Aus Nest, Tub und Kiste greifen: Spritzen, Tubs, transparente Laborteile und gefrorene Flaschen in der Medizin- und Pharmazelle

Tubs aus dem Umkarton: 0 oder 180 Grad als einzige Aussage

In einer Anfrage aus dem Spritzenhandling sollen Tubs aus Umkartons entnommen werden, die von mehreren Kartonlieferanten stammen. Der Roboter greift mehrere Tubs auf einmal, per Klemm- oder Vakuumgreifer, und setzt sie gegebenenfalls auf einer Zwischenstation ab. Vorher braucht er für jeden Tub genau eine Aussage: liegt er bei 0 oder bei 180 Grad, und wo ist die Lasche, die in Laufrichtung vorne liegen soll? Alle Tubs einer Lage werden dabei betrachtet. Die Anfrage steht im Angebotsstadium.

Die Schwierigkeit liegt in der Verpackung. Die Tubs stammen von drei Lieferanten, und noch sind nicht alle Folien bekannt. Eine Auswertung, die auf den Glanz einer bestimmten Folie angelernt ist, trägt deshalb nicht. Stabiler ist ein Merkmal, das bei jedem Lieferanten gleich bleibt, etwa die Kontur des Tubs oder die Lage der Lasche. Weil das Konzept als Standard für weitere Merkmale offen bleiben soll, gehört die Wahl dieses Merkmals an den Anfang der Auslegung und nicht an ihr Ende.

Für diese Aufgabe kommt die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS in Frage. Eine Mustersuche auf die Kontur liefert Position und Winkel, eine AI-Klassifizierung kann zwei Bildklassen wie 0 und 180 Grad unterscheiden. Ob die Folien der verschiedenen Lieferanten dabei stören, zeigt nur ein Test mit Mustern jeder Folie. Das Ergebnis geht über EtherNet/IP, PROFINET oder EtherCAT an die Steuerung. In einer solchen Zelle folgt auf diesen Schritt üblicherweise das Öffnen des Tubs, etwa das Abziehen des Tyvek-Deckels, bevor das Nest frei liegt.

Die verlorene Spritze auf dem Nest: Zellverfügbarkeit statt Vollständigkeitsprüfung

Im Nest selbst werden die Spritzen einzeln entnommen, bis es leer ist. In einem Konzept für ein Nest mit etwa zwei Dutzend Spritzen verliert der Roboter gelegentlich eine Spritze. Sie fällt quer auf das Nest und kann die folgenden Griffe blockieren. Gesucht ist eine Kamera, die genau diesen Zustand erkennt und die Maschine stoppt, damit ein Bediener eingreift. Das Konzept liegt als Richtpreis vor, Muster fehlen, und das zugehörige Projekt ist nicht mehr aktiv.

Bemerkenswert ist, was ausdrücklich keinen Alarm auslösen darf. Bereits geleerte Kavitäten sind kein Fehler, das leere Nest ebenso wenig, und eine Spritze, die noch richtig in ihrer Kavität steht, ist kein NG. Das Nest soll sich leeren. Die Frage lautet also nicht, ob es vollständig ist, sondern ob etwas dort liegt, wo es nicht hingehört. Das ist eine Frage der Zellverfügbarkeit: Die Kamera schützt den nächsten Griff und verhindert, dass der Roboter auf eine liegende Spritze trifft.

Das Bildmerkmal ist die Richtung. Eine stehende Spritze zeigt von oben ihren Querschnitt, eine liegende zeigt ihre ganze Länge quer über die Kavitäten. Im Konzept wird eine Kamera etwa 900 mm zentrisch über dem Nest erwogen, alternativ eine schräge Draufsicht. Bei einem Nest von gut einem Viertelmeter Kantenlänge und 2432 Bildpunkten in der Breite ergibt sich rechnerisch etwa 0,1 mm je Bildpunkt, eine liegende Spritze bedeckt also eine große Fläche im Bild. Ob eine Mustersuche auf die liegende Form oder eine AI-Klassifizierung der Zustände auf der All-in-One Kamera zuverlässiger trennt, klärt erst ein Test mit echten Nestern.

Die Auswertezeit ist unkritisch. Der Roboter braucht für die Übergabe ohnehin Zeit, und in dieser Zeit ist das Bild ausgewertet. Die Kamera muss also nicht schneller sein als der Takt, sondern nur vor dem nächsten Griff fertig.

Transparente Spitzen und gefrorene Flaschen: das Produkt als Testfrage

Beim Griff in die Kiste wechselt die Methode. Hier liegen die Teile nicht geordnet in einem Träger, sondern ungeordnet in der Tiefe, und die Zelle braucht ein Höhenbild.

Ein Hersteller von Laborverbrauchsmaterial möchte Pipetten- und Dosierspitzen verschiedener Länge, teils transparent und mit farbigen Markierungen, aus einer weißen Kiste mit Beutel greifen. Die Kiste misst etwa 600 x 400 x 320 mm. Transparenz nennt die Anfrage selbst als Schwierigkeit. Drei Varianten sollen deshalb zuerst im Labor getestet werden, bevor über Greifer, Takt oder Zellenzahl gesprochen wird. Im Gespräch sind ein Takt von etwa 2,5 Sekunden, noch offen und möglicherweise aufgeteilt, und ein Sauger oder Fingergreifer, der ebenfalls im Test ausgewählt werden soll. Reaktionsgefäße sind als spätere und in der Erkennung schwierigere Kandidaten genannt.

