XPlanar 提升醫療器材組裝效率
Automation NTH 專家團隊成功將醫療診斷器材組裝設備的空間需求降低了 10 倍。此外，每台設備的生產速度從 5 分鐘大幅縮短至 5 秒。倍福 XPlanar 智能輸送系統奠定了此創新系統概念的基礎。憑藉懸浮動子技術，該系統可在多達六個自由度下，實現全方位的產品輸送與控制。
Automation NTH 成立於 1999 年，總部位於田納西州拉維爾尼市（LaVergne, Tennessee），最初以系統整合商起家，如今已成為生命科學應用的專業解決方案供應商。「多數客製化的自動化設備，尤其在醫療器材組裝領域，極度重視軟體整合效能。」Automation NTH 銷售主管 Peter Sarvey 表示。正因如此，生命科學領域的專家更傾向導入創新技術，以實現高度複雜且資料密集的自動化應用。
這裡的具體範例是：一款創新的診斷設備組裝系統，採用了倍福 XPlanar 自適應輸送系統。這些電性被動的 XPlanar 動子，懸浮於電性主動的馬達模組上方，能在運動控制中提供六自由度，並具備極高的精度與重複定位。根據 Automation NTH 表示，這項技術使得在分裝敏感試劑時，不僅實現了卓越的可追溯性，也在造價高昂的無塵室中節省了空間，並最大程度地提高產品完整性。
「我們選擇 XPlanar，是因為其具備高度彈性，能靈活輸送多種變異的產品，並且能適應未來可能變化的需求。」Automation NTH 專案經理 Rich Snodgrass 解釋道。
從手動到自動化組裝
2023 年，為了界定原本人工組裝流程的自動化範疇，一家新創公司的代表與 Automation NTH 的策略客戶總監 Molly Blazek 及銷售主管 Peter Sarvey 進行了會談。客戶需要一套配備約 50 種試劑填充器的自動化系統，並能支援三種不同器材類型的切換分注位置需求。
「將分注頭移動至產品處，若採用輸送帶、機械手臂或其他物料處理技術，將產生巨額成本與空間需求。」Peter Sarvey 指出。「隨後我們意識到，我們應該移動產品而非分注頭。」
由於這套設備將在無塵室中運作，需要嚴格的控制溫濕度環境，每平方單位的空間都極為珍貴。系統必須在盡可能緊湊的條件下，同時具備支援未來產品變更的擴充能力。根據 Molly Blazek 的說法，傳統轉盤式工作台與線性輸送系統均無法滿足任何一項需求。
接著 Automation NTH 資深控制工程師 Joseph Cocchini 開始了方案評估作業。在測試其他競爭產品後，Cocchini 與倍福美國的先進應用部門經理 Todd Thollot 就相同需求進行了全面評估。「我列出了一系列高標準的項目目標。我們需要動態協調 XPlanar 動子，利用彈簧掛鉤來實現產品的抓放，並將動子停駐於馬達方磚上進行卸載，並確保抬升、傾斜、360 度旋轉及其他功能皆符合宣傳規格。」Joseph Cocchini 表示。
「Todd 早已預先編寫多種情境程式，當下便驗證了大部分需求。更重要的是，XPlanar 的懸浮高度較先前測試系統更優異，因此動子能達到更大角度的傾斜。」他補充道。「總體而言，Todd 的實作方案更為簡潔，因為倍福系統允許存取每個獨立動子的所有運動參數，精確到 ABC 與 XYZ 座標層級。正是這種近乎無限的配置彈性，使我們最終選擇採用 XPlanar 系統。」
飛行運動實現自適應自動化
在最終定版的診斷器材組裝設備（Diagnostics Device Assembly Machine）中，操作員透過抽拉裝置進行特定器材的手動投料作業。隨後機械手臂會將器材放在 18 個 XPlanar 動子中其中一個之上。客製化治具將器材穩固鎖定在動子上。然後器材會透過 360 度旋轉進行視覺檢測。
動子沿著由 18 片馬達方磚組成的工作台上方移動，將器材依序送往各個分注站。懸浮式動子僅會在各器材製程指定的分注站停留，並在流程中途進行第二次視覺檢測。在充填環節中，XPlanar 動子會旋轉器材，使試劑能精準地根據配方要求注入正確位置。
在最終視覺檢測後，器材會被送至卷軸供料器，該設備會以 +/-30 µm 的重複精度，以黏性塑膠蓋進行密封。然後動子會將成品運送至操作員工作站。動子將釋放鉤滑入溝槽，向前微移鬆開器材，隨後停靠於下方的方磚並斷電，結束懸浮狀態。此時操作員可安全穿透光幕，伸手取出已完成之器材。
功能強大的軟體與硬體
TwinCAT 提供端到端自動化工程與運作平台。TwinCAT 整合於 Microsoft Visual Studio® 中，使工程師能運用最適合應用需求的語言進行程式編寫。此外，該軟體還包含專為 XPlanar 設計的圖形化配置工具，可協助使用者：建立馬達方磚佈局、透過簡單的拖放操作新增動子、定義路徑與工作站，以及模擬運動軌跡。
在硬體方面，採用倍福 C6670 控制櫃式工業伺服器，可支援 XPlanar 及第三方設備的控制。這款具備 40 個核心的工業電腦具備充足的運算能力，其中預留部分核心作為未來需求使用。讓 Joseph Cocchini 更加印象深刻的是，驅動四軸卷軸供料系統的 C6017 超緊湊型工業電腦。
「C6017 配備 8 GB DDR4 RAM 記憶體、320 GB 硬碟、4 個乙太網路連接埠及 4 個 USB 連接埠。」Cocchini 解釋道。「那台輕巧的 Windows 10 電腦驅動著如同智慧型手機大小的 HMI，搭載自訂的 Solid JavaScript ，同時運作 Python Web 伺服器與 MongoDB 資料庫，用於管理 OEE、製程配方、配置參數等多元功能。在我的職業生涯中，我從未見過如此獨特的系統。」
EtherCAT 的快速即時通訊與精確同步，對 XPlanar 系統的精密控制至關重要。僅需簡單加裝對應的總線耦合器，即可透過 EtherNet/IP 實現與各類相機、分注頭及其他設備的通訊。所有與安全相關的資料都會透過 Saftey over EtherCAT (FSoE) 傳輸至安裝在標準 I/O 區段的 TwinSAFE 終端模組，以便通過必要的安全邏輯進行評估。因此，若緊急停止開關或光幕被觸發，系統無需任何硬體接線即可進入安全狀態。除了眾多用於標準訊號的 EtherCAT 終端模組外，Automation NTH 還採用倍福的 I/O 模組，以實現過電流保護及其他功能。
醫療器材的全新組裝概念
這套完整的診斷器材組裝設備（Diagnostics Device Assembly Machine）為終端使用者原本效率低下的製造流程，提供了自動化解決方案。此外，相較於傳統線性組裝方式所需的空間，該系統更大幅減少了 90% 的占地面積。根據 Automation NTH 表示，相較於其他競品方案，XPlanar 系統還能降低供電需求，從而減少系統熱效應問題與冷卻需求。
「試劑對濕度、溫度及震動極為敏感，因此 XPlanar 無接觸式運動帶來的平順性，以及倍福提供的冷卻選項，完美契合客戶產品的相容性。」Molly Blazek 總結道。
