A tesztcsövet a centrifugába kell helyezni, a komponenst a korrekciós pozícióba, a csomagot a szállítószalagra: a legtöbb munkafolyamatban szükség van rá, hogy megfogjuk, majd valahová áthelyezzük a tárgyakat. A modern rendszerekben ezeket a pick-and-place mĹąveleteket automatizált megfogók végzik. Ezeknek több millió egymást követő mozdulat során ugyanolyan erőteljesen és finoman, precízen és megbízhatóan kell mĹąködniük. Az ehhez szükséges erőt egyre inkább villanymotorok biztosítják: amilyen például a FAULHABER BX4 egysége. A Zimmer Group többek között a laboratóriumi folyamatok automatizálására is gyakran használt új GEP2000 sorozatú megfogóinál is ezt a megoldást választotta.

A tesztek és az oltások hatásos válasznak bizonyultak a koronavírussal szemben. Kiutat mutattak a lezárásokból, és lehetővé tették, hogy visszatérjen a normális élet. A járvány azonban a minket akadályozó korlátokra is rámutatott. A vírus exponenciális terjedésével robbanásszerĹąen megnőtt a kereslet – először a laboratóriumi PCR-tesztek, majd a gyorstesztek, végül pedig a vakcinák iránt. A vállalatok gyártási kapacitása mindegyik területen hiányosnak bizonyult. Sokan úgy érezhették, végtelenül hosszú időt kell várniuk a tesztekre és az oltásokra.

A laboratóriumi folyamatok automatizálása a koronavírus-járvány elleni küzdelemben

A gyógyszeripari és az orvostechnológiai vállalatok, valamint az orvosi laboratóriumok a lehető leggyorsabban dolgoztak. Ugyanez igaz a termelési és a tesztelési kapacitások bővítésére is. A siker egyik kulcseleme pedig az automatizálás volt. A laboratóriumok esetén a járvány komoly lökést adott az automatizálásnak. Az automatikus laboratóriumi eszközök és az univerzális, sokoldalú robotok rengeteg munkától megkímélték a szakembereket, és így hozzájárultak a kapacitások és a hatékonyság növeléséhez.

Ezen a területen a minták, a pipetták és a reagensek automatikus megfogása és kezelése a leggyakrabban ismétlődő lépések közé tartozik. Ezekhez a mĹąveletekhez kifinomult kisalkatrész-megfogók szükségesek. A megfogási lépések alapvetően kétféle technológiával valósíthatók meg, magyarázza Maik Decker termékmenedzser, aki ezért a területért felelős a Németország délnyugati részén mĹąködő Zimmer Group gyártóvállalatnál: „A szektorban eddig általában pneumatikus vezérlésĹą, azaz sĹąrített levegővel mĹąködő megfogókat használtak. Ez a technológia azonban nem alkalmas a laboratóriumok, a gyógyszeripar és az orvostechnológia esetén megkövetelt higiénikus környezetben való alkalmazásra, amelyek ezért elektromos meghajtású megfogókra támaszkodnak.”

Villanymotorokkal a megfogók sokoldalú felhasználásáért

A higiénikus használat mellett ezek a megfogók egy másik komoly előnyt is kínálnak: mĹąködésükhöz nincs szükség sĹąrítettlevegő-rendszerre és az ehhez tartozó csövekre. Egyes szektorokban ezek a berendezések minden gyártósoron rendelkezésre állnak – hiszen az elektromos áram bárhol elérhető. Ráadásul a gépek, amelyekhez a megfogókat csatlakoztatják, szintén árammal mĹąködnek. Az elektromos csatlakozást tehát jóval könnyebb kialakítani, mint a sĹąrítettlevegő-ellátást. Emellett az elektromos komponensek egyszerĹąbben és sokoldalúbban vezérelhetők, mint a pneumatikus rendszerek. „Jól látszik, hogy a piacon egyre népszerĹąbbek az elektromos hajtások, és ez nem csak az autóiparra igaz” – magyarázza Maik Decker.

A Zimmer Group új termékei – köztük az új GEP2000 sorozat – is ezt a trendet követik. A kisalkatrész-megfogók kiviteltől függően akár 5 kilós tárgyak megfogására és megtartására is képesek, de finom, érzékeny elemek, például tesztcsövek kezelésére is ugyanúgy alkalmasak. „Az elektromos hajtás egyik előnye, hogy képes az adott tárgyhoz igazítani a megfogási erőt” – magyarázza Volker Kimmig, a Zimmer Group szoftverrészlegének csapatvezetője. „A megfelelő vezérléssel a megfogó képes bármikor, a folyamat leállítása nélkül átállni egy újabb tárgytípus kezelésére.”

