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.

”Vår tidigare svetsmaskin började bli gammal och fungerade tyvärr inte tillförlitligt längre.” Så här beskriver Sarah Mühleck, platschef hos KARL STORZ i Widnau/Schweiz, bakgrunden till beslutet att automatisera. Detta var i slutet av 2020. Hennes team började leta efter en effektiv och innovativ lösning. KARL STORZ, som grundades 1945, levererar högkvalitativa endoskop, medicinska instrument och apparater av högsta kvalitet. Cirka 8 300 medarbetare världen över ansvarar för utveckling, produktion, försäljning och service av företagets 15 000 produkter. Huvudkontoret ligger i Tuttlingen i Württemberg och man har produktion även i USA, Estland och Schweiz. I Widnau, inte långt från Bodensjön, tillverkas optiska komponenter till endoskop, t.ex. okular, som möjliggör undersökning av kroppens inre och därför måste vara extremt täta och kunna rengöras.

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

Från monotont manuellt arbete till en lasersvetsanläggning

Det nya svetsningssystemet behövdes för en specifik process: att sammanfoga hylsor av rostfritt stål med täckglas innefattade i en ring av rostfritt stål. Båda ingår i endoskopets så kallade okularkopp. Denna ger kirurgen fri sikt in i ihåliga organ, t.ex. kroppshålor, under endoskopiska ingrepp. Tidigare skedde detta produktionssteg manuellt: De anställda placerade delarna – en hylsa plus en ring med täckglas som ska svetsas ovanpå – i maskinen och tog bort dem igen efter svetsningen. ”Vi minskar successivt antalet monotona, repetitiva och belastande arbetsuppgifter för våra anställda”, berättar 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 började leta efter en automationslösning. För själva svetsprocessen hade man redan hittat ett system: KARL STORZ hade sedan flera månader testat 3D-lasersvetssystemet TruLaser Station 7000 från TRUMPF i Ditzingen i Schwaben, ett system man var mycket nöjda med. TRUMPF, som grundades 1923, tillverkar internationellt efterfrågad laser- och systemteknik och nu även med automatiserbara lösningar. Ett av företagets huvudområden är laser och då laserskärning, lasersvetsning och lasermärkning.

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

Steg två: Rekommendation från närområdet

TRUMPF sysselsätter 15 000 personer och samarbetet med KARL STORZ har visat sig fungera i nästan 30 år. När det automationen av TruLaser Station 7000 kunde TRUMPF-teamet rekommendera en integratör som praktiskt nog har sin verksamhet i närheten. Företaget wbt automation i Gosheim sysselsätter idag 18 anställda. Joachim Burkert, VD för wbt, blev snabbt engagerad i projektet att delvis automatisera produktionen av okularkoppar. ”Namnet wbt står ju för ’Vi flyttar delar’ (Wir bewegen Teile), så vi ville gärna vara med”, återger han upprinnelsen till samarbetet. ”Även om projektets kravspec var lång!"

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

Steg tre: Bestämma lasersvetssystemets tekniska egenskaper

Joachim Burkert preciserar: ”Vår lösning skulle ta emot ett stort antal arbetsstycken på ett begränsat utrymme med en liten robot i en kompakt cell och sedan placera dem exakt i svetsenheten. Vi behövde även bestämma exakt hur roboten skulle transportera delarna. Målet var ju att få roboten att fatta tag i två arbetsstycken och sammanfoga dessa vid en och samma rörelse.” Enligt Burkert använder wbt automation KUKA-robotar till cirka 98 procent av företagets automationsprojekt. ”Noggrannhetskravet krävde en exakt uppmätt robot – inte en standardrobot från hyllan. Vi valde en KR AGILUS av typen KR10 R1100. KUKA skickade roboten en extra gång till ett träningsläger innan den kom till oss.” Nu kan roboten bland annat kontrollera komponenternas läge med sina lasersensorer och har förutom ett fyrdubbelt gripdon även en liten vakuumsugbälg för exakt positionering av täckglasen.

