Erhöhter Durchsatz und mehr Inspektionsinformationen für medizinische Geräte

Im Jahr 2019 suchte der Automatisierungsingenieur von Orchid nach Technologien zur Automatisierung der Mess- und Qualitätsprozesse, um die Prüfzeiten zu verkürzen und mehr Informationen aus den Prüfergebnissen ziehen zu können. Orchid zog auch 3D-Messlösungen mit dem ATOS-System in Betracht. Nach Überprüfung der Ergebnisse einer mit der Technologie durchgeführten R&R-Studie (Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit) erwarb Orchid einen Blaulicht-3D-Scanner einschließlich ZEISS INSPECT und VMR (Virtual Measuring Room) App, um die Endkontrolle, die produktionsbegleitende und die Produktionskontrolle vollständig zu automatisieren.

Da viele der Kundenvorgaben von Orchid vorschreiben, welche Messgeräte für die Inspektion zulässig sind, war für die Implementierung der ATOS-Technologie die Zustimmung der Kunden erforderlich.

„Sie wollen eine messtechnische Reproduzierbarkeit und Wiederholgenauigkeit und sicherstellen, dass unabhängig davon, auf wie viele verschiedene Arten Sie das Teil auf einer Vorrichtung einrichten, die Inspektion das Teil jedes Mal auf die gleiche Weise vorfindet und mit einer computergestützten KMG-Prüfmethode korreliert, die seit jeher der Industriestandard ist. Wenn wir also die KMG korrelieren und eine gute messtechnische Reproduzierbarkeit und Wiederholgenauigkeit nachweisen könnten, die etwa 10 % der Merkmalstoleranz beträgt, wäre es für Kunden viel einfacher, den Prozess wohlwollend anzunehmen. Es gibt viele andere Inspektionssysteme, aber diese sind nicht in der Lage, bis auf 10 % der Merkmalstoleranz herunterzugehen, was unser Ziel ist“, sagt Frank Sears, leitender Qualitätsingenieur am Orchid-Standort in Oregon. Darüber hinaus misst ATOS die vollflächige Oberflächengeometrie mit Hilfe einer fortschrittlichen Blaulicht-Streifenprojektionstechnologie und erstellt so einen digitalen Zwilling des gesamten Produkts.

Nachdem die ATOS-Technologie zahlreiche Korrelationsstudien und Studien zu Wiederholgenauigkeit und Reproduzierbarkeit erfolgreich absolviert hatte, erhielt Orchid innerhalb der ersten 12 Monate nach dem Kauf die Zusage von zwei Kunden für insgesamt fünf verschiedene Produkte.

Sears und sein Team nutzen die Offline- und Online-Programmierfunktionen von Smart Teach in der VMR-App, um den Roboterarm in der ScanBox automatisch zu positionieren und perfekt auszurichten. Dadurch werden optimale Winkel für den ATOS Sensor erreicht, um ausreichende Daten zu sammeln. Um ihren Prozess weiter voranzutreiben, arbeiteten sie mit dem ZEISS Team von Automatisierungsexperten zusammen, um eine kundenspezifische Vorlage zu erstellen, die Skripting-Methoden verwendet, um automatisierte 3D-Scans und Inspektionen durchzuführen, die speziell auf die Anforderungen der Kunden von Orchid zugeschnitten sind. Das Skript wird über den Kiosk-Modus verarbeitet, der nahtlos mit der VMR-App kommuniziert, um Batch-Scannen für mehrteilige Bauteilinspektionen durchzuführen. Der Bediener setzt mehrere Knieimplantat-Komponenten, durchschnittlich 24 auf einmal, auf eine Haltevorrichtung in der ScanBox. Durch Drücken einer Taste wird die ScanBox aktiviert und kann mit der Digitalisierung der Charge von Teilen beginnen. Die Software trennt auf intelligente Weise die 3D-Netzdatensätze der verschiedenen Komponenten und speichert sie jeweils in einem eigenen Ordner. Die Software durchläuft dann alle einzelnen Datensätze, wendet die entsprechende Messprüfvorlage an und erstellt automatisch einen Bericht.

