KR AGILUS 參與內(nèi)窺鏡生產(chǎn)，幫助人看清內(nèi)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(chǎn)內(nèi)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(chǎn)速度。這是來自德國施瓦本地區(qū)和瑞士的兩家公司成功合作的印證。

“我們的焊機已經(jīng)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(chǎn)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(chuàng)新的解決方案。KARL STORZ 公司成立于 1945 年，專業(yè)生產(chǎn)高級內(nèi)窺鏡、高質(zhì)量的醫(yī)療儀器和設備。它在全球擁有 8300 名員工，負責 15000 項產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、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(chǎn)。離博登湖不遠的維德瑙工廠負責生產(chǎn)內(nèi)窺鏡光學部件，如目鏡，它可以看清人體內(nèi)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(nèi)窺鏡生產(chǎn)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(diào)的手工勞動到激光焊接設備

新的焊接系統(tǒng)需要完成的具體流程包括將不銹鋼套筒與鑲在不銹鋼環(huán)內(nèi)的蓋板玻璃相連。這兩者都是所謂的內(nèi)窺鏡目鏡罩的組成部分。內(nèi)窺鏡幫助外科醫(yī)生在進行內(nèi)窺鏡手術時看清中空器官或體腔。以前，在生產(chǎn)中少不了手工勞動。員工將工件放入機器內(nèi)，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(huán)。“類似這種單調(diào)、重復、繁重的任務，我們已經(jīng)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(tǒng)

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(tǒng)就已脫穎而出：數(shù)月以來，KARL STORZ 公司已經(jīng)在測試來自施瓦本地區(qū)迪琴根的 TRUMPF 公司推出的 3D 焊接系統(tǒng) TruLaser Station 7000，并對其十分滿意。TRUMPF 公司創(chuàng)辦于 1923 年，是一家在激光和系統(tǒng)技術方面成績斐然的跨國企業(yè)，目前還將業(yè)務成功拓展到了自動化解決方案領域。其業(yè)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(tǒng)開展作業(yè) © Stefan Hobmaier，TRUMPF

第二步：推薦附近的企業(yè)

TRUMPF 公司擁有 15000 名員工，它與 KARL STORZ 公司開展的合作已經(jīng)持續(xù)將近 30 年。雙方說到要實現(xiàn) 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(yè)。wbt automation 公司位于戈斯海姆，當時擁有 18 名員工。wbt 公司總經(jīng)理 Joachim Burkert 很快就對將目鏡罩生產(chǎn)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(jīng)理 Joachim Burkert。他的企業(yè)優(yōu)先采用 KUKA 機器人 © wbt

第三步：弄清激光焊接設備的技術細節(jié)

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(nèi)容納非常多的工件，然后將其準確定位并放置在焊機內(nèi)。此外，我們還要相互協(xié)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(jù) 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(fā)貨之前，KUKA 還專門對它再次進行了集中訓練。”現(xiàn)在，這臺機器人主要能夠利用其激光傳感系統(tǒng)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(yǎng)。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(nèi)。據(jù) 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(jīng)考驗的 KUKA 控制系統(tǒng)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(fā)的 MRC flextray 單元上。我們經(jīng)由 Profibus 與西門子控制系統(tǒng)建立了安全連接，從而能夠順利與 TRUMPF 系統(tǒng)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(zhì)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(tài)度。“我當然對研發(fā)有疑問。機器人如何抓取零件？可靠性有多高？如果因為發(fā)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(shù)字孿生技術，能夠“在硬件完成之前就展示出整個產(chǎn)品”。“這完全掃除了我的疑慮。”Wolfgang Karl 強調(diào)。?

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(jīng)受日常生產(chǎn)考驗，輸出高品質(zhì)

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(chǎn)的序幕。最后只剩下讓員工放心。他們現(xiàn)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(zhì)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(chǎn)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(tǒng)脫開 © Stefan Hobmaier，TRUMPF

“焊縫優(yōu)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(tǒng)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(jù) Sarah Mühleck 稱，最重要的是：“質(zhì)量有保證，焊縫極其優(yōu)異。而且系統(tǒng)十分可靠，不會有東西掉出來。”

Sarah Mühleck 正在進行質(zhì)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(chǎn)品經(jīng)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(tǒng)內(nèi)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(zhì)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(yī)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(zhì)量的內(nèi)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(tǒng)中，這個工作站很受歡迎。

KARL STORZ 公司維德瑙生產(chǎn)基地負責人 Sarah Mühleck

坦然面對新的挑戰(zhàn)

對于 Joachim Burkert 而言，激光焊接系統(tǒng)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(fā)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(nèi)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(chǎn)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。”