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Null Toleranz für Fehler Infusionsbeutel visuell prüfen: Geht auch ohne Ausschuss

| Autor / Redakteur: Florian Krickl* / Anke Geipel-Kern

Innovative Inspektionslösung automatisiert die visuelle Prüfung von Mehrkammerbeuteln schneller und macht sie zuverlässiger  – Bildverarbeitung ist bei der visuellen Qualitätskontrolle State-of-the-Art. Doch wer die visuelle Prüfung von Infusionsbeuteln (IV-Bags) automatisieren will, hat mit besonderen Herausforderungen zu kämpfen. Falsch aussortierte Beutel sind da noch das kleinste Übel. Mit einer durchdachten Inspektionslösung aus Hard- und Software senkte ein Hersteller von Infusionsbeuteln die Ausschussrate auf unter einem Prozent.

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Die Kamera erfasst den Infusionsbeutel und prüft den Aufdruck.
Die Kamera erfasst den Infusionsbeutel und prüft den Aufdruck.
(Bild: Vitronic)

Bereits seit 25 Jahren arbeiten das Pharma- und Medizinbedarfs-Unternehmen B. Braun und der Spezialist für industrielle Bildverarbeitungssysteme Vitronic zusammen. Vor rund zehn Jahren übernahm Vitronic am Hauptstandort des Konzerns in Melsungen das erste Projekt zur optischen Qualitätsprüfung von IV-Bags. „Seitdem fand eine stetige Optimierung des Produktionsprozesses statt, die wir aktiv begleitet haben“, sagt Frank Fohler, stellvertretender Abteilungsleiter im Bereich Healthcare von Vitronic. Auch beim neuesten gemeinsamen Projekt, der Prüfung von Mehrkammerbeuteln für künstliche Ernährung, waren im Vorfeld des Produktionsstarts einige Herausforderungen zu meistern.

„Dazu gehörte vor allem die kleine Bedruckung bei mehrsprachigen Layouts und die starke Welligkeit der Mehrkammerbeutel“, sagt Lutz Reinbold, zuständiger Betriebsingenieur in Melsungen.

Das gemeinsame Projekt startete im Herbst 2018. Zunächst hat das Medizintechnikunternehmen ein Lastenheft erstellt, eine sogenannte User Requirement Specification (URS), in der alle Anforderungen enthalten waren. Daraufhin führten Fohler und sein Team eine Machbarkeitsstudie durch. Schnell wurde deutlich, dass das bislang genutzte Prüfsystem bei Mehrkammerbeuteln in puncto Auflösung und Ablagekorrektur an seine Grenzen stieß.

„Das System konnte bei kleinen Zeichen die Bedruckungsposition gegenüber der Einlernposition nicht zuverlässig wiederfinden. So wurden Beutel aussortiert, die völlig in Ordnung waren“, erläutert Fohler. Eine weitere Herausforderung stellte die Größe der Mehrkammerbeutel dar, die deshalb per Klischeedruck bedruckt werden mussten. Durch die innenliegenden Schweißnähte der Beutelkammern ließen sich daher sowohl beim Druck als auch beim späteren Prüfvorgang Welligkeiten nicht vermeiden.

Automatisiertes Einlernen

Eine Lösung bot das schnelle automatisierte Einlernen. Dabei wird zunächst die Druckvorlage in Form einer PDF, die das Fixdruck-Layout und die Einteilung der Fixbedruckung in Prüfregionen (ROI) enthält, an das Bildverarbeitungssystem übermittelt. Diese Informationen werden dann im Bildverarbeitungssystem von speziell entwickelten Ausleseroutinen erfasst. Danach werden mithilfe der Prüfregionen konkrete Prüfbereiche erzeugt und das Fixdruck-Layout in eine statistische Beschreibung umgewandelt.

Speziell entwickelte Algorithmen ermöglichen bei der späteren Inspektion per Kamerabild, von jedem Mehrkammerbeutel eine Ablagekorrektur der aktuellen Zeichen zu den eingelernten Zeichen vorzunehmen und diese in eine statistische Beschreibung zu verwandeln. Schließlich erfolgt der genaue Abgleich der eingelernten Beschreibung und der definierten Qualitätsgrenzwerte mit der jeweils aktuellen Beschreibung der Mehrkammerbeutel.

