内視鏡生産におけるKR AGILUSは、内部を鮮明に映し出します

スイスのヴィドナウ(Widnau)にあるKARL STORZ社は、2021年夏から内視鏡用接眼カップの自動生産を行っています。KR AGILUSはそれ以来ずっと、チームの負担を軽減しており、生産速度が向上しました。シュヴァーベン・スイスのサクセスストーリー。

「年数が経過し、残念ながらあまり安定して動かなくなった溶接機がありました」スイスのヴィドナウにあるKARL STORZ社の営業所のサイトマネージャーであるザラ・ミューレック(Sarah Mühleck)氏は、自動化へのいきさつをこのように説明しています。それは2020年末のことでした。そこで彼女のチームは、効率的で革新的なソリューションを探すことにしました。1945年に設立されたKARL STORZ社は、最高品質の高価な内視鏡、医療機器、各種デバイスの提供を社是としています。全世界で約8,300人の従業員が、15,000種類もの製品の開発・生産・販売・サービスを担っています。本社はヴュルテンベルク州トゥットリンゲンにあり、生産は米国・エストニア・スイスでも行われています。ボーデン湖からほど近いヴィドナウでは、体内観察を可能にする内視鏡の接眼レンズなどの光学部品が生産されているため、非常に高い気密性と洗浄性が要求されています。

ピック・アンド・プレース：KR AGILUSはヴィドナウの内視鏡生産の一端を担っています。未加工部品を挿入し完成したワークを取り出します© Stefan Hobmaier, TRUMPF

単調な手作業からレーザー溶接機へ

新しい溶接システムを必要とした具体的なプロセスは、ステンレス製のリングにセットされたカバーガラスにステンレス製のスリーブを接合するというものです。どちらも内視鏡の接眼レンズと呼ばれる部分の一部です。これにより、内視鏡手術の際に臓器や体腔内の空洞を遮ることなく観察できるようになりました。そのためには手作業が不可欠でした。従業員は部品を機械に入れ、溶接工程後に再び取り出していました。常にスリーブ、そしてその上に溶接されるカバーガラス付きのリングを入れていくのです。「そのような単調な繰り返しで、ストレスの多い作業から従業員を徐々に解放していきます」とザラ・ミューレック氏は補足します。

カバーガラスをスリーブに載せる作業は、ロボットによるピック・アンド・プレースと同様、器用さが要求されます。KR AGILUSの理想的な作業© Stefan Hobmaier, TRUMPF

自動化、ステップ1：溶接システムを探す

ヴィドナウのチームは、自動化ソリューションに絞って探していました。本来の溶接工程に関しては、すでに希望するシステムが決まっていました。KARL STORZ社は、シュヴァーベン州ディッツィンゲンにあるTRUMPF社の3Dレーザー溶接システムTruLaser Station 7000をすでに数ヶ月間テストしており、非常に満足していました。1923年に設立されたTRUMPF社は、レーザーとシステム技術で国際的な成功を収め、現在では自動化ソリューションも提供しています。レーザー切断、レーザー溶接、レーザーマーキングに重点を置いています。

ヴィドナウにあるKARL STORZ社のチームは、新しい3Dレーザー溶接システムでの作業にすぐに慣れました© Stefan Hobmaier, TRUMPF

ステップ2：近所のおすすめ

TRUMPF社では15,000人が働いており、KARL STORZ社との協力関係は約30年にわたる実績があります。TruLaser Station 7000の自動化において、TRUMPFのチームは近所のインテグレーターを推薦することができました。ゴスハイム(Gosheim)のwbt automation社では現在18名の従業員が働いています。wbt社のヨアヒム・ブルケルト(Joachim Burkert)社長は、接眼レンズの生産を部分的に自動化するというアイデアをすぐに思いつきました。「wbtという名前は、"Wir bewegen Teile (We move parts)"の略でもあり、これに協力できて嬉しかったです」と振り返ります。「たとえ要求が高かったとしても。」

wbt automation社の社長、ヨアヒム・ブルカート氏彼の会社ではKUKAのロボットを好んで使っています© wbt

ステップ3：レーザー溶接システムの技術的な詳細を明確にする

ヨアヒム・ブルケルト氏は次のように述べています。「コンパクトなセルに小型ロボットで非常に多くのワークを狭いスペースに収容し、これらを溶接装置内に正確に位置決めして置く必要がありました。また、1回の動作で2つのワークを掴んで接合したかったので、ロボットが具体的にどのようにパーツを搬送するのか、お互いに調整する必要がありました。」自動化プロジェクトの約98%で、wbt automation社はKUKAロボットを使用しているとブルケルト氏は報告しています。そのために必要な精度を実現するためには、既製のものではなく、精密に測定されたロボットが必要でした。私たちが選んだのは、KR AGILUSのタイプKR10 R1100で、私たちのところに来る前に特別にKUKAで再度トレーニングキャンプに参加させていただきました。」レーザーセンサーを使って部品の位置を確認したり、4連グリッパーに加え、小型の真空ベローズを使ってカバーガラスを1枚ずつ正確に位置決めしたりすることができるようになりました。

定評のあるチーム：ハンドリング用ロボットのKR AGILUS、3Dレーザー溶接用のTRUMPF社のTruLaser Station 7000 © Stefan Hobmaier, TRUMPF

