Imballaggi farmaceutici: Riempimento sicuro in ambiente sterile

Imballaggi farmaceutici: Riempimento sicuro in ambiente sterile

Con competenza unita, il costruttore di macchine Harro Höfliger e gli esperti di elaborazione delle immagini di STEMMER IMAGING hanno realizzato un impianto di riempimento ad alte prestazioni per camere bianche farmaceutiche.

Progettare e costruire impianti per ambienti di camere bianche di aziende farmaceutiche rappresenta una sfida particolare. Anche la produzione di farmaci e soluzioni mediche è strettamente legata a requisiti elevati di lavorazione e qualità. L'azienda di successo internazionale, con sede ad Allmersbach im Tal in Svevia, Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH, si è specializzata in questi settori impegnativi e da oltre un quarto di secolo sviluppa soluzioni di sistema complete e macchine speciali per la farmacia, il settore chimico-tecnico e il settore alimentare e delle bevande.

Tra i punti di forza dell'azienda ci sono le macchine per ambienti di camere bianche, utilizzate nella produzione di prodotti farmaceutici e medici. "Questi impianti devono soddisfare requisiti superiori alla media", spiega Manfred Hild, responsabile del reparto di tecnologia di controllo presso Harro Höfliger. Ciò deriva, tra l'altro, dal fatto che in ambienti di camere bianche vengono spesso utilizzate sostanze di pulizia aggressive, il che riduce significativamente la scelta dei materiali impiegati, afferma Hild. "Tali impianti devono essere facili da pulire e poco soggetti a riparazioni, poiché spesso l'accesso alle singole parti dell'impianto è limitato. I sistemi integrati per la misurazione, l'illuminazione o il rilevamento devono essere generalmente incassati, il che rende complicato e lungo il loro cambio in caso di guasto o manutenzione", prosegue il responsabile.

Il compito

Un progetto recente dei svevi, in cui sono state nuovamente soddisfatte queste difficili condizioni di confine, è stato recentemente consegnato al cliente: le due macchine di riempimento identiche realizzate per le cosiddette "tubi per vaccinazione orale con virus ancora vivi" consentono di riempire liquidi o materiali in pasta in tubi di plastica. Da questi contenitori, l'utente può successivamente estrarre il contenuto – simile a un tubetto di dentifricio – in modo semplice e utilizzarlo. "Durante la realizzazione di queste due macchine, non tutte le proprietà ottiche dei materiali erano note", descrive Manfred Hild una delle difficoltà affrontate dal suo team.

Una sfida maggiore, tuttavia, è stata la selezione dei componenti di elaborazione delle immagini ottimali per la stazione di allineamento realizzata nella macchina. Davanti a questa stazione di allineamento, i tubi vengono alimentati in posizione non orientata. Dopo la separazione dei tubi, vengono allineati in posizione verticale con il tappo rivolto verso il basso. Una pinza speciale afferra in parallelo dieci tubi per passaggio di lavoro e li consegna alla stazione di rotazione di allineamento.

Prima di poter riempire le sostanze nei tubi, questi devono essere prima allineati e portati in una posizione di rotazione predefinita. Questo passaggio intermedio ha due motivi: da un lato, l'allineamento definito garantisce che i tubi, durante la successiva chiusura, non si rompano lungo la loro linea di giunzione e non perdano; dall'altro, il produttore farmaceutico desidera che le scritte sui tubi siano sempre posizionate correttamente dopo la sigillatura, per una leggibilità ottimale.

Realizzazione con ostacoli

Per realizzare il compito, dieci tubi vengono consegnati da una pinza speciale a supporti specifici, dove vengono ruotati di 400 ms attorno al loro asse longitudinale. Durante questa operazione, cinque telecamere CMOS di tipo DALSA Genie del produttore canadese Teledyne DALSA verificano, su due tubi ciascuna, se i marchi di stampa applicati correttamente per l'orientamento corretto si trovano nei punti giusti. L'analisi dei segnali d'immagine trasmessi tramite interfaccia Gigabit Ethernet viene effettuata da due PC, sui quali il potente software Vision Pro di Cognex analizza le immagini in arrivo. I risultati dell'analisi vengono quindi comunicati alle stazioni di rotazione. In questo modo, il sistema di elaborazione delle immagini garantisce che le posizioni dei dieci tubi rimangano entro un'accuratezza inferiore a 2 gradi.

