Een KR AGILUS in de endoscoop-productie voor vrij zicht binnenin

Bij KARL STORZ in het Zwitserse Widnau ontstaan sinds de zomer 2021 geautomatiseerd oculaire kapjes voor endoscopen. Een KR AGILUS ontlast sindsdien het team – en heeft de productie aanzienlijk versneld. Een Zwabisch-Zwitsers succesverhaal.

„We hadden een lasmachine die al wat ouder was en helaas niet meer zeer betrouwbaar werkte.” aldus Sarah Mühleck, hoofd van de vestiging van KARL STORZ in Widnau in Zwitserland, over het startschot voor automatisering. Dat was eind 2020. Dus ging haar team op zoek naar een efficiënte, innovatieve oplossing. KARL STORZ, opgericht in 1945, staat voor hoogwaardige endoscopen, medische instrumenten en apparaten van het hoogste kwaliteit. Ongeveer 8.300 medewerkers wereldwijd zijn verantwoordelijk voor ontwikkeling, productie, verkoop en service van ongeveer 15.000 producten. In Tuttlingen in Württemberg bevindt zich het hoofdkantoor. Geproduceerd wordt ook in de Verenigde Staten, Estland en dus Zwitserland. Niet ver van het Bodenmeer, in Widnau, ontstaan optische componenten voor endoscopen zoals oculairs die het mogelijk moeten maken om in het lichaam te kijken en daarom uiterst dicht en reinigbaar moeten zijn.

Pick & place: Een KR AGILUS maakt deel uit van de endoscoop-productie in Widnau. Hij legt de onbewerkte delen neer en neemt voltooide werkstukken op © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Van monotoon handwerk naar de laserlasinstallatie

Het concrete proces waarvoor het nieuwe lassysteem nodig was, bestond uit de verbinding van een roestvrijstalen huls met het in een roestvrijstalen ring geplaatste dekglas. Beide maken deel uit van de zogenaamde oculaire kapjes van de endoscoop. Hierdoor heeft de chirurg bij endoscopische ingrepen vrij zicht in organen of lichaamsholtes. Handwerk was hiervoor onontbeerlijk. Medewerkers plaatsten de bouwdelen in de machine en namen deze er na het lassen weer uit – steeds een huls en een erop te lassen ring met dekglas. „Met zulke monotone, repetitieve, belastende taken willen we onze medewerkers stap voor stap steeds minder belasten”, aldus Sarah Mühleck.

Het vereist fingerspitzengefühl om het dekglas op de huls te plaatsen. Pick & place door de robot eveneens. Een ideale taak voor de KR AGILUS © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Automatisering, stap één: een lassysteem vinden

Het team in Widnau heeft heel doelgericht een automatiseringsoplossing gezocht. Wat het eigenlijke lasproces betrof, stond het optimale systeem als vast: De onderneming KARL STORZ had al enkele maanden het 3D-laserlassysteem TruLaser Station 7000 van TRUMPF in het Zwabische Ditzingen getest en was daarmee zeer tevreden. TRUMPF, opgericht in 1923, is internationaal succesvol met zijn laser- en systeemtechniek en ondertussen ook met automatiseerbare oplossingen. Het zwaartepunt ligt op het lasersnijden, laserlassen en lasermarkeren.

Het team bij KARL STORZ in Widnau raakte al snel gewend aan het werken met het nieuwe 3D-laserlassysteem © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Stap twee: Aanbeveling in de buurt

15.000 mensen werken voor TRUMPF, de samenwerking met KARL STORZ is beproefd sinds bijna 30 jaar. Toen de automatisering van TruLaser station 7000 ter sprake kwam, kon het TRUMPF-team een integrator aanbevelen – toevallig ook in de buurt. Het bedrijf wbt automation in Gosheim heeft momenteel 18 medewerkers. De directeur van wbt, Joachim Burkert, was snel overtuigd van het idee om de productie van oculaire kapjes deels te automatiseren. „De naam wbt staat tenslotte ook voor ‘Wir bewegen Teile’ (Wij bewegen onderdelen) dus dat was precies wat voor ons”, zegt hij terugblikkend. „Ondanks de hoge eisen die werden gesteld.”

