Um die Covid-19 Pandemie zu bekämpfen, wird rund um den Globus angestrebt, die Bevölkerung möglichst schnell mit Impfstoff zu versorgen. Ein entscheidender Faktor für die Lieferung der Impfstoffdosen sind Glasfläschchen. Daher fahren die Produzenten der Fläschchen nun 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.
Rollrandflaschen, Gewindeflaschen oder Ampullen aus Borosilikatglas für Impfstoffe unterliegen höchsten Qualitätsanforderungen
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 i.d.R. zeit- und kapitalintensiv. Eine kostengünstige, schnell integrierbare, 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.
Strenge Qualitätsanforderungen
Um eine schnelle Qualitätskontrolle mit hoher Verlässlichkeit in der Fehlererkennung bei der Herstellung von Impfstoff-Fläschchen zu ermöglichen werden Hochleistungskameras verwendet, die über hochauflösende Sensoren verfügen und dabei hohe Frameraten ermöglichen. Die GigE Industriekameras aus der IDS uEye CP-Familie werden kombiniert mit industrietauglichen Touchscreen-Monitoren, Schaltschrank, Anschluss an das jeweilige Produktionssystem sowie einer intelligenten Software.
Das All-in-One Prüfsystem Vialchecker zur automatischen Dimensions- und Oberflächeninspektion von Impfstofffläschchen ist in zwei Varianten verfügbar. 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.
Hohe Messgenauigkeit
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 mm. Mängel wie Risse, Kratzer, Absplitterungen, Einschlüsse oder Flecken hingegen werden vom Vialchecker Cosmetic mithilfe der leistungsstarken Kameras mit einer Genauigkeit von 0,1 mm2 erfasst. Die intelligente Software ermöglicht eine genaue Fehlerbeschreibungsanalyse und Klassifizierung.
Die Prüfung erfolgt an verschiedenen Stellen des Herstellungsprozesses, z.B. direkt nach der Formung der Flaschen oder kurz vor der Verpackung. Ein System unterstützt dabei i.d.R. 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 z.B. das seitlich rotierende Röhrenglas oder den Glasboden und liefern hochauflösende Bilder.
120 Fläschchenkontrollen pro Minute
Die Kameras erfassen mindestens 20 Bilder pro Rotation, damit kann der Vialchecker bis zu 120 Fläschchen pro Minute mit einer hohen Genauigkeit kontrollieren. Neben der Echtzeit-Verarbeitung mit niedriger Latenzzeit erfolgt eine detaillierte Protokollierung des Systembetriebs. Die Software stellt dabei sicher, dass die Produkte innerhalb der geometrischen Produktspezifikation liegen und fehlerfrei sind, und dass dabei die Qualitätsanforderungen erfüllt werden.
Das Multikamerasystem ermöglicht Hochgeschwindigkeitsverarbeitung bei der Qualitätskontrolle von Impfstoffflaschen
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 hohe Funktionalität mit umfangreicher Pixelvorverarbeitung und eignen sich dank des internen 120 MB Bildspeichers zum Zwischenspeichern von Bildsequenzen vor allem für Multikamerasysteme wie den Vialchecker. Die Kameras liefern Daten in voller GigE-Geschwindigkeit und ermöglichen mithilfe Power over Ethernet (PoE) den Einkabel-Betrieb bis zu 100 m.
CMOS-Sensor mit umschaltbaren Shutter-Modi
Eines der bevorzugten Modelle ist die Industriekamera UI-5250CP-M-GL mit einem der empfindlichsten Sensoren im IDS Portfolio. Der CMOS-Sensor 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 rauschfreie Aufnahme von hohen Kontrasten ermöglichen. „Dies ist besonders wichtig für die schnelle, zuverlässige Erkennung von Mängeln an der Glasoberfläche“, erklärt 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 vor allem dieses kleine Kraftpaket mit einer Framerate von 52 fps für die unterschiedlichen Prüfaufgaben entlang der Produktionslinie geeignet.
Software mit benutzerfreundlicher Oberfläche
Die IDS Kameras sind direkt mit C++ an das System angebunden. Ein von Isotronic 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 wurde. Außerdem ist der Vialchecker optimiert für den Fernsupport mit kontinuierlichen Updates und Softwareverbesserungen. 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 cloudbasierte Lösungen für den Umgang mit großen Datenmengen, sowie eine detaillierte Analytik und Prozessoptimierung gehören zum Leistungsumfang. Möglich sind z.B. 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 werden Charts pro Qualitätsmaß berechnet. 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 Mayer Eichberger.
Quelle: IDS Imaging Development Systems
