Die Firma EISAI Machinery mit Sitz in Köln ist spezialisiert auf die Prüfung pharmazeutischer Produkte. Das Unternehmen entwickelt und baut Prüfanlagen für Medikamente und deren Verpackungen. Die gerade fertiggestellte Anlage AIM 596 prüft, je nach Anwendung und Kundenwunsch, an bis zu sechs Stationen im Durchschnitt 6000 mit flüssiger Arznei oder gefriergetrockneten Pulver gefüllte Glasfläschchen pro Stunde. Die schnellste Version schafft bis zu 12.000 dieser Prüfeinheiten. Die Technologie, die solche Prüfgeschwindigkeiten ermöglicht, ist Bildverarbeitung. In mehreren Schritten prüfen – neben zwei Industrie-Kameras – vorwiegend kompakte Vision-Systeme der Firma Cognex die filigranen Glasviolen und deren Inhalt auf unterschiedlichste Fehler.

Im Folgenden wird der Prüfvorgang anhand zweier Glasviolen – eine mit Flüssigkeit und eine mit Pulver befüllt – beobachtet. An der ersten Prüfstation inspiziert das kompakte Vision-System In-Sight 5600 die beiden Fläschchen. Es ist gemeinsam mit den zwei Kameras auf einem Träger angebracht, der sich mittels eines oszillierenden Getriebes über eine Strecke von rund 20 cm parallel zu den Prüfprodukten bewegt. Das autarke System In-Sight 5600 verarbeitet bis zu 60 Vollbilder in der Sekunde und im Partial-Scan-Modus sogar bis zu 200 Aufnahmen.

Die Prüfung beginnt

Glasviolen im kritischen Blick: Das Vision-System prüft das gefriergetrocknete Pulver auf Verunreinigungen.

© Cognex

Im ersten Schritt des Prüfvorgangs sondiert die intelligente Kamera den Inhalt von schräg oben. Dieser Blick auf den Pulver-Kuchen gefriergetrockneter Arznei offenbart mögliche Fremdkörper auf der Oberfläche. Gleichzeitig nimmt das Bildverarbeitungssystem die Inhalte hinsichtlich Splashings unter die Lupe – das sind Produktspritzer, die beim (unerwünschten) Aufkochen des Materials während des Gefriertrocknens entstehen.

Im zweiten Schritt inspizieren zwei Industriekameras von der Seite den unteren und oberen Behälterbereich. Die Bildverarbeitung sucht nach Verschmutzungen an der Kuchenaußenseite sowie Risse, Kratzer oder Lufteinschlüsse im Glas. Bei dem Fläschchen mit der flüssigen Arznei sucht die Bildverarbeitung zusätzlich nach unbeweglichen, schweren Partikeln.

Nach dieser ersten Inspektionsstation, reihen sich die beiden Behälter auf einem Sternrad zur Bodenkontrolle ein. Diese erfolgt mit einer weiteren In-Sight 5600, die nach Rissen an der Unterseite der Fläschchen sucht. Beim Pulver prüft das Vision-System die Glasviolen gleichzeitig auf unerwünschte Partikel und Meltbacks, das sind Kondensatrückstände eiweißhaltiger Produkte, die während des Gefriertrocknens entstehen können.

Gut verschlossen

Das Vision-System In-Sight 5400 erkennt verformte Verbördelungen.

© Cognex

Die nachfolgenden Kontrollen mit Graubild- und Farbbildverarbeitung führen eine In-Sight 5400C (mit Farbsensor) und eine 5400 aus. Die Inspektion betrifft den Verschluss der Glasviolen. Zu den Kriterien zählen hierbei das Vorhandensein der Teile, die Farbe der Deckel und bei Aluminiumkappen die korrekte Verarbeitung der Verbördelung, auch Crimping genannt. Beim Crimping wird eine Aluminiumhülse über den oberen Glasrand gezogen, die das Herausgleiten des Verschlussstopfens verhindert. Während sich die Glasbehälter um 360° drehen, prüft die monochrome, intel­ligente Kamera 5400, ob die Aluminiumhülsen richtig um den Rand der Glaskante herumgeführt wurden und ob die Stopfen daran sicher halten.

