Mayor flexibilidad en línea de montaje de tapas para botes de pastillas

La automatización completa de los procesos hasta ahora manuales o semiautomáticos es especialmente crítica cuando los tiempos de ciclo son muy cortos. Debido a que las estaciones de procesamiento individuales siempre presentan diferentes perfiles de movimiento, los sistemas portapiezas de ciclos fijos requieren de varias unidades operando en paralelo. Por este motivo, Goldfuß Engineering GmbH, Balingen, apuesta para el envasado de pastillas por primera vez por el eXtended Transport System (XTS) de Beckhoff. Este sistema utiliza la funcionalidad de software para un almacenamiento intermedio flexible que cumple de forma altamente dinámica con los requisitos de movimiento, reduciendo al mínimo el número de componentes.

Goldfuß desarrolla y fabrica, entre otros, máquinas especiales para la industria farmacéutica y la industria alimentaria, así como para la tecnología de plásticos. Para lograr procesos rápidos con hasta 60 piezas por minuto se requieren procesos de alimentación, posicionamiento, procesamiento y comprobación muy precisos. Gracias al XTS, las instalaciones alcanzan la flexibilidad necesaria, manteniendo una forma constructiva compacta y cortos tiempos de cambio de producto. Además, abre el camino a soluciones completamente nuevas para la realización de conceptos de máquinas altamente dinámicos, en los que las tareas de movimiento que antes eran prácticamente imposibles o habrían requerido soluciones altamente complejas ahora se pueden implementar mediante funcionalidad de software de forma confortable y flexible. “Al contrario que los sistemas portapiezas de ciclos fijos, para los cuales debemos prever hasta cuatro unidades de algunas estaciones de procesamiento individuales, el XTS ofrece mucha libertad gracias a su funcionalidad de software. Podemos utilizar tantos Movers como sean necesarios con ciclos adaptados al desarrollo del proceso”, explica Michael Müller, director de ventas del segmento de construcción de máquinas especiales y miembro de la dirección de Goldfuß.

Goldfuß lo puso en práctica en 2017 por ejemplo, en una máquina especial que monta tapas de cierre a botes de pastillas. Estas tapas disponen de un cierre de seguridad y se llenan con un desecante. El proceso de montaje no solo es exigente desde el punto de vista mecánico, sino que también debe cumplir con las normativas FDA 21 CFR parte 11. De este modo se garantiza un embalaje absolutamente limpio y sin gérmenes de los medicamentos. Puesto que los robots de montaje se encuentran principalmente en salas blancas, también los armarios de distribución de la técnica de automatización deben cumplir con las especificaciones de nivel de sala blanca 8. Los requisitos del cliente incluían además una elevada velocidad de producción, un riesgo mínimo de producción, así como una elevada flexibilidad y fiabilidad del proceso.

Los Movers XTS se pueden equipar según la necesidad con sistemas mecánicos y alojamientos de piezas adecuados, en este caso para tapas de cierre. Foto: Beckhoff.

El XTS no solo ofrece una elevada velocidad, sino también la flexibilidad necesaria para incluir pasos de procesamiento con diferentes duraciones para poner a disposición, ubicar, montar, comprobar y expulsar piezas, permitiendo cumplir con tiempos de ciclo inferiores a un segundo. “Queríamos realizar un sistema que se pudiera construir independientemente del número de estaciones de procesamiento. Para nosotros era importante que, debido a los tiempos de ciclo requeridos, pudiéramos elegir libremente nuestros componentes y alcanzar la flexibilidad necesaria mediante el número de Movers”, explica Michael Müller, y añade: “Hemos analizado diferentes sistemas portapiezas y sistemas de ciclos fijos. Pero en el caso de un portapiezas fijo, para cumplir con el tiempo de ciclo requerido, para todas las estaciones, en nuestro caso cuatro sistemas de cámaras, cuatro estaciones de procesamiento y cuatro estaciones de montaje, se necesitan tantos sistemas como para la estación cuello de botella. Esto nos llevó a elegir el XTS, que es mucho más flexible en este sentido”.

Para los cierres de seguridad se preparan piezas moldeadas por inyección como material a granel, que se alimentan a la instalación a través de transportadores helicoidales, se comprueban mediante cámaras y se colocan en los Movers XTS con los correspondientes alojamientos. Los Movers transportan los cierres a las diferentes estaciones de procesamiento como, por ejemplo, troquelado de discos de cartón, soldadura por ultrasonidos y diferentes procesos de montaje. Entremedio, las piezas se comprueban en estaciones de cámara y finalmente se controlan en una báscula. Todas las estaciones de procesamiento y comprobación están conectadas a través del recorrido de transporte ovalado del XTS. Este está compuesto por 20 módulos de motor rectos y 8 curvados (45°) con una longitud de 250 mm respectivamente. A lo largo del recorrido, con un total de aproximadamente 7,5 m, se mueven 34 Movers como portapiezas. Todo el sistema se controla a través de un único PC Industrial C6930.

