Auf dem Weg zur Smart Factory

Bördelqualitätsprüfung an Vials: Ein spezieller Sensor ermöglicht die 360-Grad-Inspektion der Verschlusskappen mit nur einer Kamera.
Bördelqualitätsprüfung an Vials: Ein spezieller Sensor ermöglicht die 360-Grad-Inspektion der Verschlusskappen mit nur einer Kamera. (Bild: VITRONIC)

Im Bereich der Pharmaproduktion steht die industrielle Bildverarbeitung (Machine Vision) für sichere Produktqualität, hohe Effizienz und stabile Prozesse. Die dabei eingesetzten automatischen visuellen Prüfsysteme liefern zudem wertvolle Daten für die intelligente Fabrik der Zukunft. Aus Machine Vision wird bei Vitronic so Machine Learning.

Automatische visuelle Prüfsysteme übernehmen immer komplexere Inspektionsaufgaben. Vor allem in der pharmazeutischen Produktion gibt es strenge gesetzliche Vorgaben, die im gesamten Abfüllungs- und Verpackungsprozess erfüllt und deren Einhaltung dokumentiert werden müssen. Die sichere Versorgung der Patienten hat oberste Priorität. Wichtige Grundvoraussetzung hierfür sind zu 100 Prozent geprüfte Produkte.

Im Zuge dieser Prüfung müssen alle definierten Fehlermerkmale, die im Abfüll- bzw. im Verpackungsprozess auftreten können, zuverlässig erkannt werden. Das erfordert ein äußerst leistungsfähiges und intelligentes Inspektionssystem mit Hard- und Softwarekomponenten, die optimal aufeinander abgestimmt sind.

Dietmar Karepin, Business Development Manager Healthcare bei VITRONIC

Dietmar Karepin, Business Development Manager Healthcare bei VITRONIC (Bild: VITRONIC)

„Die EU-FMD fordert die lückenlose Nachverfolgbarkeit im Verpackungsprozess. Gefragt sind Komplettlösungen aus einer Hand, die neben klassischen Auto-ID-Lösungen auch Qualitäts- und Montageprüfungen sowie Track & Trace enthalten und eine umfangreiche Dokumentation ermöglichen.“
Dietmar Karepin, Business Development Manager Healthcare bei VITRONIC

Automatische visuelle Prüfsysteme – unterschiedliche Anforderungen

Wie komplex die Prüfanforderungen von heute sind, zeigt die Inspektion von Vials. „Moderne Hochgeschwindigkeitsabfüllanlagen verarbeiten bis zu 600 Einheiten pro Minute, entsprechend schnell müssen diese geprüft werden. Unsere Qualitätskontrolle deckt dabei den gesamten Produktionsprozess ab“, betont Dietmar Karepin, Business Development Manager Healthcare bei der Vitronic Dr.-Ing. Stein Bildverarbeitungssysteme GmbH, Wiesbaden.

Zu den Prüfparametern gehört nicht nur die sichere Identifizierung von kleinsten Partikeln und Fasern. Die Fläschchen werden auch auf kosmetische Defekte wie Risse und Kratzer untersucht. Darüber hinaus kontrollieren die visuellen Prüfsysteme die richtige Positionierung des Stopfens und das korrekte Versiegeln der Vials – die sogenannte Bördelung.

Ein weiteres Beispiel für pharmazeutische Primärverpackungen, die mit kamerabasierten Systemen geprüft werden, sind Blow-Fill-Seal Behälter (kurz: BFS). „Bei BFS-Behältern kontrollieren wir komplett sofort nach der Abfüllung und auch vor dem Verpacken“, erklärt Karepin. „Die Inlineprüfung stellt dabei sicher, dass fehlerhafte Behälter sofort aus der Produktion genommen werden – ein wesentliches Kriterium für zuverlässige Patientenversorgung.“

Doch viele parenterale Verpackungen haben ihre Herausforderungen. So verfügen IV-Beutel über eine unregelmäßige Form, die es erschwert, gedruckte Texte, Codes und Logos zu lesen. „Hier setzen wir vor allem auf hochauflösende Kameras und auf ausgeklügelte Verfahren, die auch kleinste Fehler zuverlässig erkennen“, ergänzt Karepin.