Joachim Burkert, directeur van wbt automation. Zijn bedrijf kiest bij voorkeur voor KUKA-robots © wbt

Stap drie: Technische details van de laserlasinstallatie vastleggen

Joachim Burkert licht toe: „Wij moesten op een zeer klein oppervlak, met een kleine robot in een compacte cel, heel veel werkstukken onderbrengen, deze in het lasapparaat exact positioneren en neerleggen. Bovendien moesten we met elkaar afstemmen hoe de robot de onderdelen precies transporteert, omdat we met elke beweging twee werkstukken wilden grijpen en deze wilden samenvoegen.”Bij circa 98 procent van onze automatiseringsprojecten vertrouwt wbt automation op KUKA-robots,” benadrukt Burkert. „De hiervoor vereiste nauwkeurigheid verlangde een exact op maat gemaakte robot, geen standaardmodel. We kozen voor een KR AGILUS van het type KR10 R1100 die bij KUKA nog even werd bijgeschoold voordat hij bij ons aankwam.” Nu kan hij onder andere met zijn lasersensoriek de positie van de onderdelen controleren en naast de viervoudige grijper ook een kleine vacuümzuigbalg gebruiken om elk dekglas exact te positioneren.

Perfect teamwork: De KR AGILUS als robot voor de handling en het TruLaser station 7000 van TRUMPF voor het 3D-laserlassen © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Stap vier: een veelbelovend huwelijk

De robotcel is aan het TruLaser Station 7000 gekoppeld, en kan toch flexibel worden verwijderd en onderhouden. De werkstukhouder bevat vier lades die in totaal tot 960 werkstukken kunnen opnemen. Hiermee werkt de KR AGILUS om de bouwdelen in de laserlasinstallatie te transporteren – per lasproces twee hulzen en de exact erop geplaatste dekglazen. De gelaste oculaire kapjes worden ook weer in de werkstukhouder geplaatst. Joachim Burkert legt uit dat de KUKA-robot de beste technische eigenschappen had: „Wij hebben de beproefde KUKA-besturing en het bekende bedieningspaneel met de componenten van onze onderneming gecombineerd. De robot werd op een speciaal voor hem ontwikkelde cel, de MRC flextray, gemonteerd. Via Profibus hebben we een veilige verbinding met onze Siemens-besturing tot stand gebracht, waardoor de probleemloze communicatie met het TRUMPF-systeem mogelijk is.”

Pick & place met de door wbt automation ontworpen speciale grijper. Deze maakt gebruik van een vacuümzuigbalg om de positionering van de onbewerkte delen te perfectioneren © wbt

Stap vijf: Sceptici overtuigen

Wolfgang Karl, al veertig jaar bij KARL STORZ en de laserspecialist in het bedrijf, geeft toe in het begin sceptisch geweest te zijn geweest. „Ik had natuurlijk vragen over de ontwikkeling. Hoe grijpt de robot de onderdelen, hoe veilig is dat? Wat, als de grijper door een fout slechts één deel gebruikt, maar er twee naar buiten moet transporteren? En hoe krijgen we het 100 procent zeker dat er geen problemen komen?” Als antwoord leverde wbt automation „voorafeen complete simulatie die we met de simulatiesoftware KUKA.Sim hebben uitgevoerd”, aldus Joachim Burkert. Met behulp van de digitale tweeling kon de integrator „het hele product al laten zien voordat de hardware er stond”, vertelt Burkert. „Toen wist ik dat het goed was”, verzekert Wolfgang Karl.