Durch die Implementierung dieses Prozesses wurde das ursprüngliche Ziel von Orchid, die Inspektionszeit zu verringern und Teileinformationen mit einem höheren Informationsgehalt zu beziehen, sofort erreicht. „Für die Prüfung von Knieimplantaten benötigten wir früher etwa vier Minuten pro Stück, und wir hatten nur vier Merkmale, die wir mit einer herkömmlichen Messmethode gemessen haben. Der Kunde hat den Wunsch geäußert, dass wir viele weitere Merkmale prüfen sollen, also fügten wir eine größere Anzahl zu prüfender Merkmale hinzu, mehr als wir es normalerweise tun würden. Mit unserer ScanBox sparen wir trotzdem noch Zeit. Bei 40 Teilen würden wir drei Stunden brauchen, um mit einem KMG mit einem einzigen Auslösepunkt nur vier Merkmale an jedem Teil zu prüfen. Jetzt brauchen wir etwa 45 Minuten bis eine Stunde für die gleiche Anzahl von Teilen, und wir prüfen eine viel größere Anzahl an Merkmalen", so Kirk Dorr, Leiter der Qualitätskontrolle bei Orchid Orthopedic Solutions.

Das Team von Orchid profitiert auch von der Interaktion mit den visuellen Daten von ZEISS INSPECT, um die Informationen klarer darzustellen, während sie die Flexibilität haben, diese je nach Bedarf detailliert oder weniger detailliert zu gestalten. Die Möglichkeit, die Daten flexibel zu verarbeiten, um Inspektionsmerkmale, Visualisierungen und Modelle anzuzeigen, hilft bei der Erstellung von Inspektionsberichten, die eine klare Kundenkommunikation und Zusammenarbeit unterstützen.

„ZEISS INSPECT bietet eine 3D-Oberflächenkarte (Farbkarte, Heatmap), die in Echtzeit im 3D-Koordinatenraum gedreht und analysiert werden kann. Farbkarten zeigen Ihnen, wo die höchsten Punkte liegen, wo genau Sie nachbessern müssen und in welchen Bereichen noch Verbesserungsbedarf besteht. Das ist wirklich hilfreich“, sagte Sears.

Die zukünftigen Pläne von Orchid beinhalten, mehr Kundenakzeptanz für die ScanBox-Technologie zu gewinnen, um die Produktfamilien zu erweitern, die sie mit dieser fortschrittlichen Technologie inspizieren können. Die deutliche Zeitersparnis ist ein Grund für diesen Vorstoß, aber der wichtigste Grund sind die Kosteneinsparungen.

„Im letzten Jahr haben wir mit unserer ScanBox mehr als 100.000 Gussteile geprüft, die früher mit dem KMG geprüft wurden. Wir wollten unsere tatsächlichen Einsparungen berechnen und haben festgestellt, dass wir nach den ersten 12 Monaten bereits den ROI erreicht hatten und weiteres Potenzial für Kosteneinsparungen besteht, wenn wir mehr Teile nicht mehr mit dem KMG, sondern mit der ScanBox prüfen“, so Sears. „Unser Plan ist es, weiterhin Geld zu sparen und die Prüfungen zu beschleunigen, indem wir weitere Produkte mit der ScanBox prüfen. Unsere aktuelle ScanBox ist in zwei Acht-Stunden-Schichten zu 80 % ausgelastet. Eine zweite ScanBox wird uns in die Lage versetzen, mehr Produkte pro Tag zu verarbeiten und schließlich unseren Durchsatz und unsere Einsparungen zu verdoppeln, indem wir mehr Produktfamilien auf die Lösung von ZEISS übertragen.“