Assemblage robotique :une leçon d'extrême précision

Le SEYMOUR TRI-21 est une machine robotisée semi-autonome, construite par SEYMOUR Advanced Technologies (SAT). Il assemble les micro-aiguilles utilisées en chirurgie oculaire 400 % plus rapidement qu'auparavant. Conçu pour les espaces restreints en salle blanche, et doté de trois bras robotisés Meca500 à six axes, le SEYMOUR TRI-21 peut insérer des tiges de 25 mm de long dans un cylindre creux avec seulement 60 micromètres de jeu. C'est à peu près aussi épais qu'un grain de sel ou qu'un cheveu humain !

Le pharmaceutique prévoit d'ajouter six machines SAT supplémentaires pour une augmentation de 2000% du débit d'ici la fin de 2022.

Contexte

Un laboratoire pharmaceutique ophtalmique a mis au point une micro-aiguille destinée à la chirurgie oculaire. Dans l'industrie médicale, il est essentiel que l'assemblage soit à la fois transparent et stérile, et cette société a reconnu le besoin d'un moyen plus efficace d'assembler ces micro-aiguilles.

L'objectif était de réduire considérablement la charge microbienne tout en augmentant la productivité d'environ 70 %. Face à cet objectif ambitieux, il était de la plus haute importance d'engager un ingénieur en automatisation capable de repartir de zéro et de créer une solution robotique entièrement nouvelle pour répondre à leurs besoins très spécifiques. Après avoir recherché un expert avec ce niveau d'expertise, l'entreprise a fait appel à SEYMOUR Advanced Technologies (SAT), un fournisseur de technologie industrielle autonome, pour créer une machine robotique semi-autonome unique en son genre qui pourrait automatiser une machine extrêmement processus d'assemblage précis d'un outil chirurgical.

Défi

Pour créer un processus d'assemblage automatisé, stérile et précis pour prendre une tige de 25 mm de long et l'insérer avec précision dans un cylindre creux avec seulement 60 micromètres (0,0015") de dégagement.

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Dans l'environnement de fabrication actuel, ce processus est effectué manuellement à l'aide d'une loupe de grande puissance et de mains humaines. Ceci est extrêmement fastidieux et prend du temps - une moyenne de seulement 63 micro-aiguilles par heure peut être produite avec précision de cette façon. Il y a également une quantité importante de déchets dus à la rupture de l'aiguille pendant le processus d'insertion. De plus, il existe un risque accru de contamination par la "charge microbienne" (c'est-à-dire le nombre d'organismes contaminés trouvés dans une quantité donnée de matériel avant sa stérilisation).

Cette initiative résoudra de nombreux problèmes pour le pharmaceutique, à savoir :

• Accélérer le processus d'assemblage ;
• Éliminer les déchets ou les coûts inutiles ;
• Stérilisez l'espace de travail.

De plus, lors du travail sur le processus d'assemblage, SAT a remarqué un défi commun :l'aiguille n'était pas exactement au même endroit à chaque traction du robot, ce qui rendait le processus d'insertion extrêmement difficile.

Solutions

En réponse à ces défis, SAT a créé SEYMOUR TRI-21, une machine semi-autonome qui offre précision, stérilisation et élimination des déchets. Il contient trois robots Meca500 6 axes qui emmènent une seringue d'un point A à un point B, en insérant le fil de 25 mm dans l'aiguille sans faute.

Ce qui rend la solution SEYMOUR TRI-21 encore plus fiable, c'est que la micro-aiguille de l'entreprise sera désormais produite dans un environnement entièrement automatisé, par rapport aux processus manuels et semi-automatisés utilisés par d'autres fabricants.

• Vision artificielle puissante
  Ce processus unique en son genre commence par le fait que l'objet est ramassé et placé sous une caméra à micro résolution qui utilise une technologie stroboscopique variable, également connue sous le nom de "modularisation de la lumière structurée". Cette technologie détecte les ombres afin de trouver où les parties physiques de l'objet se trouvent dans un certain voisinage.
  
  L'épaisseur, la longueur et la rectitude sont ensuite calculées. Ensuite, SAT utilise ces données brutes pour calculer l'erreur de position relative et déplacer les robots vers une nouvelle position qui permet un assemblage précis. Ce processus est essentiel car les pièces internes "flottent" à l'intérieur de la coque qui est ramassée. Ainsi, même s'ils sont répétables, la fenêtre dans laquelle ils se répètent est largement supérieure à la tolérance d'assemblage des pièces, sans interférence probable.
  