Wolfgang Karl is bij KARL STORZ de expert voor alle laserprocessen © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Stap zes: Hoge kwaliteit leveren, elke dag opnieuw

In combinatie met de passende laser – in dit geval een draadgebaseerde TruFiber 500 met 500 Watt – begon de geautomatiseerde productie. Tenslotte moesten alleen nog de medewerkers overtuigd worden die weliswaar geen lasmachine meer moesten be- en ontladen, maar wel de lades moesten vullen, de robot bedienen en de kwaliteitscontrole uitvoeren. Sarah Mühleck vertelt: „Niemand heeft zijn baan verloren. Integendeel, door de automatisering konden we het gat dat ontstond omdat mensen met pensioen gingen heel goed opvangen.” Sommige medewerkers vroegen zich af of ze met de nieuwe technologie konden omgaan. „Het bedrijf wbt automation heeft zowel in Tuttlingen als in Widnau KARL STORZ-medewerkers opgeleid. Deze zijn nu absoluut zeker van hun zaak.”

Flexibele installatie voor het 3D-laserlassen: De robot kan te allen tijde snel van het lasersysteem worden gescheiden © Stefan Hobmaier, TRUMPF

„De lasnaden zijn ongelooflijk goed.”

Sarah Mühlecks balans na iets meer dan een half jaar: „Iedere medewerker kan de robot bedienen en dit station is in ons roterende systeem zelfs bijzonder populair.” Zes maanden na de eerste bijeenkomst van alle partijen begon het TruLaser Station 7000 met KR AGILUS-robotcel zijn dienst in Widnau. Met meetbaar succes: Voor het be- en ontladen, dat met de hand ongeveer tien seconden duurt, heeft de robot slechts twee seconden nodig. Maar het belangrijkste volgens Sarah Mühleck: „Perfecte kwaliteit. De lasnaden zijn ongelooflijk goed. En het systeem is betrouwbaar, niets valt eruit.”

Sarah Mühleck bij de kwaliteitscontrole: Alleen als dekglas en huls perfect zijn gelast, kan het oculaire kapje worden gebruikt © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Conclusie: Automatisering met mijlpaalkarakter

Dr. Axel Frey, productmanager bij TRUMPF, is ook onder de indruk van dit automatiseringsproject. „Onderdelen in een laserlassysteem plaatsen en eruit halen, en dat is met de hoogste procesveiligheid – dat is iets dat een medewerker kan, maar ten eerste niet met deze snelheid en ten tweede niet 100% constant. Dit proces moet echter 24/7 constant zijn en de kwaliteit moet hoog blijven.” Met het TruLaser station 7000 in Widnau. Meer nog: „Het project heeft ook zeer positieve feedback ontvangen van medische technici uit de Verenigde Staten, aan wie ik het heb voorgesteld. Deze automatisering is op vele verschillende manieren een mijlpaalproject.”

Pick – Place – Lassen! De laserlasinstallatie levert de hoogste kwaliteit voor de endoscopie © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Elke medewerker kan de KUKA-robot bedienen en dit station is in ons roterende systeem zelfs bijzonder populair.

Sarah Mühleck, vestigingsleider KARL STORZ Widnau

Open voor nieuwe uitdagingen

Voor Joachim Burkert maakt het feit dat laserlassysteem en robots altijd snel van elkaar kunnen worden gescheiden, deze oplossing bijzonder toekomstbestendig. „Als KARL STORZ over vijf jaar een andere taak voor de robot heeft, kunnen de medewerkers de cel in minder dan een minuut loskoppelen en de KR AGILUS aan de nieuwe taak toewijzen. Of twee lasers worden aan een KR AGILUS toegewezen: Overdag werkt hij aan laser één, 's nachts aan laser twee.” Momenteel wil bij KARL STORZ in Widnau echter niemand iets veranderen. Iedereen is uiterst tevreden over hoe mensen, machines en KUKA-robots hun taken uitvoeren. „Het was,” concludeert hoofd van de vestiging Sarah Mühleck, „een fantastische samenwerking. We verheugen ons nu al op de volgende samenwerking."