Optische Kontrolle in Pharma-, Kosmetik-, Lebensmittelindustrie

Qualitätssicherung für Vials

Die High-Speed-CMOS-Kameras werden nach Kundenanforderungen ausgewählt. Bild: Omron

In vielen Produktionsbereichen wird heute eine 100 % Kontrolle der gefertigten Teile gefordert. Für die Pharma-, Kosmetik-, und Lebensmittelindustrie gilt es zusätzlich noch hohe Anforderungen an die Prüfung und deren Dokumentation zu erfüllen. Eine auf erprobten Technologien beruhende berührungslose, optische Kontrolle, die sich einfach an unterschiedliche Produkte anpassen lässt, erfüllt dabei zum einen die Anforderung nach Zuverlässigkeit, aber auch gleichzeitig die heutigen Forderungen nach einer flexiblen Produktion. Im beschriebenen Beispiel arbeitet ein Kamerakontrollsystem an einem Sternrad und prüft die Stopfen von Injektionsfläschchen, sogenannter Vials, auf richtigen Sitz.

Die Anforderungen an Kontrollgeräte sind unterschiedlich. Geht es einmal „nur“ um die Überprüfung „gut“ oder „schlecht“, so erfordern andere Einsatzgebiete vom Prüfsystem eine ganze Reihe von „Zusatzqualifikationen“. Ein auf höchste Anforderungen in der Pharmaindustrie ausgelegtes Kamerakontrollsystem bietet die ETW Wollmershäuser GmbH aus Wolpertshausen. Über zwei skalierbare Kameras werden die zu prüfenden Objekte von zwei Seiten aus betrachtet und bewertet. Um dieses sogenannte CrossCAM System möglichst flexibel zu gestalten arbeiten die süddeutschen Spezialisten mit dem Automatisierungsexperten Omron zusammen. Dessen breites Bildverarbeitungsportfolio erlaubt den Zuschnitt des Kontrollsystems exakt auf die jeweilige Kundenanforderung.

Zusatzqualifikation ist essenziell

Ein robustes, aerodynamisch geformtes Gehäuse aus Edelstahl schließt die beiden Kameras und die Beleuchtung nach Schutzart IP64 rundum ein. Ein Laserpointer hilft beim schnellen Ausrichten Bild: ETW

Ein robustes, aerodynamisch geformtes Gehäuse aus Edelstahl schließt die beiden Kameras und die Beleuchtung nach Schutzart IP64 rundum ein. Ein Laserpointer hilft beim schnellen Ausrichten
Bild: ETW

In Bereichen, die besondere Anforderungen an Sauberkeit und Hygiene stellen, ist ein einfaches Kontrollsystem überfordert. Bei solchen Anwendungen ist neben der eigentlichen Messaufgabe vor allem dem Anlagenumfeld Rechnung zu tragen. Ist in der Lebensmittelindustrie ein lebensmitteltaugliches Material gefragt, das auch häufigen Reinigungen und Desinfektionsmitteln widersteht, so steigen die Ansprüche beim Einsatz in Sterilräumen der Pharmaindustrie. Die Bildverarbeitungsexperten gingen daher für ihr universell einsetzbares Kontrollsystem gleich von den höchsten Anforderungen aus.

Ein robustes, aerodynamisch geformtes Gehäuse aus Edelstahl schließt die beiden Kameras und die Beleuchtung nach Schutzart IP64 rundum ein. Ein Edelstahlspiegel ermöglicht „Rundumsicht“ Bild: ETW

Ein robustes, aerodynamisch geformtes Gehäuse aus Edelstahl schließt die beiden Kameras und die Beleuchtung nach Schutzart IP64 rundum ein. Ein Edelstahlspiegel ermöglicht „Rundumsicht“
Bild: ETW

