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3D-Verpackungskontrolle in der Pharmaindustrie

3D-Vision-Sensor für die Blisterkontrolle

Farbe und 3D in einem

Die Scanware Electronic GmbH fertigt Inspektionssysteme für die 3D-Qualitätskontrolle von pharmazeutischen Produkten im Verpackungsprozess. Seit nunmehr zehn Jahren setzt die Bickenbacher Firma bei der Entwicklung kundenspezifischer Lösungen auf den hochauflösenden 3D-Vision-Sensor Ranger. Die hohe Geschwindigkeit bei der Übertragung der Zeilenprofile wird besonders schnell arbeitenden Verpackungsmaschinen gerecht.

Produktkontrolle durch den Lynx-Spectra 3D. Mit an Bord der 3D-Vision Sensor Ranger. (Bild: Scanware Electronic GmbH)

Bild 1: Produktkontrolle durch den Lynx-Spectra 3D, einem hochauflösendes, lasergestütztes Bildverarbeitungssystem zur 3D-Kontrolle der Geometrie von Folie, Tabletten und Kapseln auf unerwünschte Verformungen.(Bild: Scanware Electronic GmbH)

Bereits 2006 suchte Scanware nach einer Lösung zur Sicherstellung der korrekten Befüllung von Blisterverpackungen. „Es ging darum, die Qualität von versiegelten Aluminiumblistern sicherzustellen. Um die Qualität des Produkts nicht zu gefährden, sollten kleinste Verformungen im Aluminium festgestellt werden, die durch den Transportprozess in der Maschine entstehen“, blickt Harald Mätzig, Geschäftsführer bei Scanware, zurück. Um diese Aufgabenstellung zu lösen, wurden Versuche mit S/W- und Farbkameras in Kombination mit verschiedensten Beleuchtungstechniken durchgeführt – leider erfolglos. „Wir suchten nach einem Produkt, das auf einer sehr schnellen Verpackungsmaschine zum Einsatz kommen sollte. Neben der hohen Auflösung war auch eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit wesentlich“, so Mätzig. „Auf der Vision 2006 entdeckten wir die Streaming-Kamera Ranger C50, die dann bemustert wurde. Unsere Versuche waren erfolgreich und 2007 bauten wir die Kamera auf eine Verpackungsmaschine auf, die schließlich in der Produktion zur Qualitätskontrolle eingesetzt wurde.“

