Opakowania farmaceutyczne: Bezpieczne napełnianie w czystym pomieszczeniu

Opakowania farmaceutyczne: Bezpieczne napełnianie w czystym pomieszczeniu

Wspólnie z STEMMER IMAGING, inżynierowie maszynowi Harro Höfliger i eksperci od wizji maszynowej zrealizowali wysokowydajny system napełniania dla farmaceutycznych linii funkcjonalnych.

Projektowanie i budowa urządzeń do stref czystych w firmach farmaceutycznych stanowi szczególne wyzwanie. Produkcja leków i rozwiązań medycznych jest również ściśle związana z najwyższymi wymaganiami dotyczącymi obróbki i jakości. Firma Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH, z siedzibą w Allmersbach im Tal w Badenii-Wirtembergii, odnosząca międzynarodowe sukcesy, specjalizuje się w tych wymagających obszarach i od ponad ćwierć wieku rozwija kompleksowe rozwiązania systemowe i maszyny specjalne dla przemysłu farmaceutycznego, chemiczno-technicznego oraz sektora żywności i napojów.

Do wyróżniających się mocnych stron firmy należą maszyny do stref czystych, które są używane przy produkcji produktów farmaceutycznych i medycznych. „Te urządzenia muszą spełniać ponadprzeciętne wymagania”, wyjaśnia Manfred Hild, kierownik działu techniki sterowania w Harro Höfliger. Wynika to między innymi z faktu, że w strefach czystych często stosuje się agresywne środki czyszczące, co znacznie ogranicza wybór używanych materiałów, tłumaczy Hild. „Takie urządzenia muszą być łatwe do czyszczenia i mało podatne na awarie, ponieważ dostęp do poszczególnych części systemu jest często ograniczony. Zintegrowane systemy do pomiaru, oświetlenia lub detekcji zwykle muszą być zabudowane, co utrudnia i wydłuża ich wymianę w przypadku awarii lub konserwacji”, dodaje kierownik działu.

Zadanie

Ostatni projekt realizowany przez firmę z Badenii, w którym musiały zostać spełnione te trudne warunki, został niedawno dostarczony klientowi: dwie identyczne maszyny do napełniania tzw. „rurkami do szczepień z żywymi wirusami” umożliwiają napełnianie płynów lub pastowatych materiałów do plastikowych rurek. Z tych pojemników użytkownik może później – podobnie jak z tubki pasty do zębów – łatwo wycisnąć i użyć zawartość. „Podczas realizacji tych dwóch maszyn nie wszystkie właściwości optyczne materiałów były znane”, opisuje trudności, które napotkał jego zespół.

Większym wyzwaniem była jednak selekcja optymalnych komponentów do wizji maszynowej dla stacji wyrównania w maszynie. Przed tą stacją rury są podawane w nieustrukturyzowanej pozycji. Po rozdzieleniu rur następuje ich ustawienie w pozycji pionowej z zamknięciem skierowanym w dół. Specjalny chwytak jednocześnie chwyta dziesięć rurek i przekazuje je do stacji obrotowego wyrównania.

Przed napełnieniem substancjami, rurki muszą zostać najpierw wyrównane i ustawione w określonym położeniu obrotowym. Ten etap ma dwa powody: po pierwsze, zapewnia, że rurki podczas późniejszego zamknięcia nie pękną na długości i nie będą nieszczelne. Po drugie, producent farmaceutyków chce, aby nadruki na rurkach po ich uszczelnieniu zawsze znajdowały się w wyznaczonym miejscu i były czytelne.

Realizacja z przeszkodami

Do realizacji tego zadania, dziesięć rurek jest przekazywanych przez wspomniany chwytak do specjalnych uchwytów, gdzie są obracane wokół osi w ciągu 400 ms. Podczas tego procesu pięć kamer CMOS typu DALSA Genie od kanadyjskiego producenta Teledyne DALSA sprawdza, czy na odpowiednich miejscach na rurkach znajdują się poprawne nadruki orientacyjne. Analiza sygnałów obrazowych przesyłanych przez interfejs Gigabit Ethernet jest wykonywana przez dwa komputery, na których oprogramowanie Vision Pro firmy Cognex analizuje otrzymane obrazy. Wyniki analizy są następnie przekazywane do stacji obrotowych. W ten sposób system wizji maszynowej zapewnia, że pozycje dziesięciu rurek pozostają w wymaganej dokładności poniżej 2 stopni.

