Glas-Check
Intelligentes Mehrkamerasystem zur Qualitätskontrolle von Impfstoff-Flaschen
Die Bekämpfung der Covid-19 Pandemie steht weltweit ganz oben auf der Agenda. Rund um den Globus wird angestrebt, die Bevölkerung möglichst schnell mit Impfstoff zu versorgen. Doch die Bereitstellung von rund 8 Milliarden Dosen - eine für jeden Menschen auf der Welt - ist keine leichte Aufgabe. Ein entscheidender Faktor für die Lieferung der Milliarden von Impfstoffdosen sind Glasfläschchen. Etwa 50 Milliarden werden davon weltweit jährlich hergestellt. Nun fahren die Produzenten der Fläschchen ihre Produktion massiv hoch, um nicht zum sprichwörtlichen Flaschenhals der Lieferkette zu werden. Impfstoff-Fläschchen in medizinischer Qualität sind jedoch keine Standard-Glasröhren. Ob Rollrandflaschen, Gewindeflaschen oder Ampullen, sie alle werden aus dem Spezialglas Borosilikat gefertigt und erfordern maßgeschneiderte Produktionslinien. Jede Wechselwirkung zwischen dem Behälter und der darin befindlichen Flüssigkeit muss verhindert werden, da jede chemische Interferenz den Impfstoff beeinträchtigen könnte. Jeder noch so kleine Kratzer, Riss oder Sprung kann darüber hinaus eine ganze Charge unbrauchbar machen, bereits während des Abfüllprozesses die Anlage verunreinigen oder gar zum Maschinenstillstand führen.
Die Anforderungen an Hersteller sind daher enorm: es geht nicht nur um die schnelle Produktion großer Mengen, sondern auch um die Einhaltung besonders hoher Qualitätsstandards. Gleichzeitig ist die Erhöhung der Produktionskapazität in der Regel zeit- und kapitalintensiv. Eine kostengünstige, schnell integrierbare, äußerst verlässliche Lösung zur Inspektion von Impfstofffläschchen kommt aus dem deutschen Bad Königshofen: Die Isotronic GmbH, hat das automatische Röhrenglas-Prüfsystem "VialChecker" entwickelt. Als Bildverarbeitungskomponenten zur Maß- und Oberflächeninspektion kommen dabei IDS-Industriekameras aus der Kamerafamilie uEye CP zum Einsatz.
Anwendung
Impfstoff-Fläschchen fassen meist zwischen 2 ml und 100 ml Flüssigkeit. Sie sind im Durchschnitt 45 mm hoch und 11,5 mm breit. Hersteller verwenden hierfür Borosilikatglas, um die Impfstoffe während der Lagerung und des Transports in dem erforderlichen stabilen Zustand zu halten - auch bei extremen Temperaturen. Die kleinen Behälter für die kostbaren Dosen unterliegen hohen Qualitätsanforderungen. Gleichzeitig müssen derzeit große Mengen in kürzester Zeit produziert werden. Erforderlich ist eine sehr schnelle Qualitätskontrolle mit hoher Verlässlichkeit in der Fehlererkennung - wie kann das funktionieren?
Rollrandflaschen, Gewindeflaschen oder Ampullen aus Borosilikatglas für Impfstoffe unterliegen höchsten Qualitätsanforderungen
Man nehme: Hochleistungskameras, die über hochauflösende Sensoren verfügen und dabei hohe Frameraten ermöglichen. Und kombiniere die GigE Industriekameras aus der IDS uEye CP-Familie mit industrietauglichen Touchscreen-Monitoren, Schaltschrank, Anschluss an das jeweilige Produktionssystem sowie einer intelligenten Software. VialChecker heißt das All-in-One Prüfsystem zur automatischen Dimensions- und Oberflächeninspektion von Impfstofffläschchen, verfügbar in zwei Varianten. Die Einhaltung der Maße kontrolliert der "VialChecker Geometrie", während der "VialChecker Cosmetic" die Oberfläche jeder einzelnen Flasche auf Makellosigkeit überprüft. Letzterer kann wahlweise als Teil der Geometrieprüfung eingesetzt werden oder als separates System anspruchsvollere Aufgaben übernehmen.