Le telecamere DALSA Genie utilizzate sono in grado di fornire la frequenza di immagine richiesta di circa 110 immagini al secondo con una risoluzione dell'area di 1024 x 768 pixel. "Poiché solo una parte dell'immagine era necessaria per l'allineamento dei tubi, abbiamo potuto operare le telecamere in modalità Partial Scan. In questo modo, è stato possibile aumentare ulteriormente la frequenza di immagine", riferisce Manfred Hild. Complessivamente, l'impianto gestisce più di 220 tubi al minuto, dimostrando così le prestazioni richieste per una produzione efficiente in termini di costi.

Ma la selezione delle telecamere adatte non ha risposto a tutte le domande. A causa della progettazione dell'impianto per ambienti di camere bianche, l'intera hardware di elaborazione delle immagini all'interno della macchina doveva essere contenuta in un involucro appositamente sviluppato da Harro Höfliger. Questo involucro è progettato secondo i principi GMP (Good Manufacturing Practice) e ha una superficie con rivestimento speciale, facile da pulire.

Poiché l'installazione di telecamere, obiettivi e illuminazioni richiedeva la presenza di una lastra di vetro per motivi di pulizia, l'angolo di installazione delle telecamere doveva essere scelto in modo che i riflessi di luce delle illuminazioni non entrassero nelle telecamere. Inoltre, lo spazio disponibile all'interno dell'involucro era molto limitato. "Abbiamo risolto questa situazione con connettori angolari a 90°, raccomandati dal nostro partner di elaborazione delle immagini STEMMER IMAGING per le telecamere DALSA Genie in uso", spiega Hild.

Un altro problema era che non era possibile schermare completamente l'impianto dalla luce esterna e che gli strumenti rotanti della macchina sporgevano nel campo visivo delle telecamere. "Questi parti lucide e in movimento creano riflessi di ogni tipo. Tuttavia, siamo riusciti a risolverlo tramite software combinando strumenti di rilevamento dei bordi e di istogramma", descrive Manfred Hild il metodo adottato.

Un'altra difficoltà consisteva nel riconoscere i bordi dei tubi bianchi semi-trasparenti e i marchi di stampa sui tubi contro gli sfondi presenti nella macchina, come acciaio argentato o porte di vetro. Anche in questo caso, STEMMER IMAGING ha potuto offrire una soluzione, come spiega Hild: "Durante i test di progettazione dell'impianto, si è dimostrato che le illuminazioni a LED con lunghezze d'onda nello spettro blu producono il miglior contrast tra il tubo e il marchio di stampa, così come il bordo del tubo rispetto allo sfondo."

L'elaborazione delle immagini come elemento chiave

La stazione di allineamento realizzata in collaborazione con STEMMER IMAGING è considerata da Hild come il punto assolutamente cruciale della macchina: "L'allineamento corretto dei tubi prima del riempimento e l'aumento del throughput dei tubi erano molto importanti per il cliente. Questi requisiti sono stati soddisfatti solo grazie a un sistema di elaborazione delle immagini adeguato". Secondo Hild, questa affermazione può essere generalizzata: "La farmacia, in tutti i settori, dal cerotto alla capsula, mira a un controllo al 100% dei propri prodotti. Per questo motivo, in questa industria non ci sono più macchine senza elaborazione delle immagini complessa."

Questa situazione è anche una delle ragioni per cui Harro Höfliger, a differenza di altri attori del settore, ha specialisti interni dedicati all'elaborazione delle immagini. "Consideriamo questa tecnologia come un tema centrale del nostro lavoro e possiamo offrire ai nostri clienti un servizio più completo e più rapido se possediamo le competenze necessarie", spiega Hild. Per le numerose macchine che la sua azienda realizza ogni anno, questa è la via più efficiente, è convinto.