Umfangreiche Prüfparameter und Regularien

Eine Herausforderung für Pharmaunternehmen sind die zahlreichen Regularien und Sicherheitsvorschriften wie EU FMD, die Fälschungsschutzrichtlinie der Europäischen Union. Um vor Missbrauch zu schützen, dürfen rezeptpflichtige Medikamente nur noch in einer Verpackung mit Seriennummer und Originalverschluss auf den Markt gebracht und die Daten in einer zentralen IT-Datenbank hinterlegt werden.

Das ist vor allem für international tätige Pharmaunternehmen eine Herausforderung, die auf die unterschiedlichen Regularien der einzelnen Märkte eingehen müssen. Daher enthalten deren Verpackungen immer mehr Informationen wie Beschriftungen, Codes und besondere Sicherheitsmerkmale, die teilweise für das menschliche Auge unsichtbar sind. Sie alle müssen bei der optischen Inspektion erfasst werden.

Prüfung der Bedruckung von Mehrkammerbeuteln: Die darüber befindliche 32-Megapixel-Kamera erfasst kleine Schriftgrößen auf großen Druckbereichen.

Prüfung der Bedruckung von Mehrkammerbeuteln: Die darüber befindliche 32-Megapixel-Kamera erfasst kleine Schriftgrößen auf großen Druckbereichen. (Bild: B. Braun)

Intelligente Nutzung der Prüfdaten

In der pharmazeutischen Verpackungsindustrie geht es zunehmend um die Verarbeitung kleinerer Chargen. Dafür werden flexiblere Linien benötigt, die sich innerhalb kurzer Zeit umrüsten lassen. Das erfordert auch mehr Flexibilität bei den Prüfsystemen. So müssen diese auf unterschiedliche Produktvarianten skalierbar sein und gleichzeitig eine einfache Umrüstung ermöglichen, die auch vom Anwender vorgenommen werden kann.

„Die durch automatische Prüfsysteme gewonnenen Daten bieten hierfür ein enormes Potenzial. Eine der großen Herausforderungen der Zukunft ist es, diese noch intelligenter zu nutzen“, ist sich Karepin sicher. „Gerade darauf legen wir bei der Produktentwicklung derzeit unseren Fokus.“

Ein Beispiel seien Deep-Learning-Methoden für einzelne Prüfapplikationen, die dazu dienen, die Abläufe und Ergebnisse in der Fehlererkennung weiter zu verbessern. Besonders vielversprechend ist der „Closed Loop“, also die automatische Trendanalyse. Dabei werden in der automatisierten Anwendung die Informationen aus der Prüfung ausgewertet, direkt in die Maschinensteuerung rückgekoppelt und können dann dort eine automatische Korrektur der Maschinenparameter vornehmen. „Die Maschine adaptiert sich einfach selbstständig“, verdeutlicht der Business Development Manager.

Datenaustausch und die Vernetzung vereinfachen

Maschinen, die untereinander kommunizieren können, sind ein weiteres zentrales Element der Industrie 4.0., denn nur auf diese Weise lässt sich die intelligente Fabrik der Zukunft realisieren. Das erfordert eine gemeinsame Maschinensprache wie OPC UA, weiß der Fachmann: „Wir unterstützen die OPC-UA-Machine-Vision-Initiative, die den Datenaustausch und die Vernetzung auf der Automatisierungsebene vereinfacht und damit eine flexiblere Nutzung von Vision-Systemen ermöglicht.“

Eine weitere Voraussetzung besteht in standardisierten Schnittstellen, die weitgehende Unabhängigkeit von den Komponenten der Hersteller bieten. So wird das Wiesbadener Unternehmen beim nächsten Release seiner Basissoftware Framework noch in diesem Frühjahr eine M2M-Schnittstelle, die auf dem OPC-UA-Standard basiert, als Modul für sämtliche seiner Automationslösungen bereitstellen – und damit den Bildverarbeitungsstandard für die gesamte Branche neu definieren.

Weitere Informationen auf www.vitronic.de