Farmaceutische verpakkingen: Veilige vulling in de cleanroom

Farmaceutische verpakkingen: Veilige vulling in de cleanroom

Met verenigde expertise realiseerden de machinebouwer Harro Höfliger en de beeldverwerkingsexperts van STEMMER IMAGING een high-performance vulinstallatie voor farmaceutische functionele ruimtes.

Ontwerpen en bouwen van installaties voor cleanroom-omgevingen van farmaceutische bedrijven vormt een bijzondere uitdaging. Ook de productie van geneesmiddelen en medische oplossingen is nauw verbonden met de hoogste eisen aan verwerking en kwaliteit. Het in Allmersbach im Tal gevestigde en internationaal succesvolle bedrijf Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH heeft zich gespecialiseerd in deze veeleisende sectoren en ontwikkelt al meer dan een kwart eeuw holistische systeemoplossingen en speciale machines voor de farmacie, de chemisch-technische sector en de voedings- en genotmiddelenindustrie.

Tot de uitmuntende sterke punten van het bedrijf behoren onder andere cleanroommachines die worden ingezet bij de productie van farmaceutische en medische producten. "Deze installaties moeten voldoen aan bovengemiddelde eisen," legt Manfred Hild uit, hoofd van de besturingstechniek bij Harro Höfliger. Dit volgt onder andere uit het feit dat in de cleanroom vaak agressieve reinigingsmiddelen worden gebruikt, wat de keuze van de gebruikte materialen aanzienlijk beperkt, aldus Hild. "Dergelijke installaties moeten gemakkelijk te reinigen en weinig onderhoudsgevoelig zijn, omdat er vaak slechts beperkt toegang is tot de afzonderlijke onderdelen. De geïntegreerde systemen voor meten, verlichten of detecteren moeten meestal worden ingekapseld, wat hun vervanging bij defecten of onderhoud ingewikkeld en tijdrovend maakt," vervolgt de afdelingsleider.

De taak

Een recent project van de Zwabische regio, waarbij opnieuw aan deze moeilijke randvoorwaarden moest worden voldaan, werd onlangs aan de klant opgeleverd: de twee daarbij gerealiseerde identieke vulmachines voor zogenaamde "tuben voor inspuiting met nog levende antivirussen" maken het mogelijk vloeistoffen of pasta-achtige materialen in kunststof buizen te vullen. Uit deze containers kan de gebruiker de inhoud later – vergelijkbaar met een tandpastatube – eenvoudig uitknijpen en gebruiken. "Bij de realisatie van deze twee machines waren niet alle optische materiaaleigenschappen bekend," beschrijft Manfred Hild een van de moeilijkheden voor zijn team.

Een grotere uitdaging vormde echter de selectie van de optimale beeldverwerkingscomponenten voor de uitlijningsstation die in de machine is gerealiseerd. Voor dit uitlijningsstation worden de buizen in niet-georiënteerde stand aangevoerd. Na het afzonderen van de buizen wordt hun uitlijning staand uitgevoerd, met de dop naar beneden. Een speciale grijper neemt per werkstap tien buizen gelijktijdig op en geeft ze door aan het uitlijningsdraaisysteem.

Voordat de stoffen in de buizen kunnen worden gevuld, moeten deze eerst worden uitgelijnd en in een vooraf bepaalde draairichting worden gebracht. Deze tussenstap heeft twee redenen: ten eerste wordt door de gedefinieerde uitlijning verzekerd dat de buizen bij het later afsluiten niet langs hun lengtestand breken en lekken. Ten tweede wil de farmaceutische fabrikant dat de opdrukken op de buizen na het verzegelen altijd op de juiste plek staan en zo optimaal leesbaar zijn.

Realisatie met obstakels

Voor de uitvoering van de taak worden telkens tien buizen door de eerder genoemde grijper overgedragen aan speciale houders, waar ze binnen 400 ms rond hun lengteas worden gedraaid. Daarbij controleren vijf CMOS-camera's van het type DALSA Genie van de Canadese fabrikant Teledyne DALSA, elk met een HF35HA-objectief van Fujinon en twee balkvormige, blauwe LDL2-146x30-verlichting van CCS, of de correct aangebrachte drukmarkeringen op de juiste plaatsen zitten. De beoordeling van de via Gigabit Ethernet overgedragen beeldsignalen wordt uitgevoerd door twee pc's waarop de krachtige Vision Pro-software van Cognex de binnenkomende beelden analyseert. De resultaten van de beoordeling worden vervolgens teruggekoppeld naar de draaisystemen. Op deze manier zorgt het beeldverwerkingssysteem ervoor dat de positie van de tien buizen binnen de vereiste nauwkeurigheid van minder dan 2 graden blijft.

