Abertura e fecho automatizados dos tubos de ensaio

Dos requisitos técnicos às soluções adequadas

Na automação laboratorial, a manipulação dos tubos de ensaios de amostras e, especialmente, a respetiva abertura e fecho, constitui um desafio especial. O objetivo é combinar uma alta fiabilidade do processo com uma complexidade mínima. Aqui pode descobrir o que é preciso para chegar à solução adequada.

O elemento básico é uma unidade de pinça rotativa que, por exemplo, está ligada a um sistema de manipulação 3D. O ponto de partida para encontrar a solução adequada é as dimensões dos tubos de ensaio e os binários de rotação necessários. Também é essencial se for necessário manipular tubos de ensaio de diferentes tipos.

O binário de rotação necessário

Os próprios tubos de ensaio estabelecem os requisitos técnicos. É necessário esclarecer o binário de rotação necessário para abri-los e fechá-los. O valor de binário de rotação necessário deve ser sempre testado antecipadamente com os tubos de ensaio que serão utilizados posteriormente e em condições o mais realistas possível. Ao encher manualmente os tubos de ensaio das amostras, a rosca pode ficar contaminada com fluidos que contenham glicose ou sal, por exemplo. Após ter sido vedado, o líquido seca e cola ou cristaliza. Isto significa que, para a abertura, são necessárias forças de processo muito superiores. Se são efetuados testes apenas com tubos de ensaio novos, há o risco de se estabelecerem requisitos técnicos demasiado baixos.

As forças sobre a pinça podem ser significativamente reduzidas com uma ligação por forma. Por outro lado, a fixação por força exige forças muito superiores.

Com as soluções padrão da Festo, podem ser alcançados binários de rotação de até 5 Nm e forças de fixação (de acordo com a disposição) de até 200 N. Podem ser alcançados outros binários a pedido.

O tamanho dos tubos de ensaio

Os cursos necessários são calculados a partir da altura e do diâmetro dos tubos de ensaio.

Com os recipientes de tamanhos diferentes, além de um maior curso no Z do sistema de manipulação, também é vantajoso contar com um curso mais longo da pinça com a finalidade de cobrir o maior número de requisitos possível com um só sistema.

Isto reduz significativamente a complexidade da solução global.

Diferentes passos de rosca

Quando são manipulados tubos de ensaio de diferentes tipos numa mesma aplicação, frequentemente não só as dimensões são muito diferentes, como também as roscas das tampas.

A sincronização simultânea da rotação e do movimento de curso durante a abertura e o fecho pode ser muito complexa de resolver desde o ponto de vista do software. Por isso, foi desenvolvido um adaptador de montagem com compensação em Z para o módulo de fixação rotativo EHMD da Festo. Isto compensa automaticamente o passo de rosca das tampas de até 10 mm durante o processo de abertura e fecho. Graças a esta solução mecânica simples com um deslizador passivo, é possível evitar que o eixo Z tenha que se deslocar de forma controlada durante a rotação. A programação da sincronização já não é necessária e o desenvolvimento do processo torna-se muito mais simples.

Fixação dos tubos de ensaio

Ao abrir e fechar a tampa, o recipiente deve ser fixado adicionalmente para contrariar os binários gerados na abertura ou no fecho. Para esta tarefa oferece-se, por exemplo, uma unidade de fixação ou uma segunda pinça, que se podem adaptar a diferentes tamanhos de tubos de ensaio por meio de diferentes cursos. Dependendo dos tubos de ensaio, também uma união por forma simples com fixação passiva pode ser suficiente.

Fecho seguro

Ao fechar a tampa, devem alinhar-se duas roscas. Pode ocorrer de a tampa ficar inclinada. Ao fechar, a posição incorreta faz com que se alcance o binário de fecho predefinido, embora a tampa não esteja bem fechada. Para eliminar este risco sem precisar de sensores caros, a Festo integra uma "etapa de localização" no processo. Depois de colocar a tampa, primeiro gira-se 360° na direção anti horário com uma ligeira pressão para alinhar as roscas da tampa e do tubo de ensaio. Só então, a tampa é fechada monitorizando o ângulo de rotação. Em seguida, é realizada uma supervisão indireta do binário numa janela definida através da medição da corrente do motor. Se não aparecer nenhuma mensagem de erro neste processo, o mais provável é que o recipiente esteja bem selado.

Soluções de descapsulamento da Festo

O grande número de tubos de ensaio dá lugar a uma ampla gama de requisitos técnicos para a automação da abertura e do fecho. Para isso, a Festo oferece uma vasta gama de soluções dentro dos sistemas de manipulação compactos: desde módulos de fixação rotativos completos, até soluções a partir de componentes padrão individuais, para além de desenvolvimentos novos e específicos do cliente.

Módulo de fixação rotativo EHMD

O EHMD é o módulo de fixação rotativo mais compacto da sua classe e está especialmente apto para abrir e fechar tubos de ensaio pequenos como, por exemplo, os que são utilizados em aplicações de HPLC. O binário de rotação máximo de 0,3 Nm é suficiente para abrir tubos de ensaio de até 15 ml de capacidade. Um módulo de compensação opcional compensa automaticamente o passo de rosca das tampas durante a rotação, para facilitar a adaptação a uma ampla gama de tipos de tampas e passos de rosca. O módulo de fixação rotativo está disponível em duas versões: completamente elétrico ou com uma pinça pneumática. Ambas as versões permitem rotação ilimitada.

Módulo de fixação rotativo EHMD

Módulo híbrido rotativo/linear DSL-16- ... -SA

O DSL-16- ... -SA é perfeito para aplicações nas quais é necessário ter binários rotativos e forças de fixação elevados. Com o módulo compacto e delgado é possível abrir de forma segura e cuidadosa tubos de ensaio com rebordos redondos e tampões ou tampas vedadas, com um binário de aperto ajustável de até 1,7 Nm. A combinação do movimento pneumático de elevação e agarre e o movimento rotativo elétrico ajustável e controlável com precisão faz com que a manipulação de amostras seja segura e reprodutível .

Módulo híbrido rotativo/linear DSL-16- ... -SA

Combinação de EHPS e ERMO

Combinando a pinça elétrica padrão EHPS e o atuador rotativo elétrico ERMO, é possível cumprir muitos requisitos diferentes. Com a EHPS é possível escolher entre três tipos com diferentes comprimentos de curso para tubos de ensaio pequenos e médios. O ERMO está disponível em quatro tamanhos, com binários máximos de 0,15 a 5 Nm. O atuador rotativo inclui uma mecânica com motor de montagem fixo e sistema de acionamento (controlador do motor), tecnologia de navegador web integrada e cabos de ligação correspondentes.

Combinação de EHPS e ERMO

Desenvolvimentos à medida das necessidades do cliente

Os componentes normalizados da Festo permitem cumprir um grande número de requisitos de forma rentável, no menor espaço possível e com a máxima qualidade. Para demandas ou exigências muito específicas, a Festo modifica os produtos existentes ou desenvolve soluções completamente novas. Quanto mais cedo participarmos do processo de planeamento, maiores serão as vantagens para o cliente. Por exemplo, a Festo USA desenvolveu uma solução extremamente compacta para a manipulação de amostras que se integra perfeitamente no sistema do cliente, utilizando componentes padrão da Festo e um módulo de fixação rotativo modificado. O resultado: a mínima complexidade com a máxima produtividade e segurança do processo.

novembro 2018

Visão geral