10 millió ciklus karbantartás nélkül

Ezekhez a lépésekhez egy kommutátor nélküli egyenáramú szervomotor, a FAULHABER BX4 sorozatú motorja biztosítja az energiát. Ez a motor nagy nyomatékot, négypólusú meghajtásnak köszönhetően pedig alacsony rezgési és zajszintet kínál, és kompakt kialakítással és hosszú élettartammal büszkélkedhet. „Garantáljuk, hogy ez a termék legalább 10 millió ciklust kibír karbantartás nélkül” – szögezi le Volker Kimmig. „Már ez a tény is arról árulkodik, hogy milyen kiváló minőségĹą motorról van szó.” Számos további jellemző is szükséges azonban ahhoz, hogy a motor megfeleljen a pick-and-place alkalmazások folyamatos mĹąködtetése során felmerülő követelményeknek.

A fejlesztőmérnök az autók slusszkulcsának előállítását hozza fel példaként: „A slusszkulcs tipikusan olyan termék, amelyből sokat kell gyártani, és gyorsan. A megfogórobotok folyamatos és jelentős terhelés mellett, ráadásul rövid ciklusidőkkel dolgoznak. A motornak rendkívül rövid időn belül el kell indulnia, majd le kell állnia. Ilyen környezetben a gyorsulás is kulcsfontosságú tényező, hiszen a teljes folyamatban minden tizedmásodperc számít. Ráadásul fontos, hogy a motor hatékonyan el tudja vezetni az ilyen mĹąveletek során keletkező hőt, hogy elkerülhető legyen a túlmelegedés.”

Bizonyítottan hatékony együttmĹąködés

A Zimmer Group megfogókkal foglalkozó szakértői jól tudják, hogy a FAULHABER BX4 sorozatú motorjai megfelelnek ezeknek a követelményeknek – és nem csak a leírásból. Már korábban, a GEH6000 sorozatú megfogók gyártásához is ezeket a termékeket választották. Ez az úgynevezett hosszú löketĹą megfogó lényegében ugyanúgy mĹąködik, mint a kisalkatrész-megfogók. Lökethossza (azaz a befogópofa nyitott és zárt állása közötti távolság) azonban lényegesen nagyobb, akár a 80 mm-t is elérheti.

„Az eszköz így számos különböző méretĹą tárgyat képes kezelni egyazon adott folyamatban” – magyarázza Maik Decker. „A kisebb GEP2000 ezzel szemben szĹąk helyeken is eredményesen üzemeltethető. De ehhez egy nagy teljesítményĹą, ugyanakkor kellően kis méretĹą motorra is szükség volt.”

Mechanikus önzárás

Van egy közös vonás a Zimmer Group megfogóiban és a vállalat többi termékében: a motor teljesítményét egy meredek dőlésĹą, csigakerekes hajtás juttatja el a befogópofákhoz. Így a fogóerő áramkimaradás esetén sem vész el, a szerszámok tartják a pozíciójukat. Ez a mechanikus önzáró funkció gondoskodik arról is, hogy a berendezés a megfogási mĹąvelet után is tartsa a munkadarabot, így nincs szükség további eszközök, például fék használatára.

A két megfogótípus vezérlőelektronikája is némileg eltérően mĹąködik. A GEH6000 esetében a befogópofák pozicionálásáról a meghajtó kódolójele gondoskodik; a GEP2000-nél a mĹąveletet egy pozicionáló érzékelő végzi. Mindkét megoldás rendkívül jó megismételhetőséget kínál: 1/500-ad pontossággal képesek követni a megadott befogópofa-útvonalat.

„Számos alkalmazásnál fontos szerepet játszik az előpozicionálás: az a mĹąvelet, amikor a megfogó leereszkedik a céltárgyhoz” – magyarázza Volker Kimmig. „SzĹąk helyeken a nyitott állás sokszor alig valamivel lehet nagyobb a zárt állásnál. Komplex környezetekben pedig a robotkar mozgatásához is rendkívül pontos előbeállításokra van szükség. Ezért vállalatunk igen precíz elektromechanikai eszközöket alkalmaz: a rugalmas adatkapcsolat mellett ezeknél is kiemelt szerepet játszik a motor. Berendezéseink felszerelhetők IO-Link eszközzel és digitális I/O-val, így szinte szinte bármilyen környezetben könnyedén mozoghatóak.”