Das CrossCAM-System besteht aus einem Isolator (ein besonderer Reinraum für pharmazeutische Abfüllungen) tauglichen Edelstahlgehäuse aus 1.4404-Stahl in Schutzart IP65. Die Geometrie des Gehäuses mit robusten, drei Millimeter dicken Glasscheiben berücksichtigt nicht nur die Anforderungen der darin untergebrachten Kameras und der LED-Beleuchtung, sondern erfüllt auch weitere Nebenbedingungen. Die Form entspricht der Forderung nach hygienischem Design, erlaubt also eine einfache Reinigung und Desinfizierung. Für Laminar Flow Umgebung, also eine gleichmäßige Luftströmung von oben nach unten, die Partikel bzw. Bakterien entfernt, ist außerdem das Gehäuse so geformt, dass Verwirbelungen im Luftstrom weitgehend ausgeschlossen sind. Ein weit nach unten heruntergezogener Edelstahlspiegel für die Hintergrundbeleuchtung mit Rotlicht ermöglicht Messungen bis knapp über einem Sternrad oder einem linearen Transportband. Damit bleibt der Anwender flexibel bei der Auswahl der eingesetzten Vials, Fläschchen, Flakons oder sonstiger Behälter.

Praktischer Mehrwert

Testaufnahme der Stopfenkontrolle. Der richtige Sitz ist wichtig Bild: ETW

Testaufnahme der Stopfenkontrolle. Der richtige Sitz ist wichtig
Bild: ETW

Im System arbeiten zwei Kameras, die im rechten Winkel zueinander angeordnet sind, im Gegenlicht eines Edelstahlspiegels. Im Brennpunkt der Optik befinden sich die Prüflinge, die so exakt kontrolliert werden können. Für eine schnelle, validierbare Einstellung der gesamten Optik ist in der zentralen Achse des Gehäuses noch ein Laserpointer mit Fadenkreuz untergebracht. Zeigt das projizierte Kreuz zentrisch auf den Verschluss, so ist die Anlage optimal eingestellt. Dadurch lässt sich die kompakt bauende Kontrolleinheit (227 x 285 x 185 mm) auch leicht in bestehende Anlagen mit allen gängigen Transportsystemen nachrüsten, da eine aufwendige Justierung entfällt. Dank des skalierbaren Aufbaus muss der Kunde nur die Ausstattung bezahlen, die für seine Anwendung erforderlich ist. Das Plug-and-Play-System inklusive Dokumentation (IQ, OQ) ist auch mit einer FDA CFR21 Part 11 konformen Software-Paket erhältlich und kann die Ergebnisse per 12,1-, 15- oder 19-Zoll-Touch-TFT, Webserver oder .Net Framework darstellen. Als Sensor werden auf die Anwendung abgestimmte Kameras eingesetzt. Hier setzen die Wolpertshäuser Experten auf Omron. Das Produktprogramm bietet dafür u.a. Ausführungen von 0,3 2,0 oder 5,0 Megapixel, für Sonderfälle stehen noch weitere Varianten zur Verfügung. Im Falle der Stopfensitzkontrolle wird, wegen der nötigen feinen Bildauflösung, eine 2 Megapixel Kamera eingesetzt.

Kameratechnik nach Wahl

Die Bildverarbeitungssysteme der FH-Serie bieten reibungslose Interaktion mit SPS, Motion-Controllern und Robotersystemen Bild: Omron

Die Bildverarbeitungssysteme der FH-Serie bieten reibungslose Interaktion mit SPS, Motion-Controllern und Robotersystemen
Bild: Omron

Bildet das Edelstahlgehäuse des CrossCAM-Systems die universell einsetzbare äußere Hülle, so lassen sich die inneren Werte, sprich Kamera, Controller und Beleuchtung nach den jeweiligen Kundenanforderungen auswählen. Auch für anspruchsvolle Aufgaben geeignet, wie hier bei der Stopfensitzkontrolle, sind die FH-Bildverarbeitungssysteme von Omron. Sie sind speziell auf die reibungslose Interaktion mit SPS, Motion-Controllern und Robotersystemen ausgelegt und erleichtern so die Integration bei neuen bzw. das Nachrüsten bei bestehenden Anlagen. Die besonders leistungsfähigen Bildverarbeitungs- -Controller garantieren schnellste Auswertung und damit einen hohen Anlagendurchsatz. Dafür sind u.a. ein Intel I7-Mehrkern-Prozessor und die schnelle EtherCAT-Kommunikation zuständig, die nur rund 1/8 der Zeit benötigt gegenüber herkömmlichen Kommunikationsstandards. So können bis zu acht hochauflösende Kameras (max. 12 MPx) angeschlossen werden. Das erlaubt wie im vorliegenden Fall mit zwei Kameras die schnelle, parallele Auswertung der Aufnahmen und damit eine Gesamtbeurteilung des Stopfensitzes. Das Ergebnis lässt sich in einem EtherCAT-Kommunikationszyklus von nur 500 μs an einen Maschinen-Controller übertragen. Die vom Benutzer unabhängige Kalibriergenauigkeit erleichtert die Zertifizierung bei anspruchsvollen Einsätzen.