Der VialChecker Geometrie beinhaltet mehr als 50 Maßprüfungen und übernimmt sowohl Prüfungen für Standard-, als auch für Nicht-Standard Röhrenglasprodukte mit einer Messgenauigkeit von bis zu 0,01 Millimetern. Mängel wie Risse, Kratzer, Absplitterungen, Einschlüsse oder Flecken hingegen werden vom VialChecker Cosmetic dank der leistungsstarken Kameras mit einer Genauigkeit von 0,1 Quadratmillimetern erfasst. Die intelligente Software ermöglicht eine genaue Fehlerbeschreibungsanalyse und Klassifizierung.
Die Prüfung erfolgt an verschiedenen Stellen des Herstellungsprozesses, zum Beispiel direkt nach der Formung der Flaschen oder kurz vor der Verpackung. Ein System unterstützt dabei in der Regel zwischen drei und acht Kameras, so dass entlang der Produktionslinie verschiedene Messstationen integriert werden können. "Je nach Kundenanforderung wird das System mit entsprechenden Sensoren bzw. Kameras spezifiziert oder ergänzt, zum Beispiel zur Messung der Glasdicke", erklärt Valentin Mayer-Eichberger, Chief Operating Officer bei Isotronic. "Werden mehr als acht Kameras gebraucht, werden mehrere Rechner in den Einsatz geschickt." Dabei beobachten sie beispielsweise das seitlich rotierende Röhrenglas oder den Glasboden und liefern hochauflösende Bilder.
Das Multikamerasystem "VialChecker" ermöglicht Hochgeschwindigkeitsverarbeitung bei der Qualitätskontrolle von Impfstoffflaschen
Die Kameras erfassen mindestens 20 Bilder pro Rotation, damit kann der VialChecker bis zu 120 Fläschchen pro Minute mit einer sehr hohen Genauigkeit kontrollieren. Sie liegt bei bis zu 0,01 Millimetern für Dimensionsprüfungen und 0,1 Quadratmillimeter für kosmetische Prüfungen. Neben der Echtzeit-Verarbeitung mit niedriger Latenzzeit erfolgt eine detaillierte Protokollierung des Systembetriebs. Die hohe Verlässlichkeit der Software stellt dabei sicher, dass die Produkte innerhalb der geometrischen Produktspezifikation liegen und fehlerfrei sind, und dass dabei die Qualitätsanforderungen erfüllt werden.
Je nach Anforderung und Prüfaufgabe werden für die Messstation unterschiedliche Kameramodelle benötigt. Aktuell greift Isotronic vor allem auf die IDS Kamerafamilie GigE uEye CP zurück. Sie bieten maximale Funktionalität mit umfangreicher Pixelvorverarbeitung und eignen sich dank des internen 120 MB Bildspeichers zum Zwischenspeichern von Bildsequenzen perfekt für Multikamerasysteme wie den VialChecker. Die Kameras liefern Daten in voller GigE-Geschwindigkeit und ermöglichen dank "Power over Ethernet" den Einkabel-Betrieb bis zu 100 Meter.
Eines der bevorzugten Modelle ist die UI-5250CP-M-GL mit einem 2 Megapixel CMOS-Sensor, einem der empfindlichsten Sensoren im IDS Portfolio. Er ist in den zwei Versionen Mono- und Color verfügbar und zeichnet sich durch herausragende Lichtempfindlichkeit aus. Darüber hinaus bietet er verschiedene umschaltbare Shutter-Modi, die die abbildungsgetreue Erfassung bewegter Motive oder die besonders rauschfreie Aufnahme von hohen Kontrasten ermöglichen. "Dies ist besonders wichtig für die schnelle, zuverlässige Erkennung von Mängeln an der Glasoberfläche", erklärt Valentin Mayer-Eichberger die Wahl der uEye-Kamera aus dem Hause IDS. Durch bis zu vier Areas of Interest können entweder mehrere Merkmale gleichzeitig überprüft oder die AOIs in einer Belichtungsreihe mit unterschiedlichen Parametern erfasst werden. Damit ist dieses kleine Kraftpaket mit einer Framerate von 52 fps prädestiniert für die unterschiedlichen Prüfaufgaben entlang der Produktionslinie - in hoher Geschwindigkeit: "Das System ermöglicht Hochgeschwindigkeitsverarbeitung, es schafft bis zu 120 Zyklen pro Minute", unterstreicht Valentin Mayer-Eichberger. Neben der überzeugenden Performance der Kameras spielen jedoch weitere Faktoren eine Rolle:
Wir schätzen die Einheitlichkeit und Haltbarkeit der IDS Kameras. Und den Service.