Los Movers se pueden agrupar dentro de la corriente de productos en la línea de montaje de tapas de la forma deseada, es decir, de forma que se aproximen a las estaciones de procesamiento individualmente o como grupo. Cada mover se puede controlar individualmente como servoeje propio, pero también se puede sincronizar con otros Movers o desarrollos de proceso según sea necesario. En función de la tarea, los Movers se mueven independientemente de la posición absoluta y también pueden desplazarse relativamente entre sí. De este modo generan un almacenamiento temporal flexible que permite la aproximación altamente dinámica y precisa a las estaciones de procesamiento individuales en función del rendimiento de procesamiento respectivo.

Para evitar una carga excesiva de polvo y suciedad por el uso de granulado, el sistema trabaja con sobrepresión en todo el recinto. Toda la técnica de manipulación para recoger las piezas, presionarlas hacia arriba, mantenerlas en posición, comprimirlas, etc. se controla neumáticamente a través de terminales de válvulas. Una báscula de cinta comprueba además el peso de llenado al final de la línea. El sistema completo se controla a través de un PC Industrial C6930 y se opera a través de un monitor multitáctil CP3919 de 19” con la tecnología de cable único CP-Link 4. La comunicación de datos del XTS tiene lugar a través de EtherCAT de alta velocidad; los sistemas de cámara están conectados a través de Ethernet TCP/IP. Para las unidades de soldadura por ultrasonidos se utiliza la técnica de seguridad TwinSafe. Esta incluye TwinSafe Logic EL6900 para realizar las funciones correspondientes como parada de emergencia (STO) y detención segura (SS1 o SS2). Además, existen diferentes módulos de salida y entrada digitales y analógicos.

Michael Müller comenta la estructura sencilla y compacta: «La ventaja principal del XTS consiste en que todo el sistema electrónico de accionamiento y potencia, así como el registro de recorrido están montados en el módulo de motor, es decir, en el carril XTS. Por esta razón, al armario de distribución solo llegan dos cables de conexión, uno para la comunicación EtherCAT y otro para la alimentación de 24/48 V. En un PC Industrial C6930 individual, equipado con el procesador de cuatro núcleos Intel CoreT i7 y el software TwinCAT, los Movers son asignados como servoejes con todas las funciones habituales de Motion Control como disco de leva o engranaje electrónico. Estos permiten acumular los portapiezas de forma automática o una aproximación sin movimientos brusco, así como limitar las fuerzas centrífugas en las curvas. Debido a la paralelización con una CPU multinúcleo aumenta considerablemente la potencia de cálculo disponible en comparación con la ejecución secuencial mediante un núcleo, por lo que una aplicación XTS de este tipo resulta extremadamente eficiente”.

Los Movers XTS entran generalmente uno tras otro a una estación. Si el tiempo de ciclo así lo requiere, también pueden entrar en paralelo a estaciones de diseño múltiple. Por ejemplo, si el ciclo de procesamiento es superior a un segundo, se debe duplicar, triplicar o cuadriplicar el número de estaciones de procesamiento. El proceso de soldadura por ultrasonidos requiere de tres a cuatro segundos. Para cumplir con el tiempo de ciclo, Goldfuß utiliza actualmente tres unidades de soldadura por ultrasonidos. Un cuarto lugar se mantiene libre para un eventual aumento del tiempo de ciclo. En las estaciones de montaje ocurre algo similar. En ellas se montan cuatro tapas de cierre simultáneamente. Debido a los rápidos movimientos de los Movers, la máquina es independiente de la división de las estaciones individuales y cumple de forma precisa con el tiempo de ciclo. Esto permite alcanzar un rendimiento de 60 piezas por minuto. La rápida estación de cámara ofrece resultados en menos de un segundo, por lo que basta con una única cámara por la que pasan todos los Movers.

“La línea de montaje ahora es tan flexible que se puede prescindir de actuadores. En comparación con los sistemas convencionales, XTS requiere menos componentes, lo que reduce considerablemente la complejidad mecánica”, destaca Michael Müller. “Con el sistema podemos optimizar los perfiles de movimiento de forma precisa para los tiempos de ciclo y somos independientes de la división de las diferentes estaciones de procesamiento. Además, los módulos se pueden sustituir, modificar o complementar sin gran esfuerzo en caso de nuevos requisitos para los productos. Las modificaciones mecánicas son mínimas, ya que la propia adaptación tiene lugar mediante el software. Además, la máquina presenta una estructura tan modular que nos permitirá satisfacer nuevos requisitos y las necesidades de otros sectores específicos en el futuro”.