Bildverarbeitung im Einsatz -  Anwendungsbeispiele aus zahlreichen Branchen

Industrielle Bildverarbeitung

in der Praxis

Kundenreferenzen und Anwendungsbeispiele

Medizinische Wirkstoffe zuverlässig verpacken

Dezember 2017

Anspruchsvolle Technologien für die Pharmaindustrie und der Bau von Maschinen in diesem Sektor zählen zu den Kernkompetenzen von Harro Höfliger. In einer neuen Anlage zur Verpackung von Schmerzmitteln sorgen Bildverarbeitungssysteme an mehreren Stellen für zuverlässige Qualitätsüberprüfungen.

Mucoadhesive Buccal Film (MBF) lautet der medizinische Fachausdruck für die Verabreichungsform der starken Schmerzmittel, für die der international tätige Maschinenbauer Harro Höfliger Produktions- und Verpackungsanlagen entwickelt und baut.

Was Patienten am Ende aus einer Verpackung entnehmen und zur Schmerzlinderung im Mund zergehen lassen, muss bei der vorangegangenen Verarbeitung in allen Prozessstadien strengsten Qualitätsanforderungen genügen.

„Bei unserer Produktions- und Verpackungsmaschine vom Typ PMK 150/300 wird zunächst der MBF-Wirkstoff, der auf einer Trägerfolie aufgebracht ist, in Form einer Rolle abgewickelt und die Schutzfolie auf der Oberseite über entsprechende Mechaniken abgezogen”, erläutert Hartwig Sauer, Leiter des Bildverarbeitungsteams bei Harro Höfliger, den ersten Schritt der Abläufe in der Maschine.

“Anschließend wird die Bahn mit einer Angabe zur Wirkstoffdosierung über einen Flexodrucker bedruckt. Der Wirkstoff ist in dem Laminat gleichmäßig verteilt, so dass die Medikamentendosierung über die Größe des MBF gesteuert werden kann. Zwischen 10 x 10 und 17 x 17mm groß sind die Produkte, die in dieser Anlage zwischen einer oberen und unteren Aluminiumverbundsfolie in jeweils 50 x 50mm große Aluminiumbeutel gesiegelt werden.

Drei Bildverarbeitungsstationen

Das erste der insgesamt drei Bildverarbeitungsmodule dieser Anlage überprüft den korrekten Aufdruck auf der Vorderseite aller drei Wirkstoffstreifen mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1050 Teilen pro Minute oder umgerechnet fast 18 Teilen pro Sekunde, und dies auf jeder der drei Bahnen. Die getriggerte Bildaufnahme über alle drei Streifen und 150 mm hinweg übernimmt dabei eine Spyder3-Zeilenkamera von Teledyne Dalsa mit 4k Pixeln Auflösung und einer APO-Componon-Optik von Schneider Kreuznach. Für die passende Beleuchtung sorgt eine rote LNSP-Zeilenbeleuchtung von CCS. Die Auswertung der Bilder aller drei Bildverarbeitungsmodule übernimmt ein Industrie-PC, der nachfolgend gesondert beschrieben wird.

Fehlerhafte Teile werden im internen Schieberegister der Maschine als „schlecht“ gekennzeichnet und am Ende der Maschine in einen separaten Auswurf ausgeschleust.

Anschließend werden aus den drei Bahnen die finalen Produkte mit einer Rotationsstanze ausgeschnitten und mittels Vakuum auf die untere Packstofffolie übergeben. Die Produkte sollten somit nun in Dreierreihen mit korrektem Abstand in Längs- und Querrichtung auf dem Trägerstoff platziert sein, was die zweite Bildverarbeitungsstation überprüft: Sie kontrolliert zum einen die Position der vereinzelten Produkte, um sicherzustellen, dass der anschließende Versiegelungsprozess korrekt ablaufen kann. Zum anderen prüft diese Station die Produktgröße sowie eine Kontamination durch Fremdkörper. Diese Fehler erkennt das System bis zu einer Größe von etwa 1 mm².

An dieser zweiten Bildverarbeitungsstation erfolgt die Bildaufnahme über alle drei Streifen hinweg erneut über die Kombination einer Spyder3-Zeilenkamera von Teledyne Dalsa mit 4k Pixeln Auflösung und einer APO-Componon-Optik von Schneider Kreuznach. Für die optimale Ausleuchtung der Streifen sorgt hier eine blaue LNSP-Zeilenbeleuchtung mit Koaxial-Aufsatz von CCS. Mit der blauen Beleuchtung konnten das Produkt und für den Fall einer späteren Erweiterung um Druckprüfungen an dieser Stelle auch die Schrift zum Hintergrund optimal kontrastiert werden.