Software
Die IDS Kameras sind direkt mit C++ an das System angebunden. Ein speziell in Ihrem Unternehmen entwickelter Softwarealgorithmus erkennt Fehler und gibt die Fehlermeldung über den Monitor aus. "Wir haben nicht nur ein Messsystem, welches Gut/Schlecht mitteilt, sondern auch die Qualität von jedem Produkt mitschreibt und über die Zeit Statistiken anzeigt. Das nutzt der Einsteller der Maschine, um zu überprüfen ob noch alles korrekt ist und ob die Flasche gut eingestellt wurde."
Die Isotronic-Software verfügt über eine intuitive, benutzerfreundliche Oberfläche, die auf die Bedürfnisse der Kunden abgestimmt entwickelt wurde. Außerdem ist der VialChecker optimiert für den Fernsupport mit kontinuierlichen Updates und Softwareverbesserungen. Valentin Mayer Eichberger ist überzeugt: "Das ist die Grundlage für ein dynamisches, nachhaltiges System. Wir setzen maschinelles Lernen für anspruchsvolle Aufgaben wie die Fehlerklassifizierung ein. Vor-Ort- oder Cloud-basierte Lösungen für den Umgang mit großen Datenmengen, sowie eine detaillierte Analytik und Prozessoptimierung gehören zum Leistungsumfang.
Möglich sind beispielsweise eine Analyse der Fehlerhäufigkeit über die Zeit sowie die Überwachung des Werkzeugverschleißes und Alarmierung. Der Cloud Service für die Produktionsüberwachung ist umfangreich: "Am Ende der Produktion berechnen wir Charts pro Qualitätsmaß. Für die Abnahme des Messsystems können Zertifikate zur Genauigkeit der Messungen erstellt werden."
Ausblick
Nach Expertenschätzungen steigt die weltweite Nachfrage nach Impfstoff-Fläschchen in den nächsten zwei Jahren um ein bis zwei Milliarden. Auch der Chef von AstraZeneca, einer der großen Impfstoffproduzenten, warnte schon früh in der Pandemie: "Es gibt nicht genug Fläschchen auf der Welt." Impfstofffläschchen-Hersteller fahren weltweit die Produktion des Glases hoch, das die wertvolle Flüssigkeit schützen soll. Damit dies gelingt, sind automatische, hochleistungsfähige Prüfsysteme zur Gewährleistung des immensen Qualitätsanspruchs gefragter denn je. "Hinzu kommt ein generelles Wachstum der Branche und der Nachfrage aus dem asiatischen Raum – und das schon vor der Pandemie", bemerkt Valentin Mayer Eichberger. Gute Aussichten für Systeme wie den VialChecker: Er hilft Produzenten, nicht zum Flaschenhals in der Impfstofflieferkette zu werden.
GigE uEye CP - Unglaublich schnell, unglaublich zuverlässig, unglaubliche Sensoren
- Interface: Ethernet
- Modell: UI-5250CP-M-GL
- Interface: Ethernet
- Sensortyp: CMOS
- Hersteller: e2v
- Framerate: 52,0 fps
- Auflösung: 1600 x 1200 px / 1,92 MPixel
- Shutter: Global-Shutter
- Sensorformat: 7,200 mm x 5,400 mm
- Maße : 29,0 mm x 29,0 mm x 29,0 mm
- Gewicht: 51g
- Anschluss: GigE RJ45, verschraubbar
- Anwendungen: Industrielle BV, Qualitätssicherung, Inspektionsanwendungen, Medizintechnik (und Laborautomation), Visualisierung
Kunde
Isotronics Kerngeschäft sind Qualitätssicherungssysteme für pharmazeutische Glasflaschen. Seit 1989 entwickelt das Unternehmen optische Inspektionssystem für die Röhrenglasindustrie. Seit dem Generationswechsel im Jahr 2017 führen Gregor Fabritius und Valentin Mayer-Eichberger das Unternehmen mit starkem Innovations- und Expansionsbestreben weiter. Von den Standorten Bad Königshofen und Berlin werden mehr als 400 Messsysteme bei 50 Kunden betreut, gewartet und sukzessive modernisiert.
Für die weltweit genutzten Messstationen setzt das Unternehmen erfolgreich industrielles Know How und modernste Technologie verbunden mit progressiver, nachhaltiger Entwicklung ein, um die hohen QS-Anforderungen der der pharmazeutischen Glasverpackungsindustrie zu erfüllen.
www.isotronic.de
