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Monday, 21 Maggio 2018

Non rinunciare alle prestazioni, anche in cleanroom

Il costruttore e integratore di linee di produzione automatizzate Softsystem si è rivolto a Sinta, distributore per l’Italia dei robot industriali Epson, per la fornitura di sei robot SCARA al lavoro su una linea pilota, compatta e versatile, per trattamenti sequenziali in ambiente a contaminazione controllata. Il tutto rispettando gli standard igienici e di sicurezza imposti dall’ambiente cleanroom ISO5.

di Leonardo Albino

Automazione industriale, robotica e visione artificiale: sono queste le tre anime di Softsystem, società con sede a Montopoli in Val d’Arno, in provincia di Pisa. L’azienda, in particolare, progetta e realizza soluzioni innovative grazie al know-how acquisito dai tecnici e dall’integrazione delle varie fasi di lavoro, che vengono svolte internamente.
Tra le principali attività dell’azienda toscana ci sono ricerca e sviluppo di macchine speciali con tecnologie innovative e costruzione del prototipo; progettazione e realizzazione di isole robotizzate asservite da robot antropomorfi, collaborativi e SCARA; realizzazione di banchi prova per test su apparecchiature; fornitura di sistemi di visione artificiale integrati su linee di produzione o robot; revamping completo di linee di produzione e impianti; progettazione e realizzazione di sistemi di controllo per impianti e macchine; sviluppo di programmi di supervisione impianti e raccolta dati di produzione. Attualmente, Softsystem partecipa al progetto regionale Bando 2 “Progetti di R&S delle PMI”, con termine previsto a maggio 2018, in cui si sviluppa un progetto con robot collaborativo per implementare un processo di verifica del corretto montaggio di componenti per l’industria motociclistica con sensori 3D. Nell’ottica di Industria 4.0, l’unione di queste esperienze consente una valutazione oggettiva della qualità del processo.

Lo sviluppo del software come core business
Le industrie automobilistica, farmaceutica e vetraria sono i principali settori di riferimento per l’azienda, particolarmente attrezzata per rispondere alle esigenze espresse dal mercato per quanto riguarda la parte software degli impianti. “Lo sviluppo del software per macchine ha rappresentato per oltre 20 anni il nostro core business - spiega l’ingegner Giovanni Bisci, Managing Director di Softsystem - con una forte tendenza a integrare le apparecchiature meccaniche ed elettriche tra loro. Nel 2010, con la realizzazione interna anche della parte meccanica, siamo riusciti a concretizzare la costruzione di macchine speciali. Secondo il nostro approccio, la progettazione del software va di pari passo alla progettazione meccanica ed elettrica della macchina”. Attualmente, l’azienda dispone di 7 programmatori software interni e di un programmatore sistemista esterno. “È proprio l’attività di sviluppo software - parallela, appunto, a quella di costruzione delle macchine - che permette di essere sempre al passo con le nuove tecnologie per rispondere adeguatamente alle esigenze dei nostri clienti”, aggiunge Bisci.

Una linea pilota per la siliconatura di contenitori farmaceutici
Ha interessato proprio uno dei settori di riferimento, quello farmaceutico, il progetto che ha visto la collaborazione tra Softsystem e Sinta, distributore per l’Italia dei robot industriali Epson. Tutto è nato, ovviamente, dall’esigenza iniziale del cliente, che ha chiesto di realizzare una linea pilota per la siliconatura interna di contenitori farmaceutici in vetro, vuoti. La linea doveva essere anzitutto compatta e versatile, in grado di sviluppare un processo automatico preciso, ripetitivo e affidabile in cleanroom.
“La linea di trattamento dei contenitori farmaceutici di vetro in ambiente cleanroom ISO5 è molto compatta e caratterizzata da elevata flessibilità”, racconta Giovanni Bisci. “Significa che la linea è in grado di  processare oltre 25 formati di contenitori tra tubofiale, flaconi e siringhe, con e senza ago, di forme diverse per lunghezza, diametro e chiusura. Escluso il carico/scarico dei prodotti, il processo è completamente automatico, compreso il trattamento in temperatura che avviene in un forno dinamico”.
Particolari accorgimenti sono stati presi, in fase di progettazione, per l’utilizzo in un ambiente, come quello cleanroom, che deve essere il più possibile incontaminato. “La linea è costruita completamente in acciaio inox AISI 304, con particolari in PEEK; inoltre, essendo sottoposta a flusso laminare, presenta caratteristiche per il corretto deflusso di quest’ultimo. La progettazione ha tenuto conto di accorgimenti e soluzioni di modularità da utilizzare in applicazioni future e in contesti (il forno potrebbe avere caratteristiche ATEX) o lavorazioni con più trattamenti sequenziali”, aggiunge Bisci.