In einem weiteren Prüfvorgang prüft eine In-Sight 5400C die Kappe und das Flip-Off-Siegel der Glasviolen von oben. Die Bildverarbeitung prüft neben dem Vorhandensein aller Teile den korrekten Sitz der Kappen und insbesondere auch, ob die Farbe der Plastikdeckel korrekt ist. In der Pharmaindustrie sind Farbcodierungen ein markantes Merkmal. Die Algorithmen für die Farbbildverarbeitung von Cognex können feinste Farbnuancen unterscheiden und dadurch komplexe Anforderungen erfüllen. Neben dem additiven/subtraktiven Farbmodell von RGB/CYMK ist das erweiterte Farbmodell HSV/HSB verfügbar.

Die Prüfung des pulverbefüllten Fläschchens ist hier abgeschlossen. Die folgende Station untersucht ausschließlich flüssige Produkte auf die Anwesenheit unerwünschter Partikel. In einem speziell entwickelten Verfahren durchleuchtet gebündeltes Halogenlicht die Glasviolen. Hier nimmt keine Kamera, sondern ein Fotosensor das Licht auf. Unmittelbar vor dem Prüfvorgang wird das Fläschchen in Rotation gebracht und kurz vor dem Durchleuchten abrupt gestoppt. Dadurch erhält die Flüssigkeit einen Drehimpuls und steigt im mittleren Bereich der Glasviole in einem Wirbel nach oben, während sie im Außenbereich mit niedriger Geschwindigkeit nach unten sinkt. Auf diese Weise durchläuft ein möglicherweise vorhandener Partikel mehrmals den gesamten Prüfbereich und kann dadurch detektiert werden.

Fehler erkennen und Ursachen finden

Von oben prüft das Vision-System 5400C Kappe und Siegel der Fläschchen mittels Farbbildverarbeitung.

© Cognex

Im Anschluss an die Prüfungen gelangen die Glasviolen per Sternrad zur Endsortierung. Fehlerhafte Produkte werden nach Art des Defekts in verschiedene Trays sortiert. Der Anlagenbetreiber kann dadurch systematische Fehler erkennen und die Ursachen gezielt aufspüren. Produkte, die den Prüfprozess bestehen, leitet die Anlage an eine Etikettier- oder Verpackungsmaschine weiter. Mit 100 % Produktqualität machen sich die Glasviolen über den Pharma­großhandel auf den Weg zu Kliniken, Apotheken und Arztpraxen.
 
Bei der Anlage zur Violen-Kontrolle arbeiten die EISAI-Entwickler mit dem Softwarepaket In-Sight Explorers, über das sie eine angepasste Bedienoberfläche legen. Maschinenbediener greifen damit bei Produktwechseln problemlos auf fertige Rezepte zu, die abrufbereit in einer Datenbank gespeichert sind. Neue Prüfparameter werden mit wenigen Klicks als Datenpaket an die Vision-Systeme übertragen. In-Sight Explorer verfügt über eine umfassende Bibliothek von Bildverarbeitungsver­fahren. Darüber hinaus kann sie als einfach zu handhabende Entwicklungsumgebung ein ganzes Netzwerk von Vision-Systemen in die Anlage einbinden.

Details zur Bildverarbeitung

Die Versionen der Vision-Systeme In-Sight unterscheiden sich in der Leistungsfähigkeit. So weist beispielsweise das 5600 gegenüber dem 5400-System die zweifache Rechnerleistung und einen doppelt so großen Speicherplatz auf. Dabei kann die Hard- und Software optimal jeder Anwendung angepasst werden, was effiziente und kostengünstige Lösungen ermöglicht.

Beide Vision-Systeme nutzen die Software Patmax, ein geometrieorientiertes Analyse-Verfahren, auf dem anwendungsspezifische Vision-Tools, beispielsweise zur Inspektion, Lokalisierung oder auch zur Vermessung aufbauen. Gerade bei den schwer zu iden­tifizierenden Rissen ermöglicht die Software eine präzise Parametrierung der Kamerasysteme. Die Systeme der In-Sight-Serie sind aufgrund ihrer Robustheit selbst in schwierigem Umfeld einsetzbar. Sie sind in robusten Aluminium- oder Edelstahl-Gehäusen ausgeführt und gegenüber Vib­rationen weitgehend unempfindlich. Zudem kontrollieren sie in rascher
Abfolge eine hohe Stückzahl einzelner Prüflinge.

Autor: Ralf Baumann ist freier Fachjournalist aus Karlsruhe.