Użyte kamery DALSA Genie były w stanie zapewnić wymaganą szybkość obrazowania około 110 klatek na sekundę przy ustalonym polu widzenia 1024 x 768 pikseli. „Ponieważ do wyrównania rur potrzebna była tylko część obrazu, mogliśmy pracować w trybie Partial Scan. Dzięki temu udało się jeszcze zwiększyć szybkość obrazowania”, relacjonuje Hild. Cała linia jest w stanie obsłużyć ponad 220 rurek na minutę, co spełnia wymogi efektywnej produkcji.

Wybór odpowiednich kamer nie rozwiązał jeszcze wszystkich kwestii. Ze względu na koncepcję urządzenia do pracy w strefie czystej, cała elektronika wizji maszynowej musiała zostać zamknięta w specjalnej obudowie opracowanej przez Harro Höfliger. Obudowa ta jest zgodna z zasadami GMP (Dobra Praktyka Produkcyjna) i posiada powierzchnię z powłoką specjalną, co ułatwia jej czyszczenie.

Ze względu na konieczność montażu kamer, obiektywów i oświetlenia pod szkłem w obudowie, kąt montażu kamer musiał być tak dobrany, aby refleksy świetlne od oświetlenia nie padały na obiektywy. Ponadto, w obudowie było dostępne bardzo ograniczone miejsce dla kamer. „Rozwiązaniem były kątowniki o kącie 90°, które polecił nam nasz partner od wizji maszynowej STEMMER IMAGING”, wyjaśnia Hild.

Problemem było również to, że pełne ekranowanie urządzenia przed światłem zewnętrznym nie było możliwe, a obrotowe narzędzia maszyny wystawały w polu widzenia kamer. „Te błyszczące, ruchome elementy generują różne refleksy, które udało się wyeliminować za pomocą oprogramowania, korzystając z narzędzi do wykrywania krawędzi i histogramów”, opisuje Hild rozwiązanie tego problemu.

Kolejnym wyzwaniem było rozpoznanie brzegów białych, półprzezroczystych rurek oraz nadruków na rurkach na tle metalowych lub szklanych elementów w maszynie. STEMMER IMAGING zaproponowało rozwiązanie, jak wyjaśnia Hild: „Podczas testów w fazie koncepcyjnej okazało się, że oświetlenie LED o długości fal w zakresie niebieskim zapewnia najlepszy kontrast między rurką a nadrukiem oraz krawędzią rurki a tłem.”

Wizja maszynowa jako kluczowy element

Stację wyrównania, którą wspólnie z STEMMER IMAGING zrealizował Hild, uważa za absolutnie kluczowe miejsce w maszynie: „Poprawne ustawienie rur przed napełnianiem i zwiększenie wydajności rur było dla klienta bardzo ważne. Te wymagania udało się spełnić tylko dzięki odpowiedniemu systemowi wizji maszynowej”. Według Hilda, można to również uogólnić: „Przemysł farmaceutyczny, obejmujący wszystko od plastrów po kapsułki, dąży do 100-procentowej kontroli swoich produktów. Z tego powodu w tej branży praktycznie nie ma już maszyn bez zaawansowanej wizji maszynowej”.

Ta sytuacja jest jednym z powodów, dla których Harro Höfliger, w przeciwieństwie do innych graczy na rynku, posiada własnych specjalistów od wizji maszynowej. „Uważamy tę technologię za centralny element naszej działalności i możemy oferować naszym klientom kompleksową i znacznie szybszą obsługę, jeśli sami posiadamy odpowiednią wiedzę”, wyjaśnia Hild. W jego przekonaniu, jest to znacznie bardziej efektywna droga, biorąc pod uwagę liczbę maszyn realizowanych przez firmę rocznie.