ステップ4：成功が約束された組み合わせ

ロボットセルはTruLaser Station 7000にドッキングされていますが、柔軟に取り外してメンテナンスすることができます。ワーク収納部には4つの引き出しが備えられ、合計で960個までのワークを収納できます。KR AGILUSでは、レーザー溶接機への部品の搬送に使用しています。2つのスリーブとカバーガラスは、溶接工程ごとに正確に配置されています。また、溶接が終了した接眼レンズは再度ワーク収納部に格納されます。ヨアヒム・ブルケルト氏は、KUKAのロボットは技術的な前提条件が最も優れていたと報告しています。「実績のあるKUKAのコントローラーと、定評のある操作パネルに、当社のコンポーネントを組み合わせました。ロボットは、専用に開発されたセル「MRC flextray」に搭載しました。Profibusにより、シーメンス社の制御システムとの安全な接続が確立され、TRUMPF社のシステムと問題なく通信できるようになりました。」

wbt automation社が設計した特殊なグリッパーを用いたピック・アンド・プレース。真空ベローズを使い、ブランクの位置決めを確実に行えます © wbt

ステップ5：懐疑論者を説得する

KARL STORZ社に40年間勤務し、レーザーのスペシャリストであるヴォルフガング・カール氏は、当初は懐疑的であったことを認めています。「もちろん、開発中に疑問に思ったことはありました。ロボットはどのようにして部品を握っるのか、その安全性はどうなのか？もし、グリッパーがエラーで1つの部品しか挿入できないのに、2つの部品を外に搬送することになっていたらどするのか？そして、どうすれば問題がないかを確認することができるのか？」その答えとして、wbt automation社は「事前に完全なシミュレーションを行い、それをシミュレーションソフトKUKA.Simで実行しました」とヨアヒム・ブルケルト氏は説明します。デジタルツインにより、インテグレーターは「ハードウェアがそこにある前に製品全体を表示することができました」とブルケルト氏は述べています。「それで私の疑問が解消されたのです」とヴォルフガング・カール氏は強調します。

ヴォルフガング・カール氏は、KARL STORZ社のすべてのレーザー加工を担当するエキスパートです © Stefan Hobmaier, TRUMPF

ステップ6：日常生活の中に耐え、高い品質を提供する

適切なレーザー（この場合は500WのファイバーベースのTruFiber 500）と組み合わせて、自動生産が開始されました。最後に、従業員を納得させる必要がありました。彼らはもう溶接機の積み上げ・積み下ろしをする必要がなくなりましたが、その代わり引き出しの充填、ロボット操作、品質管理を担う必要がありました。ザラ・ミューレック氏は次のように報告しています：「解雇された従業員は１人もいませんでした。むしろ、自動化することで退職者を補えたくらいです。ただ、従業員の中には新しい技術に対応できるかどうか疑問を持つ者もいました。」wbt社はトゥッティンゲンとヴィドナウの両方でKARL STORZ社の従業員を教育し、彼らの不安を取り除きました。

3Dレーザー溶接のための柔軟なシステム。ロボットはいつでもレーザーシステムから素早く切り離すことができます © Stefan Hobmaier, TRUMPF

「溶接シームはとても、とても素晴らしいです」

ザラ・ミューレック氏は半年余り経過後に総括します。「どの従業員もロボットを操作でき、このステーションは当社の回転システムで特に人気があるくらいです。」関係者による最初の会議から6カ月後、TruLaser Station 7000とKR AGILUSロボットセルがヴィドナウでサービスを開始しました。測定可能な成功：手作業では平均10秒かかる積み上げ・積み下ろしに、ロボットは2秒で完了します。ザラ・ミューレック氏によると、最も重要なことは以下のことです。「品質第一です。溶接シームはとても、とても素晴らしいです。そして、システムは信頼性が高く、ダウンしません。」

品質管理中のザラ・ミューレック氏曰く、接眼レンズは、カバーガラスとスリーブが完全に溶接された状態でなければ使用できません © Stefan Hobmaier, TRUMPF

結論：灯台キャラクターのオートメーション

TRUMPF社の製品マネージャーであるアクセル・フレイ博士も、この自動化プロジェクトには驚いています。「レーザー溶接システムへの部品の挿入と取り外しを、最高のプロセス信頼性で行うことは、従業員でもできることですが、このスピードではできませんし、100％一定に行うこともできません。しかし、そのプロセスは24時間365日不変であり、高い品質を保たなければなりません。」ヴィドナウにあるTruLaser Station 7000ならこれが実現できます。さらに：「また、このプロジェクトを紹介した米国の医療技術者からも非常に高い評価を得ています。このオートメーションは、いろいろな意味で灯台のようなプロジェクトです。」

ピック・プレース・溶接！レーザー溶接装置が内視鏡に最高品質をもたらします © Stefan Hobmaier, TRUMPF

すべての従業員がKUKAロボットを操作することができ、このステーションは当社の回転システムで特に人気があるほどです。

ザラ・ミューレック氏、ヴィドナウのKARL STORZ社のサイトマネージャー

いつも新しいものに挑戦

ヨアヒム・ブルケルト氏にとって、レーザー溶接システムとロボットがいつでもすぐに分離できることは、このソリューションが将来的に特に有望であることを意味しています。「5年後にKARL STORZ社がロボットに別の仕事を与えた場合、従業員は1分以内にセルをドッキング・解除し、新しい仕事をKR AGILUSに割り当てることができます。また、1台のKR AGILUSに2種類のレーザーを割り当てることも可能です。昼間はレーザー1、夜はレーザー2で作業というように。」しかし、ヴィドナウのKARL STORZ社では、今のところ誰も何かを変えようとはしていません。人も機械もKUKAロボットも、みんなが満足して仕事をしています。「本当に良い協力関係です」と、現場責任者のザラ・ミューレック氏は総括します。「このような経験を繰り返したくなります。」