„Mithilfe der weiterentwickelten Ablagekorrektur der Zeichen können wir sämtliche Welligkeiten und Verzerrungen ausgleichen und die auf den Mehrkammerbeuteln aufgedruckten Zeichen zuverlässig prüfen“, verdeutlicht Fohler. „Weiterer Vorteil des automatisierten Einlernprozesses ist eine höhere Produktivität, da es durch das schnellere Einlernen kürzere Stillstandzeiten beim Einlernprozess gibt. Nicht zuletzt lässt sich das Prozedere auch auf weitere Produkte übertragen.“

Einteilung in Prioritätsklassen

Da beim Klischeedruck die Qualität des Drucks nicht zu 100 % auf die Mehrkammerbeutel übertragen werden kann, entschied B. Braun, dass die Texte auf den Beuteln in drei Prioritätsklassen eingeteilt werden. „So besitzt die Mengenangabe die höchste Priorität. In diesem Bereich dürfen keine Zeichen fehlen oder beschädigt sein. In anderen Druckbereichen gibt es dagegen eine höhere Fehlertoleranz“, erklärt Fohler das Prinzip. „Auf diese Weise lässt sich der Ausschuss an Beuteln weiter minimieren.“

Eine zusätzliche Anforderung, die das Prüfen der Mehrkammerbeutel erschwerte, stellte die Mehrsprachigkeit dar. „Aufgrund regulatorischer Anforderungen von Seiten des Gesetzgebers müssen die Beutel teilweise dreisprachig bedrucken werden. Das bedeutet, dass drei Mal so viel Text auf dem verfügbaren Raum unterzubringen ist. Das war nur mit einer kleinen Schriftgröße möglich“, erläutert Reinbold.

Die Lösung bot eine 31-Megapixel-Kamera mit der derzeit höchst möglichen Auflösung am Markt. „Wir hatten Glück, dass die Kamera zu dem Zeitpunkt bereits erhältlich war“, sagt Fohler. „Somit sind wir jetzt in der Lage, auch kleine Schriftgrößen auf großen Druckbereichen zuverlässig zu prüfen. Das ist ein wichtiger Meilenstein für uns.“

Schließlich entwickelten Fohler und sein Team ein Systemdesign mit genau passender Soft- und Hardware. Bei der Auswertungssoftware, die Vitronic nutzt, handelt es sich um eine Weiterentwicklung des Inspektionsverfahrens „Symbol Verifikation“. Diese überprüft zuverlässig die Bedruckung auch so genannter biegeschlaffer Beutel. Das Verfahren ist Teil der Vitronic Workframe, einer virtuellen Werkzeugbox, in der verschiedene Tools, so z.B. für das Lesen von Codes oder OCR-Schrift, enthalten sind.

Je nach Kundenanforderung werden die einzelnen Tools individuell zusammengestellt. „In diesem Fall fehlte noch die Funktionalität „Ausgleich der Welligkeiten bei kleinerer Beschriftung“, die wir dann entsprechend neu programmiert haben“, ergänzt Fohler. „Die optimale Kombination von Soft- und Hardware ermöglicht das schnelle Erfassen einer Vielzahl an Informationen – auch bei unregelmäßigen Oberflächen. Dadurch decken wir sämtliche Ansprüche von Kundenseite ab.“

Lückenlos Nachvollziehbar

Bei dem Projekt für B. Braun setzte sich das Vitronic-Team aus den Teilbereichen Entwicklung, Konstruktion, Produktion und technische Dokumentation zusammen. Letztere erstellten auch die Qualifizierungsdokumentation nach dem internationalen GMP-Standard. „Neben der technologischen Lösung besteht die Herausforderung auch darin, das Prüfverfahren in einen qualifizierten Zustand zu bringen“, begründet Fohler das aufwändige Verfahren. „Der Kunde kauft schließlich eine komplette Systemlösung bei uns.“

Dazu zählten neben der Softwarelösung auch Hardware wie Rechner, Kameras und Schaltschränke sowie die Qualifizierungsdokumentation, die Design-Dokumente mit daraus abgeleiteten Testspezifikationen enthielt. Zu den umfangreichen Leistungen gehörten auch die Schulung der Linien- und Instandhaltungsmitarbeiter sowie ein Backup-Konzept.

Vor der zweiwöchigen Umbau- und Qualifizierungsphase, in der das neue System in die bestehende Produktionslinie von B. Braun implementiert wurde, kam Betriebsingenieur Reinbold mehrmals nach Wiesbaden zum Hauptsitz von Vitronic. Nachdem das bestehende gegen das neue Prüfsystem ausgetauscht worden war, wurde die Anlage in Melsungen gemeinsam qualifiziert und in Produktion gebracht. „Derzeit stellen wir in etwa 620 Beutel pro Stunde her. Wir planen aber, auf 800 Stück hochzugehen“, nennt Reinbold die aktuellen Produktionszahlen. „Dank der neuen Inspektionslösung von Vitronic gibt es bereits jetzt weniger als 1 % Ausschuss. Das ist hervorragend!“

* * Der Autor ist Produktmanager Healthcare bei Vitronic Dr.-Ing. Stein, ­Wiesbaden. Kontakt: Tel. +49-611-7152-7072

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