Automatisierung in der Produktion von Life Science Komponenten

Durch die Corona-Pandemie ist im Life Science Bereich eine enorme Nachfrage nach Covid-Testequipment entstanden. Der Hochlauf eines solchen Produktionsvolumens ist nur durch den Einsatz von Automatisierung zu realisieren. Auch die meisten Komponenten für die Laboranalyse werden automatisiert hergestellt.

Automatisierte Fertigungsabläufe sorgen für eine höhere Effizienz und Zuverlässigkeit. Dies gilt für die Herstellung von Geräten zur Blutanalyse oder bei der Diagnose von Gewebeproben. Und auch bei der Montage anderer Medizinprodukte sowie für Analyseprozesse in der Labordiagnostik spielt Automatisierung eine wichtige Rolle.

Da jede Automatisierungsaufgabe ihre spezifischen Anforderungen hat, sind die Hersteller solcher Automatisierungsmaschinen eigentlich Sondermaschinenbauer, typischerweise mit Wurzeln in der klassischen Fabrikautomation. Historisch bedingt besteht oftmals ein Fokus auf der Automobilproduktion, da Skaleneffekte in der Automobilproduktion von hoher Relevanz sind. Zusätzlich haben sich viele dieser Hersteller allerdings auch Know-How im Maschinenbau für den Life Science Bereich erarbeitet.

Laborautomation
Automatisierte Herstellung von Atemmasken

Objekterkennung mit schaltenden Sensoren

Hersteller von Automatisierungsgeräten sind kreative Spezialmaschinenbauer, weil sich jedes Projekt zumindest in irgendeiner Weise von den vorherigen unterscheidet. Bei automatisierten Prozessen im Labor- und Gesundheitsbereich spielt zudem die Miniaturisierung eine wesentliche Rolle, da die zu bearbeitenden oder montierten Objekte immer kleiner werden. Dazu spielt auch die Gewichtsreduktion eine wichtige Rolle. Nach der Formel „Kraft = Masse * Beschleunigung“ kann die Dynamik der Aktorbewegungen erhöht werden. Eine Reduktion der Masse führt zu einer geringeren Kraft. Diese ist nötig zur Beschleunigung und Bewegung von Objekten. Die Kraft verringert sich, wenn die Masse der Greifer und der am Greifer eingesetzten Sensoren niedriger ist.

In der automatisierten Produktion sind optische Sensoren weit verbreitet. Ihr Vorteil besteht darin, Zustände aus der Ferne zu erkennen. Bei der Herstellung von Laborgeräten im Life Science Bereich bieten miniaturisierte Optosensoren Vorteile:

Fördersystem mit optoelektronischen Sensoren für das Erkennen von Objekten

Eine besondere Herausforderung in der Labortechnik besteht in der Detektion klarer Flüssigkeiten in durchsichtigen Gefäßen. Dieser Blogbeitrag beschreibt diese Aufgabe.

Spezielle Optosensoren zur Detektion von klaren, wässrigen Flüssigkeiten

Positionserfassung und Bildverarbeitung

Die exakte Achspositionierung ist im Automatisierungsbereich ein hochaktuelles Thema.

Um geeignete Positionssensoren zu finden, sind lineare magnetkodierte Wegmesssysteme eine gute Wahl. Sie benötigen nur sehr wenig Platz und bieten für die meisten Anwendungen eine adäquate Positionsgenauigkeit.

Erfassung von Achspositionen mit magnetkodierten Wegmesssystemen

In den letzten Jahren haben außerdem Kamerasysteme Einzug in die Produktion von Laborgeräten im Life Science Bereich gehalten. Sie sind auch für Highspeed-Produktionsprozesse schnell genug und unterstützen den Einsatz künstlicher Intelligenz durch Schnittstellen zu Machine-Learning-Systemen.

Probenanalyse mit Kamerasystemen

Identifikation

Im Life Science Bereich müssen verschiedenste Objekte identifiziert und nachverfolgt werden. Hierfür sind sowohl optische Verfahren wie auch die RFID-Technologie geeignet.

Optische Scanner identifizieren automatisiert Objekte, beispielsweise Komponenten, Produkte oder Fertigungshilfsmittel. Sie lesen dabei eindimensionale Barcodes oder auch zunehmend zweidimensionale Datamatrix- oder QR-Codes und übermitteln die Objektinformationen zentral an eine Datenbank. Der Inhalt des optischen Codes, der auf dem Objekt angebracht ist, verweist auf die dort vorliegenden Objektinfos.

Auch die RFID-Technologie dient der Identifikation von Objekten. Wie beim Einsatz optischer Scanner werden die Objektinformationen zentral an eine Datenbank geschickt. Alternativ besteht die Möglichkeit der dezentralen Speicherung direkt auf dem RFID-Datenträger. Diese dezentrale Speicherung erhöht die Echtzeitfähigkeit der Speichervorgänge beispielsweise bei sehr schnell getakteten Produktionsprozessen.

RFID-Datenträger auf Palette und Lesegerät

Zusammenfassung:

Zwischen der Automatisierung im Life Science Bereich und der allgemeinen Fabrikautomation bestehen zahlreiche Parallelen. Unterschiede hingegen liegen in den Reinlichkeitsanforderungen der Umgebungsbedingungen oder in der Baugröße der Objekte. Damit unterscheiden sich auch die zu konstruierenden Fertigungsanlagen. Durch die zunehmende Integration von Cobots in diese Abläufe erhöht sich die Flexibilität in der Prozessvielfalt und der zu fertigenden Produkte.

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