Il ruolo dei robot nel processo
Il prodotto sterile, inserito in appositi contenitori di plastica (Tub), viene smistato, nella prima stazione, in holder in PEEK molto precisi per essere sottoposto al trattamento di siliconatura e a quello di asciugatura all’interno di una camera termica.
La stazione che effettua il trattamento di siliconatura è composta principalmente da un robot cartesiano e da un sistema di erogazione della soluzione con silicone. Il robot cartesiano, con il suo movimento, sottopone singolarmente, con precisione, il contenitore in vetro al centro dell’ugello, che è fisso. Il processo termico è di tipo dinamico, con nastro trasportatore che scorre all’interno della camera termica, interfacciato per il carico e per il prelievo da due robot SCARA. Il robot che preleva l’holder dal tunnel alimenta la stazione finale di inserimento e piantaggio delle chiusure sulle siringhe. La stazione, inoltre, effettua il controllo finale del prodotto e lo smistamento in contenitori in plastica più grandi (Tub). Gli holder vuoti vengono prelevati dal robot e inseriti in contenitori in acciaio, a loro volta prelevati da un operatore e inseriti nella prima stazione di smistamento del prodotto.

Precisione, alta dinamica e compattezza: tutti i vantaggi degli SCARA
L’automazione dell’impianto ha richiesto la presenza di un totale di 8 robot: due robot cartesiani a 3 assi e sei SCARA. Entrambi i tipi di robot movimentano holder e contenitori di vetro singoli con end effector a comando pneumatico ed elettrico con elevata precisione (inferiore a 0,1 mm). Sono previsti anche dei tool per cambio end effector.
I sei robot SCARA, uguali tra loro, sono del modello
Epson LS6-602C con raggio d’azione di 600 mm, peso al polso di 6 kg e classe di protezione cleanroom ISO 4.
“La scelta di una tipologia di robot come gli SCARA è dovuta principalmente alle loro caratteristiche di precisione, alta dinamica e dimensioni compatte, che consentono di effettuare piccoli movimenti precisi in un ambiente ristretto”, prosegue il Managing Director di Softsystem. “Il marchio Epson è stato scelto in quanto da sempre, nella robotica, è sinonimo di qualità, assistenza e costi competitivi. Con Sinta, in particolare, collaboriamo sin dal 1995 integrando robot in stazioni facenti parte di linee di produzione per la componentistica automobilistica. Nel corso degli anni abbiamo seguito con interesse l’evoluzione dei prodotti che proponeva, sperimentando quelli più innovativi che ci hanno consentito di migliorare le prestazioni delle macchine che abbiamo integrato e costruito”.

CASE STORIES

Softsystem, a manufacturer and integrator of automated production lines, turned to Sinta, distributor for Italy of Epson industrial robots, for the supply of six SCARA robots to work on a compact and versatile pilot line for sequential treatments in controlled contamination environements. All this meeting the hygiene and safety standards of the ISO5 cleanroom environment.