Nonostante – o proprio grazie – alla competenza interna nell'elaborazione delle immagini, il team di Manfred Hild si affida a un fornitore affidabile per i componenti di elaborazione delle immagini necessari. Hild ritiene di aver trovato da tempo il partner giusto: "STEMMER IMAGING è da molti anni fornitore di tecnologia di elaborazione delle immagini per Harro Höfliger. Apprezzo soprattutto i servizi di consulenza dell'azienda nella scelta dei componenti ottimali per ogni applicazione. Ci hanno già fatto risparmiare molto tempo", sottolinea Hild.

Hella Gillig è il referente commerciale di STEMMER IMAGING per molti dei progetti già realizzati. Con i suoi colleghi specializzati in diversi settori, individua i componenti più adatti e conduce anche i test necessari nel laboratorio interno. "In questo modo, possiamo sempre utilizzare le ampie possibilità del nostro assortimento e attingere alle più recenti innovazioni dei nostri fornitori", afferma Gillig. Un laboratorio di elaborazione delle immagini proprio, con attrezzature altrettanto complete e aggiornate, è un servizio che pochi clienti possono permettersi, e anche Manfred Hild apprezza questa offerta: "Avere la possibilità di andare da STEMMER IMAGING e testare idee in anticipo è un servizio fantastico!"

Un altro motivo per collaborare con i fornitori di tecnologia di Puchheim è: "È strategico per Harro Höfliger acquistare componenti di elaborazione delle immagini da un'unica fonte e affidarsi a prodotti disponibili a livello mondiale. Le macchine che costruiamo per i nostri clienti sono impiegate in tutto il mondo. Per noi è molto importante che tutte le componenti possano essere sostituite rapidamente anche a livello internazionale in caso di emergenza."

Poiché sia Harro Höfliger che STEMMER IMAGING lavorano il più possibile con componenti standard, il nuovo proprietario dell'impianto di riempimento dei tubi può essere certo che la manutenzione dell'impianto non gli darà problemi.

I componenti di elaborazione delle immagini impiegati nel dettaglio

In ciascuna delle due linee di riempimento dei tubi di Harro Höfliger vengono utilizzate cinque telecamere DALSA Genie HM1024 di Teledyne DALSA, combinate ciascuna con un obiettivo HF35HA di Fujinon e due illuminazioni a barre blu LDL2-146x30 di CCS. La trasmissione dei dati ai due computer di analisi a quattro core con software Cognex Vision Pro avviene tramite cavi GigE. Le illuminazioni, gli obiettivi, le telecamere e i cavi sono stati tutti forniti da STEMMER IMAGING dopo test interni.

Harro Höfliger: costruttore di macchine oltre lo standard

La realizzazione di macchine con condizioni di confine impegnative ha portato l'azienda Harro Höfliger (www.hoefliger.com), con sede ad Allmersbach im Tal, a dedicarsi a questo settore già molti anni fa. L'azienda, con oltre 600 dipendenti in tutto il mondo, si colloca ben al di sopra dei costruttori di macchine standard, poiché sviluppa principalmente macchine specifiche per i clienti internazionali, con un focus sull'industria medica e farmaceutica. In molti altri settori industriali, Harro Höfliger gode di un'ottima reputazione come fornitore chiave di impianti di produzione e soluzioni di sistema, tra cui tecnologia asettica, tecnologia di blister e vassoi, tecnologia di siringhe e iniettori, macchine per riempimento di capsule e polveri, e altri settori.

Per facilitare la vita alla clientela internazionale, l'azienda fa parte di una rete di competenza di costruttori di macchine globali che forniscono all'industria farmaceutica. "Le competenze complementari di queste aziende permettono ai clienti del gruppo di beneficiare di percorsi brevi e di soluzioni rapide ai problemi", spiega Manfred Hild. "In questa rete, si possono sfruttare sinergie, poiché la condivisione di tecnologie dimezza i costi di sviluppo. Le aziende del gruppo possono così coprire un ampio campo, offrendo servizi a prezzi più competitivi e, ad esempio, un servizio 24 ore su 24."

Immagine: utilizzo della DALSA Genie presso Harro Höfliger