Eine dritte Bildverarbeitungsstation prüft die Bedruckung der oberen Packstoffbahn. Diese Inspektion ist der ersten Station sehr ähnlich: Geprüft werden die zuvor gedruckten Produktionsdaten, das Verfallsdatum, die Chargennummer sowie die Packstoffnummer als 2D Matrixcode.

Anspruchsvolle Auswertung

Die zeilenförmigen Bilddaten aller drei Bildverarbeitungsstationen werden an einen speziell zusammengestellten Rechner übergeben, in dem ein Frame Grabber des Typs microEnable IV von Silicon Software die eingehenden Zeilendaten puffert, zu kompletten Bildern zusammensetzt und dann auswertet. „Dieser Teil der Aufgabe war extrem anspruchsvoll, denn die Bilder werden über die einzelnen Produkte hinweg überlappend aufgenommen“, erläutern die verantwortlichen Applikationsingenieure Achim Hasmüller und Goran Tambolas von Harro Höfliger die besonderen Anforderungen. „Jedes Bild besteht aus dem Ende des vorangegangenen Produkts, des kompletten aktuellen Produkts und dem Anfang des nachfolgenden Produkts. Auf diese Weise können wir sicherstellen, dass auch Fehler an den Schnittstellen zweier Produkte zuverlässig erkannt werden.“ Da alle Aufnahmen getriggert erfolgen, können die Positionen aller fehlerhaften Produkte im Prozess exakt verfolgt werden, um diese am Ende der Maschine als Schlechtteile auszuwerfen.

Nach diversen vergeblichen Versuchen mit anderen Technologien konnte das Bildverarbeitungs-Team von Harro Höfliger diese Verarbeitungsaufgabe mit einem Frame Grabber in Kombination mit der Softwareumgebung Visual Applets von Silicon Software lösen. Einen rechenintensiven Teil der Bildverarbeitung übernimmt dabei ein FPGA auf dem Frame Grabber und reduziert damit die CPU-Belastung des Industrie-PCs durch eine geeignete Bildvorverarbeitung.

Kompetente Partner

„An dieser für die gesamte Verarbeitung entscheidenden Stelle des Prozesses zeigte sich, wie wichtig es ist, mit kompetenten Partnern zusammenzuarbeiten“, unterstreicht Herr Sauer. „Nach einer Schulung von Silicon Software zur optimalen Nutzung der FPGA-Architektur auf dem Frame Grabber in Kombination mit Visual Applets haben wir die speziell für unsere Anforderungen nötigen Anpassungen bei STEMMER IMAGING in Auftrag gegeben. STEMMER IMAGING hat dabei die FPGA-Programmierung übernommen und das Bildverarbeitungssystem mit uns gemeinsam kontinuierlich weiterentwickelt, um unter anderem Monochrom- und Farbzeilenkameras einsetzen zu können.“

Harro Höfliger vertraut bereits seit vielen Jahren auf seinen Technologielieferant für die Bildverarbeitung. „STEMMER IMAGING unterstützt unser offenes Konzept, für jede Anlage unserer Kunden die optimalen Bildverarbeitungskomponenten auszuwählen, um deren individuelle Ansprüche erfüllen zu können. Das enorme reite Angebot an Technologien und Komponenten zu allen Fachgebieten der Bildverarbeitung sorgt dafür, dass wir die Wünsche unserer Kunden befriedigen können“*, freut sich Hartwig Sauer.

Er hebt zudem die schnelle und zuverlässige Beratung hervor, die er und sein Team bei STEMMER IMAGING erleben: „Es spart mir Arbeit und Zeit, mit nur einem kompetenten Ansprechpartner alle anstehenden Fragen zu klären oder neue Bildverarbeitungstechnologien besprechen zu können.“

Von den hier beschriebenen Anlagen hat Harro Höfliger mittlerweile weltweit bereits über 100 Stück verkauft. Auch für zukünftige Anlagen mit Bahnbreiten über 300 mm steht beim Thema Bilderverarbeitung für Hartwig Sauer fest: STEMMER IMAGING ist als Komponenten- und Technologiepartner für gemeinsame Entwicklungen im Bildverarbeitungsbereich weiterhin gesetzt.

STEMMER IMAGING

Puchheim, Germany

STEMMER IMAGING ist seit 1987 in der industriellen Bildverarbeitung tätig und mittlerweile Europas größter Technologie-Anbieter in diesem Bereich.