Pomimo – a może właśnie dzięki – własnym kompetencjom w zakresie wizji maszynowej, zespół Manfreda Hilda polega na silnym dostawcy komponentów wizji maszynowej. Hild od dawna uważa, że znalazł odpowiedniego partnera: „STEMMER IMAGING od wielu lat dostarcza rozwiązania wizji maszynowej dla Harro Höfliger. Szczególnie cenię ich doradztwo przy doborze optymalnych komponentów do konkretnej aplikacji. To już nie raz zaoszczędziło nam dużo czasu”, podkreśla Hild.

Hella Gillig jest przedstawicielką STEMMER IMAGING odpowiedzialną za sprzedaż w wielu zrealizowanych projektów. Współpracuje z kolegami specjalizującymi się w różnych dziedzinach, aby dobrać odpowiednie komponenty i przeprowadzić niezbędne testy w laboratorium firmy. „Dzięki temu możemy korzystać z szerokiej oferty i najnowszych rozwiązań naszych dostawców”, mówi Gillig. Posiadanie własnego laboratorium wizji maszynowej z porównywalnie rozbudowanym i aktualnym wyposażeniem jest dla klientów niemal nieosiągalne, a Hild docenia tę usługę: „To świetna sprawa, że mogę po prostu iść do STEMMER IMAGING i testować pomysły z wyprzedzeniem – to świetna obsługa!”

Kolejnym powodem, dla którego Harro Höfliger współpracuje z dostawcami z Puchheim, jest strategia firmy: „Naszym celem jest pozyskiwanie komponentów wizji maszynowej od jednego dostawcy i opieranie się na produktach dostępnych na rynku globalnym. Maszyny, które budujemy dla klientów, są używane na całym świecie. Dlatego ważne jest, aby wszystkie komponenty można było szybko wymienić w razie awarii, również na arenie międzynarodowej”.

Ze względu na to, że zarówno Harro Höfliger, jak i STEMMER IMAGING korzystają z komponentów standardowych w miarę możliwości, nowy właściciel systemu napełniania rur może być pewien, że konserwacja urządzenia nie sprawi mu problemów.

Szczegóły komponentów wizji maszynowej

W każdej z dwóch maszyn do napełniania rur w firmie Harro Höfliger używa się pięciu kamer DALSA Genie HM1024 od Teledyne DALSA, które są połączone z obiektywami HF35HA firmy Fujinon oraz dwoma paskowymi, niebieskimi oświetleniami LDL2-146x30 od CCS. Dane przesyłane do dwóch komputerów z procesorami czterordzeniowymi i oprogramowaniem Cognex Vision Pro są przesyłane za pomocą kabli GigE. Wszystkie użyte oświetlenia, obiektywy, kamery i kable zostały zakupione przez Harro Höfliger od STEMMER IMAGING na podstawie testów wewnętrznych.

Harro Höfliger: maszynowy producent ponad standard

Realizacja maszyn spełniających wysokie wymagania od wielu lat jest głównym obszarem działalności firmy Harro Höfliger (www.hoefliger.com), z siedzibą w Allmersbach im Tal. Firma zatrudniająca ponad 600 pracowników na całym świecie, plasuje się wyżej niż przeciętni producenci maszyn, ponieważ głównie opracowuje maszyny specjalne dla swoich międzynarodowych klientów, zwłaszcza w branży medycznej i farmaceutycznej. W wielu innych sektorach przemysłu Harro Höfliger cieszy się doskonałą reputacją jako kluczowy dostawca linii produkcyjnych i rozwiązań systemowych, m.in. w zakresie technologii aseptycznej, technologii blistrów i tacek, technologii strzykawek i iniekcji, a także maszyn do napełniania kapsułek i proszków oraz w innych obszarach.

Aby ułatwić życie klientom na całym świecie, firma jest częścią sieci kompetencyjnej globalnie działających producentów maszyn, które dostarczają przemysłowi farmaceutycznemu. „Dzięki komplementarnym kompetencjom tych firm, klienci grupy korzystają z krótkich dróg i szybkiego rozwiązywania problemów”, wyjaśnia Hild. „W tym sojuszu można korzystać z synergii, ponieważ dzielenie się technologiami obniża koszty rozwoju. Firmy w grupie mogą nie tylko obejmować szeroki zakres, ale także oferować usługi w bardziej konkurencyjnych cenach, np. 24-godzinny serwis”.

Zdjęcie: Zastosowanie DALSA Genie w Harro Höfliger