  

La précision avec le machine learning

Comme indiqué précédemment, le processus d'automatisation devait être extrêmement précis en raison des propriétés des éléments à assembler. C'est pourquoi SAT a mis en œuvre l'apprentissage automatique (ML). Cela a permis à SAT de suivre automatiquement les données, d'apprendre des cycles précédents, puis de s'ajuster et de rationaliser pour les cycles futurs, en s'assurant que chaque insertion d'aiguille aligne parfaitement le fil et l'aiguille. Le taux de réussite acceptable cible est de 90 % ou plus avec une augmentation de 70 % de la productivité, les deux étant atteints avec le SEYMOUR TRI-21.

Conception :

Il était important que la conception du SEYMOUR TRI-21 soit adaptée aux besoins du secteur pharmaceutique. Ceux-ci comprenaient :

• Poignée de diagnostic
  SAT a reconfiguré la poignée perpendiculaire en une position parallèle, lui donnant plus de prédominance tout en permettant une restriction minimale des mouvements de l'utilisateur. SAT a ensuite établi un processus pour que les données soient transmises à la poignée, traduites par des modes de couleur qui alertent l'opérateur sur l'état de la machine pour l'aider à gérer la maintenance et l'entretien.
  
  
• Salle blanche de niveau ISO 7
  Le Seymour TRI-21 a été créé avec du verre de qualité médicale pour contrôler la quantité de particules pouvant pénétrer dans la machine afin de garantir que toutes les unités sont stériles selon les exigences de niveau ISO 7. Des roulements secs ont également été utilisés, éliminant les contaminants de graisse de l'environnement de fabrication.
  
  
• Internet des objets (IdO)
  Dans la lignée de l'Industrie 4.0, l'écosystème connecté de l'IoT, SAT fournira à l'entreprise une interface informatique à distance, lui permettant de faire fonctionner la machine à distance sur son téléphone ou sa tablette via une application.
  
  
• Surveillance
  Une machine qui construit les pièces d'une autre machine doit être soigneusement surveillée. Des éléments tels que la force, la torsion, la vitesse, l'accélération, le temps, la pression, le volume, les poids et les masses, la translation et la rotation doivent tous être surveillés.

Les sept unités de base SI sont composées de :

• • Longueur - mètre (m)
  • Temps - seconde(s)
  • Quantité de substance - mole (mole)
  • Courant électrique - ampère (A)
  • Température - kelvins (K)
  • Intensité lumineuse - candela (cd)
  • Masse - kilogramme (kg)

En surveillant ceux-ci, ou un sous-ensemble de ceux-ci qui se rapportent au produit, la solution SAT peut alors vérifier que le produit devient à la fois reproductible et prévisible, améliorant et évoluant finalement la technologie.

SAT surveille et fournit également des données pour soutenir l'opération et les directions. Il existe une pléthore de variables qui affectent la qualité du produit, mais seulement une petite fenêtre où les produits fonctionnent de manière cohérente. Pour ce projet, la fenêtre de qualité était de 60 micromètres.

• Petite empreinte, gros rendement

Dans l'espace de salle blanche actuel de 1 000 pieds carrés, l'industrie pharmaceutique peut avoir un maximum de deux personnes travaillant par quarts de 8 heures. Chaque travailleur formé peut produire environ 63 unités/heure ou 1 unité/min. Au cours d'un quart de travail typique, cela se traduit par une moyenne de 500 unités par personne.

Le nouveau SEYMOUR TRI-21 de 60"l x 42"p x 77"h et un opérateur pourront désormais produire environ 250 unités par heure (4/min), soit 2 000 unités/poste de 8 h. C'est une augmentation de 400 % du débit !

Ces machines robotiques modulaires peuvent être utilisées pour la R&D ainsi que pour une utilisation commerciale selon les bonnes pratiques de fabrication (BPF). Six pièces d'équipement différentes peuvent désormais être placées dans la même salle blanche, travaillant indépendamment, avec de deux à 10 opérateurs travaillant en même temps.

Quelle est la prochaine étape ?

Selon le PDG de SAT, Rob Seymour, "une fois que l'industrie pharmaceutique ophtalmique aura pleinement mis en œuvre l'utilisation de SEYMOUR TRI-21, elle augmentera sa productivité globale d'au moins 70 % et atteindra un taux de réussite minimum de 95 %. Elle verra également un important réduction de la charge biologique." Il poursuit, "au cours de l'année prochaine, l'entreprise ajoutera six robots SAT supplémentaires à sa gamme, ce qui lui permettra d'augmenter sa production de 2000% d'ici la fin de 2022".

Une version de cet article est apparue pour la première fois sur le site officiel de SAT. Reproduit avec permission.

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