De gebruikte DALSA Genie-camera's waren in staat om de benodigde beeldsnelheid van ongeveer 110 beelden per seconde te leveren, met een vooraf bepaalde beeldresolutie van 1024 x 768 pixels. "Aangezien slechts een deel van het beeld nodig was voor de uitlijning van de buizen, konden we de camera's in de Partial Scan-modus gebruiken. Zo konden we de beeldsnelheid nog verder verhogen," vertelt Manfred Hild. In totaal verwerkt de installatie op deze manier meer dan 220 buizen per minuut en voldoet daarmee aan de gevraagde prestaties voor kostenefficiënte productie.

Met de keuze van de juiste camera's waren echter nog lang niet alle vragen beantwoord. Vanwege de opzet van de installatie voor de cleanroom moest alle hardware voor de beeldverwerking binnen de machine worden ondergebracht in een speciaal door Harro Höfliger ontwikkelde behuizing. Deze behuizing is volgens GMP-richtlijnen (Good Manufacturing Practice) ontworpen en beschikt over een oppervlak met een speciale coating, zodat deze gemakkelijk te reinigen is.

Aangezien de montage van de camera's, lenzen en verlichtingen vanwege de reinigingsvereisten onder een glazen plaat in deze behuizing moest plaatsvinden, moest de inbouwhoek van de camera's zodanig worden gekozen dat de lichtreflecties van de verlichting niet in de camera's vallen. Bovendien was er slechts zeer weinig ruimte beschikbaar in de behuizing voor de camera's. "Deze situatie konden we oplossen met 90°-hoekkoppelingen die ons onze beeldverwerkingspartner STEMMER IMAGING aanbeveelde voor de gebruikte DALSA Genie-camera's," legt Hild uit.

Ook problematisch was dat een volledige afscherming van de installatie tegen invallend licht niet mogelijk was en dat draaibare gereedschappen van de machine in het gezichtsveld van de camera's uitstaken. "Deze glanzende, bewegende onderdelen veroorzaken allerlei storende reflecties. We konden dit echter oplossen met software door een combinatie van randdetectie- en histogramtools," beschrijft Manfred Hild de gevonden aanpak.

Een andere moeilijkheid was het herkennen van de randen van de witte, halftransparante buizen en de drukmarkeringen op de buizen tegen de achtergrond van de in de machine aanwezige achtergronden van zilverkleurig staal of glasdeuren. Ook hier kon STEMMER IMAGING een oplossing bieden, zoals Hild uitlegt: "Bij de tests tijdens de conceptfase van de installatie bleek dat LED-verlichting met golflengten in het blauwe spectrum het beste contrast tussen buis en drukmarkering en de buisrand ten opzichte van de achtergrond opleverde."

Beeldverwerking als sluitstuk

De samen met STEMMER IMAGING gerealiseerde uitlijningsstation beschouwt Hild als een absolute sleutelpositie van de machine: "De correcte draairichting van de buizen vóór het vullen en het verhogen van de doorvoer van buizen waren voor de klant zeer belangrijk. Deze eisen konden we alleen vervullen met behulp van een geschikt beeldverwerkingssysteem." Volgens Hild kan deze uitspraak ook worden gegeneraliseerd: "De farmacie streeft over alle gebieden heen, van pleisters tot capsules, naar een 100% controle van haar producten. Om die reden zijn er in deze industrie praktisch geen machines meer zonder complexe beeldverwerking."

Deze situatie is ook een reden dat Harro Höfliger, in tegenstelling tot andere spelers in de branche, specialisten voor beeldverwerking in eigen huis heeft. "Wij beschouwen deze technologie als een kernonderdeel van ons werk en kunnen onze klanten een uitgebreidere en veel snellere service bieden als wij zelf over de juiste knowhow beschikken," legt Hild uit. Bij de vele machines die zijn bedrijf per jaar realiseert, is dat volgens hem de veel efficiëntere weg.

