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Innovative Automatisierung Granulatinspektion mit Bildverarbeitung senkt Herstellungskosten

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Maik Ritter, Dipl.-Ing. Thomas Waldleben, Dipl.-Ing. Yavuz Baykara, Dr.-Ing. Gunter Feddern / Anke Geipel-Kern

Neue Anlagentechnik kombiniert mit moderner Bildverarbeitung schafft bei der Granulatherstellung gleich zweierlei: Die Herstellkosten sinken und die Mitarbeiter werden von einem belastenden Arbeitsschritt befreit.

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Blick auf die Gesamtanlage
Blick auf die Gesamtanlage
(Bild: Geistlich Pharma)

Geistlich Pharma in Wolhusen/Schweiz ist heute weltweit einer der führenden Hersteller von regenerativen Biomaterialien und ist langjähriger Weltmarktführer in der regenerativen Zahnmedizin. Zahnärzte und -chirurgen verwenden die Pionier-Produkte Geistlich Bio-Oss und Geistlich Bio-Gide in der Knochenregeneration. Das Knochenersatzmaterial Geistlich Bio-Oss ist der heutige Standard in der dentalchirurgischen Knochenregeneration.

Geistlich Bio-Oss wird dabei als Granulat mit einer Korngröße im Bereich 0.25 bis 4 mm hergestellt. Um eine höchstmögliche und gleichbleibende Produktqualität zu gewährleisten, wird das Granulat während der Herstellung mehrfach auf Fremdpartikel und Verfärbungen kontrolliert. In der Vergangenheit wurde dieser Kontrollschritt visuell durch besonders geschulte Mitarbeiter durchgeführt. Dieser Arbeitsgang verlangte ein hohes Maß an Konzentration und Erfahrung der Mitarbeiter und war somit kostenintensiv innerhalb der gesamten Herstellung.

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Geeignete Lösungsansätze sind vorhanden

Schon frühzeitig hat das Unternehmen daher eine Möglichkeit gesucht, diesen aufwändigen manuellen Prozessschritt durch ein kostengünstigeres automatisiertes Verfahren zu ersetzen. Erste Abklärungen der modernen Bildverarbeitungstechnik bestätigten, dass durchaus geeignete Lösungsansätze für diese spezifische Anwendung vorhanden waren. Auch das Konzept für die apparative Gesamtlösung ließ sich zügig erstellen, wobei die Einhaltung aller relevanten Qualitätsstandards, die für Medizinprodukte in Europa und in anderen Teilen der Welt gefordert werden, unabdingbar waren.

Zu diesem Zeitpunkt wurde NNE Pharmaplan mit der Gesamtplanung und Realisierung des Projekts beauftragt. NNE Pharmaplan ist ein auf die Belange der medizintechnischen, pharmazeutischen und biotechnologischen Industrie spezialisiertes Engineering- und Beratungsunternehmen, das weltweit tätig ist und heute an 30 Standorten über 2000 Mitarbeiter beschäftigt.

Machbarkeitsstudie identifiziert Lösungsweg

Innerhalb einer Machbarkeitsstudie wurde in zahlreichen Detailuntersuchungen folgender Weg als beste Problemlösung identifiziert:

  • Aufgabe der Granulatkörner über ein Trichtersystem,
  • Vereinzelung der Granulatkörner über eine Vibrationsrinne und Aufbringung auf eine segmentierte, rotierende Glasplatte,
  • Festlegung der durch die Kameras erfassten Segmentanzahl, der Aufgabegeschwindigkeit des Granulates und der Geschwindigkeit des Drehtellers zur Erzielung des betrieblichen Optimums,
  • gezielte Anbringung von Kamerasystemen und zugehöriger Beleuchtung zur Abbildung der Plattensegmente während des Durchlaufs,
  • Auswahl geeigneter Hard- und Software zur bildanalytischen Abbildung und Erkennung von unzulässigen Abweichungen in der Granulatsubstanz der erfassten Partikel. Die Abweichungen beziehen sich auf unzulässige Fremdkörper sowie Größe und Farbe der Granulatpartikel.
  • Anbringung von Absaugvorrichtungen (Saugköpfe), die bei Fehlermeldungen durch die Bilderkennung den betroffenen Plattensektor absaugen,
  • Erstellung eines Granulat-Mustersets mit typischen Referenzmustern für die Darstellung der Grenzwerte für die Bildauswertung (Grundlage für die Qualifizierung der Anlage),
  • Entwicklung eines optimierten und validen Betriebssystems für die Gesamtanlage, das die Forderungen nach Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit in zufriedenstellender Form erfüllt.

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