación deben ser monitoreados.

Las siete unidades básicas del SI se componen de:

• • Longitud - metro (m)
  • Tiempo - segundo(s)
  • Cantidad de sustancia - mol (mol)
  • Corriente eléctrica - amperio (A)
  • Temperatura - Kelvin (K)
  • Intensidad luminosa - candela (cd)
  • Masa - kilogramo (kg)

Al monitorear estos, o un subconjunto de estos que pertenecen al producto, la solución SAT puede verificar que el producto se vuelva repetible y predecible, mejorando y evolucionando en última instancia la tecnología.

SAT también monitorea y proporciona datos para respaldar la operación y las instrucciones. Hay una plétora de variables que afectan la calidad del producto, pero solo una pequeña ventana donde los productos funcionan de manera consistente. Para este proyecto, la ventana de calidad fue de 60 micrómetros.

• Pequeño espacio, gran rendimiento

En el espacio limpio actual de 1000 pies cuadrados, la farmacéutica puede tener un máximo de dos personas trabajando en turnos de 8 horas. Cada trabajador capacitado puede producir aproximadamente 63 unidades/hora o 1 unidad/min. Durante un turno típico, esto se traduce en un promedio de 500 unidades por persona.

El nuevo SEYMOUR TRI-21 de 60" de ancho x 42" de profundidad x 77" de alto y un operador ahora podrán producir aproximadamente 250 unidades por hora (4/min), o 2000 unidades/turno de 8 h. ¡Eso es un aumento del 400 % en el rendimiento!

Estas máquinas robóticas modulares se pueden utilizar para I+D, así como para el uso comercial de Buenas Prácticas de Fabricación (GMP). Ahora se pueden colocar seis equipos diferentes en la misma sala limpia, trabajando de forma independiente, con entre dos y 10 operadores trabajando a la vez.

¿Qué sigue?

Según el director general de SAT, Rob Seymour, "una vez que la farmacéutica oftálmica implemente por completo el uso de SEYMOUR TRI-21, aumentará la productividad general en al menos un 70 % y logrará una tasa de éxito mínima del 95 %. También verá un aumento significativo reducción de la carga biológica". Continúa, "durante el próximo año, la compañía agregará seis robots SAT adicionales a su línea, lo que les permitirá aumentar su producción en un 2000 % para fines de 2022".

Una versión de este artículo apareció por primera vez en el sitio web oficial del SAT. Reproducido con autorización.

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