カスタム医療用チューブハンドリング・組立システム設計：重要な考慮事項

著者：Eric Anderson

 

カスタム医療用チューブハンドリング・組立機構築に必要なこと

 

押出医療用チューブを使用する医療機器を組み立てる自動機械の設計・構築は挑戦的です。押出チューブは独特の挙動を示し、自動機械で扱うのが難しいランダム性を持つことがあります。しかし、創造的かつ問題解決型のアプローチを取れば、成功し信頼性の高いプロセスへ自動化できます。

最近、Steven Douglas Corp.（SDC）の専門家たちが、押出医療用チューブを含むアセンブリを生産する自動ロボット機械を完成させました。この機械は3台の6軸FANUCロボットを使用し、チューブ、チューブクランプ、チューブ両端に接着された2つの医療用「ポート」で構成される医療機器を自動組立します。システム設計では、SDCの豊富な加工、マテリアルハンドリング、自動化経験と、顧客の製造知識を組み合わせて成功する自動化セルを構築しました。主要コンポーネントはチューブ供給と準備、エラープルーフィング、ロボットチューブハンドリングです。

チューブ供給と準備

組立開始前に、医療用チューブを機械に供給し、続くロボット操作のために準備する必要があります。これには、チューブをシステムに供給し、正しい長さに切断し、チューブにクランプを取り付けることが含まれます。

チューブが一貫して機械に供給されれば、その後のすべてのステップが著しく容易かつ信頼性高くなります。しかし、これを達成するのは容易ではありません。押出チューブは独特の挙動を示し、多くの変数によって異なる振る舞いをします。これらの変数を制限することは、SDCチューブ供給システムの重要な側面です。

SDCが設計した医療用チューブ供給システムは、機能性を犠牲にせずシンプルに操作・保守できます。チューブはコイルからSDC機械に供給され、オペレーターによってカスタムデリーラーにロードされます。その後、チューブは重り付きテンション装置を通してスプールから分離され、供給されるチューブ量と供給テンションが計測・追跡されます。一定のテンションが重要です。一対のサーボ駆動ベルトがチューブを掴み、機械内へ優しくガイドし、供給チューブ長への外部影響を最小化します。

システムを完成させるため、SDCはクローズドループ制御システムと機械学習を追加し、サーボ供給システムを自動調整して供給チューブ長の一貫性を確保します。SDC供給システムはカスタマイズ・調整可能で、多様なチューブ長に対応し、機械の統合エラープルーフィングがシステム要件を満たさないチューブを容易に検出します。

 

エラープルーフィング

すべてのアプリケーションで、最終製品が顧客、品質、生産基準をすべて満たすことが重要です。医療機器業界も例外ではありません。ほとんどの医療機器の要件は、その用途から他業界より厳格です。この自動機械設計の重要なステップは、欠陥の原因となり得るものを理解し、それらを制限する機械を設計することです。すべての部品が完璧で許容可能とは限らないため、プロセスチェックを追加して「不合格」部品を検出・分離し、必要に応じて組立プロセスを停止・一時停止できます。

基本的だが典型的に見落とされがちな部品欠陥原因には、間違った部品の投入や部分的な組立があります。間違った部品の組立を防ぐには、各部品を扱う専用ツーリングが必要で、センサーで正しいツーリングが装着されているか確認します。ソフトウェア、リカバリ、セットアップサイクルは、ロボットが中途で「失敗」した部品を自動的に機械から排除するようプログラミングされています。これにより未完了部品が完成品から分離されます。

ビジョン誘導ロボットに使用される同じ機械視覚システムを、入荷検査にも使用できます。このプロジェクトでは、ビジョン誘導ロボットがコンベアから部品をピックし、ビジョン検査システムが正しい部品の存在を検証しました。追加のビジョンシステムで組立前のチューブを検査し、チューブ長が正しいか検証しました。さらに、ファイバーオプティックレーザーと容量センサーのシリーズで部品存在を検出する複数のセンサーを追加しました。もう一つのセンサーで、組立前の接着剤塗布を検証しました。

これらすべてのツールと技術を組み合わせることで、SDCは必要な品質基準を99.9%の部品で満たす機械を設計・構築できました。機械視覚システムにより、基準を満たさない0.1%の部品が自動的に分離されました。

 

ロボットチューブハンドリング

押出医療用チューブには、自動機械で扱うのが難しいランダム性があり、特にチューブ長が増すと顕著になります。制御維持はSDC機械コンセプトと設計の重要な側面です。SDCは3台の個別の6軸FANUCロボットを使用し、異なる部品とプロセスステップ間の移行で柔軟性を提供しながら、常にチューブの中間と両端を完全に制御下に置きました。

この例では、チューブが機械に供給されると、カスタムトロフで保持され、1台のロボットがチューブの一端を、もう1台が他端を掴みます。その後、各ロボットがプログラムされたシーケンスで動き、チューブを接着剤に浸し、両端のポートへ精密に挿入する組立プロセスを完了します。長いチューブの場合、長いループ部分を制御下に置き、ロボットがシーケンスを通過できるようカスタムホルダーを設計しました。組立完了後、3台目のロボットが完成アセンブリを回収し、収集システムへ投入します。

複数ロボットを使用することで、チューブは常に制御され、絡まりの可能性を排除し、高速マシンサイクルタイムを維持できます。ロボットは精密に制御・監視された方法で動けるため、組立プロセスを完璧にします。

このプロセスでは、ホースをフィッティングに挿入する作業が、ホースのランダム性により精度と柔軟性を要する困難な工程でした。複数ロボットにより、SDCは変動のある組立から非常に一貫性と信頼性の高い自動プロセスを最終的に構築できました。FANUC、Epsonなど多くのロボットメーカーの推奨インテグレータとして、SDCは複数ロボットを同一システム内で同時に、安全かつ効果的に動作させるプログラミングに豊富な経験があります。

 

 

自動ロボットシステムのエキスパート

SDCは問題解決企業です。創造的な問題解決アプローチと経験豊富な自動化プロフェッショナルチームが、機械設計、機械工学、機械制御、ロボットプログラミング、部品製造、完全機械組立の専門知識を提供します。お客様のアプリケーションが押出医療用チューブを使用するか、医療機器業界に属するかに関わらず、同じ原則がお客様の自動システム構築に適用されます。幅広い業界での豊富な経験と、実証済みの独自手法で、多様なアプリケーション向けに信頼性が高く長寿命の自動機械を構築します。

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