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

Steg fyra: säker sammanfogning

Robotcellen är dockad till TruLaser Station 7000 men kan tas bort och underhållas på ett flexibelt sätt. Arbetsstyckesmagasinet har fyra lådor med plats för upp till 960 arbetsstycken. Roboten KR AGILUS använder magasinet med lådor när förser lasersvetsanläggningen med komponenter – två hylsor med exakt positionerade täckglas läggs in före varje svetscykel. Roboten placerar sedan de färdigsvetsade okularkopparna i arbetsstyckesmagasinet. Joachim Burkert betonar hur enkelt det var att integrera KUKA-robotens rent tekniskt: ”Vi valde att använda KUKA:s beprövad styrning och välkända manöverpanel tillsammans med komponenter från vårt företag. Roboten monterades på en specialutvecklad cell, MRC flextray. Via Profibus upprättade vi en säker anslutning till vårt Siemens-styrsystem som nu kommunicerar perfekt med vårt 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 övertyga skeptiker

Wolfgang Karl, som har arbetat i fyrtio år hos KARL STORZ och är företagets laserspecialist, medger att han till en början var skeptisk. ”Jag hade naturligtvis frågor under utvecklingen. Hur griper roboten tag i delarna, hur säkert är det? Vad händer om gripdonet på grund av ett fel bara lägger in en enstaka del, men ska transportera ut två delar? Och hur kan vi säkerställa till 100 % att det inte uppstår några problem?” Som svar på detta tog wbt automation fram ”en komplett simulering som vi körde med simuleringsprogramvaran KUKA.Sim i förväg”, berättar Joachim Burkert. Med hjälp av denna digitala tvilling kunde integratören ”visa hela produkten innan hårdvaran fanns på plats”, förklarar Burkert. ”Då försvann min tveksamhet”, berättar Wolfgang Karl.

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

Steg sex: Klara produktionsvardagen och leverera hög kvalitet

När man hade hittat en passande laser – i det här fallet en fiberbaserad TruFiber 500 med 500 watt – startades den automatiserade produktionen. Slutligen var det bara medarbetarna som behövde övertygas. Även om medarbetarna inte längre behövde betjäna en svetsmaskin skulle de nu få nya arbetsuppgifter: fylla lådor med delar, sköta roboten och kontrollera produktionskvaliteten. Sarah Mühleck sammanfattar: ”Ingen blev avskedad. Tack vare automationslösningen kunde vi istället kompensera för planerade pensionsavgångar. Men det fanns medarbetare som inte trodde att de skulle klara av den nya tekniken.” Företaget wbt utbildade därför KARL STORZ-anställda både i Tuttlingen och Widnau och osäkerheten försvann.

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

”Svetsfogarna håller mycket hög kvalitet”

Sarah Mühlecks helhetsbedömning efter ett drygt halvår: ”Alla medarbetare kan använda roboten och stationen är särskilt omtyckt i vårt roterande system.” Sex månader efter det första mötet med alla projektdeltagare driftsattes TruLaser Station 7000 och KR AGILUS-robotcellen i Widnau. Med mätbar framgång: Att sätta in och ta ut komponenterna – ett arbetsmoment som tar ca tio sekunder för hand – behöver roboten endast två sekunder. Men viktigast av allt, enligt Sarah Mühleck: ”Vi når våra kvalitetsmål. Svetsfogarna håller mycket god kvalitet. Och systemet är tillförlitligt, 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 flaggskeppskaraktär

Dr Axel Frey, produktchef hos TRUMPF, är också imponerad av detta automationsprojekt. ”Att sätta in och ta ut delar ur ett lasersvetssystem med högsta möjliga processäkerhet – det kan en anställd förvisso göra, men inte så här snabbt och inte lika exakt varje gång. Processen måste dock vara exakt, och det dygnet runt, och kvaliteten måste ligga på en hög och jämn nivå.” Med TruLaser Station 7000 i Widnau uppnår företaget detta. Inte bara det: ”Projektet har även fått mycket positiv feedback från medicintekniker från USA som jag har presenterat det för. Den här automationslösningen är på många sätt 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

Öppen för nya utmaningar

Att lasersvetssystemet och roboten snabbt kan separeras gör lösningen i högsta grad framtidssäker, förklarar Joachim Burkert. ”Om KARL STORZ om fem år behöver använda roboten till en annan uppgift kan medarbetarna koppla loss cellen på mindre än en minut och använda KR AGILUS till den nya uppgiften. Eller så kan KR AGILUS dela tid mellan två lasersystem: På dagen kan roboten arbeta med den första lasern och på natten med den andra.” I dagsläget vill dock ingen på KARL STORZ i Widnau genomföra några förändringar. Alla är nöjda med hur människor, maskiner och inte minst KUKA-roboten utför sina arbetsuppgifter. Eller som platschefen Sarah Mühleck sammanfattar det: ”Det här var ett riktigt bra samarbete. Man får lust att utveckla något lika bra igen.”