Industrial automation, robotics and artificial vision: these are the core businesses of Softsystem, a company based in Montopoli in Val d’Arno, in the province of Pisa. In particular, the company designs and manufactures innovative solutions thanks to the know-how acquired by its technicians and from the integration of the various work stages, all carried out internally.
Among the main activities of the Tuscan company are the R&D of special machines with innovative technologies and prototype construction; design and manufacturing of robotic cells relying on six-axis, collaborative or SCARA robots; manufacturing of test benches for equipment testing; supply of imaging systems integrated on production lines or robots; complete revamping of production lines and machines; design and manufacturing of control systems for plants and machines; development of plant monitoring programs and production data collection.
Currently, Softsystem participates in the project by Regione Toscana named Bando 2 “R&D Projects of SMEs”, with deadline in May 2018, in which a project based on a collaborative robot to implement a process aimed at checking the correct assembly of components for the motorcycle industry with 3D sensors is developed. As for Industry 4.0, the combination of these experiences allows an objective evaluation of the process quality.
Software development as a core business
The automotive, pharmaceutical and glass industries are the company’s main end sectors. In fact, Softsystem is particularly equipped to meet the market requirements as for machine software. “The development of machine software has been our core business for over 20 years - explains Giovanni Bisci, Managing Director at Softsystem - with a strong attitude to the mutual integration of mechanical and electrical equipment. In 2010 we decided to enhance the company with the mechanical department, so to be able to manufacture special machines internally. According to our approach, software design goes hand in hand with the mechanical and electrical machine design”.
Currently, the company counts on 7 internal software developers and an external IT programmer. “The software development activity - which goes side by side with machine building - in fact allows us to keep up with new technologies, in order to fully meet our customers’ needs”, adds Mr Bisci.

A pilot line for the silicone coating of pharmaceutical containers
The project that saw the collaboration between Softsystem and Sinta, distributor for Italy of Epson industrial robots, concerned indeed one of the company’s main end sectors, the pharmaceutical sector. Everything started, obviously, from the initial need of the customer, which needed a pilot line for the internal silicone coating of empty glass containers for the pharmaceutical sector. First of all, the line had to be compact and versatile, then capable to develop an accurate, repetitive and reliable automatic process in the cleanroom.
“The line for silicone coating glass pharmaceutical containers in an ISO5 cleanroom environment is very compact and featured by great flexibility”, says Giovanni Bisci. “It means that the line is able to process over 25 different formats of containers, so tubes, vials, bottles and syringes, with and without needle, with different shapes as for length, diameter and closing system. Except for the products loading/unloading, the process is fully automatic, including the temperature treatment that takes place in a dynamic furnace”.
Some precautions have been taken, in the design stage, for the use in a cleanroom environment, which is supposed to be as uncontaminated as possible. “The line is completely made of AISI 304 stainless steel, with details made of PEEK; moreover, as it is subjected to laminar flow, it has suitable features for its correct outflow. The design has foreseen some modularity solutions and precautions to be used in future applications and in contexts (the furnace might have ATEX features) or processes with multiple sequential treatments”, adds Mr Bisci.
The role of robots within the process
The sterile product, inserted in special plastic containers (Tub), is sorted, in the first station, in very precise PEEK holders to be subjected to both the silicone coating and to the drying one inside a cold chamber.
The station in which the silicone coating is carried out consists mainly of a Cartesian robot in addition to a system to dispense the silicone solution. With its movement, the Cartesian robot individually and precisely places the glass container to the center of the fixed nozzle. The thermal process is dynamic, with a conveyor belt that slides inside the cold chamber and two SCARA robots in charge of loading and picking. The robot that picks up the holder from the tunnel feeds the final station for inserting and locking the syringe closing system. The station also performs final product inspection and sorting into larger plastic containers (Tub). The empty holders are picked from the robot and placed in steel containers, in turn taken by an operator and placed in the first sorting station.

Precision, high dynamics and compactness: all the advantages of the SCARAs
The machine automation required a total of 8 robots: two 3-axis Cartesian robots and six SCARAs. Both types of robots handle single holders and glass containers with pneumatically- or electrically-controlled end effectors featured by high precision (lower than 0.1 mm). Some tools for end effector replacement are also provided. The six SCARA robots, similar to each other, belong to the Epson LS6-602C series 600 mm reach, 6 kg wrist weight and an ISO 4 cleanroom protection standard.“The choice of a robot like SCARAs is mainly due to their precision, high dynamics and compactness features, which allow them to carry out small and precise movements in a restricted area”, continues Softsystem’s Managing Director. “We turned to the Epson products because they have always been associated with quality, assistance and competitive costs. We have been working with Sinta since 1995, integrating robots into stations that are part of production lines for automotive components. Over the years, we have followed with interest the evolution of the products Sinta has offered, testing the most innovative ones, which have enabled us to improve the performance of the machines we have integrated and built”.

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