Ondanks Рof juist vanwege Рde aanwezige beeldverwerkingsexpertise in eigen huis vertrouwt het team van Manfred Hild op een sterke leverancier voor de benodigde beeldverwerkingscomponenten. Hild is ervan overtuigd dat hij al geruime tijd de juiste partner heeft gevonden: "STEMMER IMAGING is al vele jaren leverancier voor Harro H̦fliger op het gebied van beeldverwerkingstechnologie. Ik waardeer vooral de consultancydiensten van het bedrijf bij het selecteren van de optimale componenten voor de toepassing. Dat heeft ons al vaak veel tijd bespaard," benadrukt Hild.

Hella Gillig is bij STEMMER IMAGING de verkoopcontactpersoon voor veel van de reeds gerealiseerde projecten. Zij bepaalt samen met haar collega’s, die gespecialiseerd zijn in bepaalde vakgebieden, de geschikte componenten en voert ook de benodigde tests uit in het eigen laboratorium. "Zo kunnen we steeds de brede mogelijkheden van ons assortiment inzetten en profiteren we van de nieuwste ontwikkelingen van onze leveranciers," aldus Gillig. Een eigen beeldverwerkingslaboratorium met een vergelijkbaar uitgebreide en actuele uitrusting is voor bijna geen enkele klant haalbaar, en ook Manfred Hild waardeert dit aanbod: "Dat ik met mijn klanten gewoon naar STEMMER IMAGING kan gaan en daar al vooraf ideeën kan uitproberen, is een geweldige service!"

Hij noemt nog een andere reden voor de samenwerking met de Puchheimer technologie-leverancier: "Het is onderdeel van de strategie van Harro Höfliger om beeldverwerkingcomponenten uit één hand te verkrijgen en te vertrouwen op producten die wereldwijd beschikbaar zijn. De installaties die wij voor onze klanten bouwen, worden wereldwijd ingezet. Voor ons is het daarom heel belangrijk dat alle gebruikte componenten in noodgevallen ook snel internationaal kunnen worden vervangen."

Omdat zowel Harro Höfliger als STEMMER IMAGING zoveel mogelijk met standaardcomponenten werken, kan de nieuwe eigenaar van de vulinstallatie gerust zijn dat het onderhoud van de installatie geen problemen zal opleveren.

De gebruikte beeldverwerkingscomponenten in detail

In elk van de twee vulinstallaties voor functionele ruimtes van Harro Höfliger worden vijf DALSA Genie HM1024-camera's van Teledyne DALSA gebruikt, elk gecombineerd met een HF35HA-objectief van Fujinon en twee balkvormige, blauwe LDL2-146x30-verlichting van CCS. De gegevensoverdracht naar de twee quad-core verwerkingscomputers met Cognex Vision Pro-software gebeurt via GigE-kabels. Alle gebruikte verlichting, lenzen, camera's en kabels zijn volgens interne tests door Harro Höfliger via STEMMER IMAGING aangeschaft.

Harro Höfliger: machinebouwer boven de standaard

De realisatie van machines met veeleisende randvoorwaarden heeft het bedrijf Harro Höfliger (www.hoefliger.com) met hoofdkantoor in Allmersbach im Tal al vele jaren tot zijn kernactiviteit gemaakt. Het bedrijf met meer dan 600 medewerkers wereldwijd positioneert zich duidelijk boven de standaard machinebouwers, omdat het vooral op maat gemaakte machines ontwikkelt voor haar internationaal opererende klanten, met een focus op de medische en farmaceutische industrie. In vele andere industriële sectoren geniet Harro Höfliger een uitstekende reputatie als sleutelleverancier voor productiesystemen en -oplossingen, onder andere op het gebied van aseptische technologie, blister- en tablettenmachine-technologie, spuit- en injectortechnologie, evenals capsule- en poedervulmachines en in andere gebieden.

Om het internationale klantenbestand te ondersteunen, maakt het bedrijf deel uit van een competentienetwerk van wereldwijd actieve machinebouwers die de farmaceutische industrie bedienen. "Door de complementaire competenties van deze bedrijven profiteren klanten van korte lijnen en snelle probleemoplossingen," legt Manfred Hild uit. "In deze bedrijfsvereniging kunnen synergieën worden benut, want het 'delen' van technologieën halveert de ontwikkelingskosten. De bedrijven kunnen zo niet alleen een breed scala aan oplossingen bieden, maar ook diensten tegen gunstigere prijzen, zoals 24-uurs service."

Afbeelding: inzet van de DALSA Genie bij Harro Höfliger