Heilmittel mit großer Wirkung

Pharmakonzern Boehringer Ingelheim setzt hundertprozentige Prüfung von Medikamentenkapseln mit Digitalkameras von Allied Vision Technologies um.

Kaum eine Branche unterliegt so strengen Qualitätskriterien wie die Pharmaindustrie – sowohl aufgrund von gesetzlichen Vorlagen als auch im eigenen Interesse, weil die Folgen eines Fehlers dramatisch sein können. Denn wenn es um die Gesundheit von erkrankten Menschen geht, darf einfach kein Risiko eingegangen werden. Die Folge: In vielen Fällen muss die Produktion zu 100% genau inspiziert werden, um sicherzustellen, dass keine fehlerhaften Präparate an die Patienten geraten. Wie kann man aber zum Beispiel 80.000 kleine Kapseln pro Stunde zuverlässig auf ihren Inhalt prüfen, ohne den Fertigungsprozess zu stören oder zu bremsen? Ein typischer Fall für industrielle Bildverarbeitung.

5,5 Milligramm mikronisiertes Pulver
Boehringer Ingelheim, einer der zwanzig führenden Pharmakonzerne weltweit, stand vor genau dieser Herausforderung. Am Stammsitz Ingelheim produziert das Unternehmen u.a. hochwirksame Inhalativa gegen Erkrankungen der Atemwege. Der Wirkstoff wird in pharmazeutische Hartgelatinekapseln in Form eines mikronisierten Pulvers abgefüllt. Diese Kapseln werden von dem Patienten in speziellen Inhalationsgeräten eingesetzt.

Jede Kapsel enthält nur 5,5 mg Pulver, das auf Füllmaschinen in Form eines schwach kompaktierten Zylinders in die Kapseln abgefüllt wird. Die präzise und dennoch schnelle Dosierung einer so kleinen Pulvermenge ist eine Meisterleistung der Boehringer-Ingenieure. Trotzdem bleibt wie bei jedem industriellen Prozess ein Restrisiko, dass die Füllmenge vereinzelter Kapseln von dem Sollwert abweicht. Für Boehringer war ein solches Risiko inakzeptabel. Um es auszuschalten, bedurfte es eines hundertprozentigen Prüfsystems, das aber kein Hersteller von Kapselfüllmaschinen anbot. So entschied sich Boehringer, eine optische Prüfanlage unter der Leitung von Dr. Peter Stöckel, Wissenschaftlicher Experte im Unternehmen, in Eigenregie zu entwickeln und umzusetzen.

Selbstentwickelte Machine-Vision-Lösung
Das System wurde im Fertigungsablauf nach dem Befüllen und vor dem Verschließen der Kapsel positioniert. Nach dem Befüllen wird der Inhalt jeder einzelnen noch offenen Kapsel von oben abgebildet. Das Taktsignal der Füllmaschine löst eine Digitalkamera und den dazu gehörenden LED-Blitz ohne Umwege über den PC direkt über den externen Triggereingang der Kamera aus. Die Kapselhälfte wird von unten mit einer Hochleistungsleuchtdiode durchblitzt. Da die Kamera nicht über den vorbeifahrenden Kapseln untergebracht werden konnte, erfasst sie deren Inhalt über einen Umlenkspiegel von der Seite aus. Bei der Kamera handelt es sich um eine Marlin F-046B von Allied Vision Technologies.

Über ihre FireWire-Schnittstelle (IEEE1394a) überträgt die AVT-Kamera die Bilddaten an einen Industrie-PC. Dort analysiert eine Auswertungssoftware die Bilder. Die Software wurde auf NI LabVIEW 7.1-Basis mit Unterstützung von National Instrument von Boehringer Ingelheim intern programmiert.

Nachdem die Kapsel im Bild lokalisiert wurde, prüft die Bildverarbeitungssoftware, ob sie überhaupt Pulver enthält. Wenn ja, dann analysiert sie die Silhouette des Pulverzylinders, um daraus das Volumen und die Wirkstoffmenge abzuleiten.

Wird eine Kapsel als fehlerhaft erkannt, wird sie von einer über SPS gesteuerte Ausblasdüse aussortiert.

22 Kapseln pro Sekunde erfassen

Wichtigste Herausforderung für die Prüfanlage ist die Geschwindigkeit. „Bei einem Durchsatz von 80.000 Kapseln pro Stunde verlässt alle 45 ms eine Kapsel die Füllmaschine – oder anders formuliert: die Kapseln bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 1,5 m/s.“, rechnet Dr. Stöckel vor. Für die Kamera bedeutet das, dass 22 Kapseln pro Sekunde erfasst werden müssen. Um Bewegungsunschärfe zu vermeiden, darf die Belichtungszeit nicht länger als 80 µs sein. Die AVT Marlin Kamera erfüllt die harten Anforderungen laut Dr. Stöckel voll und ganz. „Wir sind sehr zufrieden mit der Kamera von Allied Vision Technologies. Sie liefert uns im Dauerbetrieb scharfe Bilder, die für eine zuverlässige Auswertung unentbehrlich sind“, freut sich der Boehringer-Experte.

Das Bildverarbeitungssystem wird inzwischen in der Serienproduktion an mehreren Füllmaschinen erfogreich eingesetzt. „Wir sind besonders stolz darauf, in Zusammenarbeit mit Allied Vision Technologies und National Instruments dieses innovative Prüfverfahren in Eigenregie entwickelt zu haben“, kommentiert Dr. Peter Stöckel.