3D-Kontrolle für Tabletten, Kapseln und Pulvermengen

Ab 2008 begann das Team mit der Weiterentwicklung der bestehenden Bildverarbeitungssysteme Lynx-Spectra CL/HR auf Basis der Farbfüllgutkontrolle. Das daraus hervorgehende System Lynx-Spectra 3D ist ein hochauflösendes, lasergestütztes Bildverarbeitungssystem zur 3D-Kontrolle der Geometrie von Folie, Tabletten und Kapseln auf unerwünschte Verformungen jeglicher Art, wie z.B. Druckstellen, Ausbuchtungen oder Abplatzungen. Dominik Hüfner, Systementwickler bei Scanware, erklärt: „Das 3D-System besteht aus einem Farbteil und einem 3D-Teil mit der Streaming-Kamera Ranger C50, um Produkte auf Farbe, Form und Volumen zu prüfen.“ Die Standardkonfiguration der Kamera erfolgte mit einer x/y/z-Auflösung von ca.0,1mm/Pixel bei einer Bandgeschwindigkeit von bis zu 1,5m/s. „Diese Kamera erlaubt es uns, 3D-Daten in sehr hoher Geschwindigkeit mit sehr hoher Qualität zu erzeugen,“ so Hüfner. „Das eröffnet uns ganz neue Möglichkeiten, Produktmerkmale zu kontrollieren, die mit einer 2D-Kamera einfach nicht erfasst werden können. Erst eine zusätzliche Höhenkontrolle sorgt für eine sichere Erkennung von Defekten an Produkt und Verpackung. Etwa wenn Tabletten hochkant stehen, können sie beim Siegelprozess die Siegelfolie durchstoßen und somit den Blister beschädigen. Oder wenn Tabletten in der Mitte auseinandergebrochen sind und nur eine Hälfte im Blister liegt. Erst Ranger hat es möglich gemacht, solche Defekte in der Höhe und im Volumen sicher zu erkennen. So können wir entsprechend mangelhafte Produkte und Verpackungen dann auch ausschleusen.“ Das Scanware-System eignet sich sogar für die Kontrolle eines dosierten Volumens kleiner Pulvermengen in Aluminiumblisterstreifen. Die Erweiterung der bereits vorhandenen Farbsysteme um die Streaming-Kamera brachte mechanische und elektrische Herausforderungen mit sich. So mussten etwa die Ergebnisse der Kamera mit dem Farbsystem verknüpft und an die Maschine übergeben werden. Darüber hinaus galt es, die Zeilenkameratechnologie der Ranger C50 in bestehende und neue Verpackungsmaschinen verschiedenster Hersteller zu integrieren. Somit wurde die Kamera vollständig unter dem Echtzeit-Betriebssystem QNX implementiert. Die Bildgenerierung erfolgt über ein Laser-Lichtschnittverfahren. Die Bildaufnahmegeometrie für das Laserlichtschnittverfahren wurde in einer Scanware-Beleuchtungseinheit konstruiert, wobei sich die Baugröße der Lasereinheiten durch Spiegelumlenkung verkleinern ließ. Die Nutzung der Kamera setzte einen Framegrabber und eine Multikamera-Mischkarte voraus, welche die zeilenorientierte Bildübertragung unterstützt. Da sämtliche Auswertealgorithmen in-house entwickelt wurden, konnte bei der Anpassung des Systems an kundenspezifische Applikationen ein hoher Grad an Flexibilität bei gleichzeitig maximaler Performance erreicht werden.

3D- und Farbdaten pixelgenau überlagern

 Lynx-Spectra 3D ist ein hochauflösendes, lasergestütztes verarbeitungssystem zur 3D-Kontrolle der Geometrie von Folie, Tabletten und Kapseln auf unerwünschte Verformungen. (Bild: Scanware Electronic GmbH)

Bild 2: Lynx-Spectra 3D ist ein hochauflösendes, lasergestütztes verarbeitungssystem zur 3D-Kontrolle der Geometrie von Folie, Tabletten und Kapseln auf unerwünschte Verformungen. (Bild: Scanware Electronic GmbH)

Das neue System ist dank seiner Benutzeroberfläche, die der vereinheitlichten Menüstruktur aller Scanware-Systeme entspricht, einfach bedienbar. Die Bildverarbeitungsbibliothek ist um 3D-Auswertealgorithmen erweitert. Zum besseren Verständnis der Auswerteergebnisse ist das System mit einer 3D-Visualisierung ausgestattet. Das System ist zertifiziert nach Laserschutzklasse 1 und bietet somit maximale Sicherheit für den Benutzer. Die Ranger-Kamera verfügt über eine MultiScan-Funktion, über die sich eine Vielzahl weiterer Objektmerkmale wie z.B. Kontrast, Glanz und Laserstreuung gleichzeitig messen lassen. Somit bietet sie eine bessere Erkennungsleistung bei kontrastarmen Objekten wie z.B. grau auf Aluminium. Aufbauend auf den langjährigen Erfahrungen, soll demnächst der neue Systemtyp Lynx-Spectra 3D color, der eine pixelgenaue Kombination von 3D- und Farbdaten in einem ermöglicht, auf den Markt gebracht werden. In diesem System kommt die 3D-Kamera ColorRanger E zum Einsatz. „ColorRanger bietet uns die Möglichkeit, 3D-Daten und Farbdaten pixelgenau zu überlagern und somit eine Auswertung von Farbe und 3D in einem Durchgang zu machen,“ erläutert Dominik Hüfner. Gerade die Reduzierung der Baugröße erlaubt eine bessere Integration auf baulich begrenzten Maschinen und Anlagen. „Da wir die Baugröße deutlich verkleinern können, gewinnen wir zusätzliche Möglichkeiten, kundenspezifische Systeme noch kompakter zu gestalten. Denn jetzt können Farbe und 3D in einem Gehäuse verbaut werden.“

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