In einer anderen Anfrage aus der Plasmaverarbeitung sollen gefrorene Kunststoffflaschen von etwa 8 cm Durchmesser aus Kartons entnommen werden, die auf einem Stopp-Förderer ankommen. Die Flaschen können stehen, liegen oder umgefallen sein. Der Greifer richtet sich nach diesem Zustand, nicht nach der Variante: Stehende Flaschen nimmt ein Backengreifer, liegende und umgefallene ein Sauger. Das Konzept sieht für mehrere Varianten mehrere Kameras vor. Angefragt ist ein Richtpreis, die Tests stehen noch aus. Ob die Oberfläche einer gefrorenen Flasche genug Muster für die 3D-Erfassung zurückgibt, gehört in diesen Test.

Schüttgut für den Laser: die Übergabe von Roboter zu Roboter

Eine frühe Anfrage eines Medizinprodukteherstellers betrifft schwarze Speichelsauger und Spritzengehäuse als Schüttgut in einer Kiste von etwa 800 x 600 x 500 mm. Ein Roboter soll die Teile per Vakuum greifen und einem Laser zuführen, der sie beschriftet. Damit beide Seiten beschriftet werden können, übernimmt ein zweiter Roboter das Teil vom ersten. Genannt sind etwa vier Sekunden je Teil und eine sehr genaue Ablage.

Die Übergabe verändert die Anforderung an den ersten Griff. Der erste Roboter muss das Teil nicht nur aus der Kiste holen, sondern es in einer Lage halten, die der zweite sicher übernehmen kann. Wo der Sauger ansetzt, legt also die Übergabe fest und nicht allein die Lage in der Kiste. Die Beschriftung selbst ist ein eigenes Thema. Die schwarze Farbe ist hier die Testfrage, denn sehr dunkle Oberflächen werfen wenig vom projizierten Muster zurück.

Was 3D-Robotervision von der Oberfläche braucht und wie die Kiste die Kamera wählt

Die Kamera für 3D ROBOT VISION RB-500, RB-800 oder RB-1200 auf der Universellen Bildverarbeitungsplattform der Modellreihe CV-X arbeitet mit Streifenprojektion: Aus 136 Einzelbildern mit HDR entsteht ein 3D-Ergebnis, die 3D-Suche dauert etwa 0,5 Sekunden. Das Verfahren braucht eine Oberfläche, die das projizierte Muster zurückgibt. Ein Projektionsalgorithmus mit um 90 Grad versetzten Mustern verringert den Einfluss von Reflexionen. In dunklen Bereichen lassen sich Höhendaten dagegen nicht korrekt ermitteln. Für transparente Spitzen und schwarze Speichelsauger ist deshalb der Test am eigenen Teil der Schritt, der entscheidet, und keine Datenblattzeile.

Die Kistengröße wählt die Kamera. Die RB-500 erfasst etwa 520 x 390 x 200 mm bei ±0,1 mm, die RB-800 etwa 860 x 645 x 500 mm bei ±0,2 mm, die RB-1200 bis 1260 x 1260 x 1000 mm bei ±0,4 mm. Die Kiste mit Pipettenspitzen ist mit 320 mm Tiefe rechnerisch zu tief für die RB-500 und fällt in den Bereich der RB-800. Die Kiste mit den Speichelsaugern liegt mit 500 mm Tiefe genau an deren Grenze. Mehr als 1000 mm Tiefe deckt eine Kameraposition nicht ab.

Vor dem Test lässt sich die Zelle im Picking-Simulator durchspielen. Er arbeitet mit einer Physikengine, stapelt Teile zufällig, geschichtet oder an der Wand und übernimmt das CAD des Greifers, sodass Kollisionen mit der Kistenwand früh sichtbar werden. Die Roboteranbindung erfolgt über Ethernet oder RS-232C, dokumentiert für zwölf Roboterhersteller. Muss nach dem Griff ein Typ unterschieden werden, etwa zwischen Pipetten- und Dosierspitze, ist das ein 2D-Schritt nach der Entnahme und kein Teil der 3D-Suche.

Weder Isolator noch Reinraum: die Zelle vom Produkt und vom Träger her auslegen

Zwei der Anfragen sagen etwas, das der verbreiteten Annahme widerspricht. Im Konzept für die verlorene Spritze ist Isolatortauglichkeit ausdrücklich nicht gefordert. Eine Anfrage aus der Implantatfertigung beschreibt eine normale saubere Produktion ohne Reinraum, ohne gefilterte Luft, ohne Masken und ohne Schleusen. Die Betriebsbedingung ist in diesen Fällen also kein Ausgangspunkt der Auslegung.

Ausgelegt wird die Zelle stattdessen vom Produkt und vom Träger her: von der Folie des Tubs, der Lage der Spritze im Nest, der Transparenz der Spitze, dem Zustand der gefrorenen Flasche und der Farbe des Speichelsaugers. Eine GMP-Umgebung verlangt Nachweise für Anlage und Prozess, an der Pickregel ändert sie nichts. Wie flache Blister und Packungen vom Band mit 2D-Roboterführung gegriffen werden, beschreibt der Hauptbeitrag dieses Themas.

Häufige Fragen

Weiterführende Artikel

Übergeordnete Themenseite: Qualitätssicherung und Dokumentation in der Medizin- und Pharmaproduktion: Der Überblick für QS- und Laborverantwortliche

Hauptartikel zum Thema: Vom Band in die nächste Station: 2D-Roboterführung für Blister, Medizinpackungen und Implantatteile