Die eingesetzten High-Speed-Kameras der FH-Serie gibt es in Monochrom- oder Farbausführung. Die Auflösung reicht dabei von 640H x 480V mit 0,3 MPx über 2040H x 1088V und 2 MPx bis hin zu 5 MPx bei 2040H x 2048V. Die Framerate der Kameras beträgt bei den Modellen FH-SM und FH-SC 308 fps bzw. 3,3 ms, die Modelle FH-SM/SC 02 und FH-SM/SC 04 arbeiten mit 219 fps bzw. 4,6 ms pro Bild. Damit lassen sich einerseits preiswerte Lösungen für einfache Aufgaben realisieren und andererseits auch kleinste Differenzen erkennen, um anspruchsvolle Prüfaufgaben wie im beschriebenen Beispiel sicher umzusetzen. Der Anwender bezahlt dabei nur den Aufwand, den er wirklich benötigt.

Über die ETW Wollmershäuser GmbH
Die ETW Wollmershäuser GmbH, mit Sitz im baden-württembergischen Wolpertshausen hat sich spezialisiert auf die Schwerpunkte Steuerungstechnik, Kabelkonfektionierung und Industrieelektronik. Mit 24 Mitarbeitern realisiert das Unternehmen Anlagen-Neu- und Umbauten in unterschiedlichsten Industriebranchen von der Pharmaindustrie bis hin zur Luft- und Raumfahrt. Auch eigene Produkte wie z.B. Motorensteuerungen, Kameragehäuse oder Schwingförderregelgeräte gehören ins Portfolio der Baden-Württemberger. Eine im eigenen Haus entwickelte Neuheit sind beispielsweise Edelstahl-Flachlichtbeleuchtungen mit Echtglasfrontschreibe. Sie erzeugen homogenes Licht und können dank Schutzart IP69K mit Hochdruck- /Dampfstrahl gereinigt werden. Das erlaubt bspw. den Einsatz in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie.

Über Omron
Omron Industrial Automation ist ein führender Hersteller von Hightech-Produkten und Lösungen für die Industrieautomation. Das Unternehmen ist Teil der 1933 gegründeten Omron Corporation, Kyoto, Japan mit weltweit über 35.000 Mitarbeitern. Das breite Produktspektrum beinhaltet Steuerungs-, Antriebs- und Sicherheitstechnik, Bildverarbeitung und Sensorik sowie Kontroll- und Schaltkomponenten. Ziel ist es, Maschinenbauern bedarfsgerechte, durchgängige Automatisierungslösungen aus einer Hand zur Verfügung zu stellen. Zudem bietet Omron seinen Kunden umfassendes Anwendungs-Knowhow sowie flächendeckenden Vor-Ort-Service. Allein in Europa ist Omron mit 19 Vertriebsniederlassungen vertreten und unterhält hier eigene Fertigungsstätten, u.a. in Nufringen, wo sich die Produktion von Sensoren, Lichtgittern und Lineartechnik sowie Test- und Prüfeinrichtungen befinden. Weitere Informationen finden Sie auf der Omron Website www.industrial.omron.de.

Titelbild: Omron

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Helge Preuschl

Field Sales Engineer Sensor, Vision & Safety bei Omron

Andreas Zeiff

Andreas Zeiff

Studium des Chemie-Ingenieurwesens und der Chemie, Beschäftigung mit Elektronik, berufliche Tätigkeit im Maschinenbau, seit Ende 1998 journalistisch tätig für das Redaktionsbüro Stutensee.

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