Prozessoptimierung mit Highspeed-Kameras

Ein Aspekt des Herstellungsprozesses ist das Verpacken von Pulvern und Flüssigkeiten in Glasspritzen, Flaschen und Ampullen. Glas ist im Hinblick auf seine inerten chemischen Eigenschaften und den Schutz, den es vor Umwelteinflüssen bietet, ein perfektes Material. Es kann jedoch in schnell arbeitenden Verpackungsmaschinen brechen. Unter Umständen gelangen die Glassplitter in die Maschine und verunreinigen die Arzneimittel. In diesem Fall sind die Medikamente natürlich nutzlos und müssen sicher entsorgt werden. Bei vielen Fertigungsstraßen in der pharmazeutischen Industrie bedeutet dies nicht nur, dass die Produktion angehalten, sondern auch, dass praktisch die gesamte Charge entsorgt werden muss. Bevor die Produktion schließlich fortgesetzt werden kann, muss die Maschine vollständig gereinigt und sterilisiert werden. Die schwierigste Aufgabe dabei ist der Aufsichtsbehörde zu beweisen, dass die Ursache der Verunreinigung eliminiert wurde und es nun sicher ist, die Fertigung wiederaufzunehmen.

Eine einfache Lösung für dieses Problem liefern Hochgeschwindigkeitskameras. Diese werden zur Überwachung von kritischen mechanischen Komponenten innerhalb der Maschinen eingesetzt. Wird die Aufzeichnung in Zeitlupe zurückgespult, lassen sich die Geschehnisse rekonstruieren, Millisekunde für Millisekunde. Sie zeigen den exakten Zeitpunkt, zu dem das Glas gesprungen und schließlich zerbrochen ist und bieten so einen soliden Ansatzpunkt für umfassende und einfache Lösungen, wie die Maschinen wieder in den Fertigungsprozess eingebunden werden können.

Hochgeschwindigkeitsvideos können auch gute Dienste leisten, bevor es zu Betriebsstörungen kommt. Es lassen sich bereits minimalste Abweichungen bei der Produktion bis ins Detail überwachen, wodurch das Qualitätsmanagement ein noch höheres Niveau erreicht.

Hochgeschwindigkeit ist immer dann erforderlich, wenn die Zykluszeiten weniger als eine Sekunde betragen und somit zu schnell sind, um vom menschlichen Auge wahrgenommen zu werden. Hochgeschwindigkeit bezieht sich hier auf die Anzahl von Bildern pro Sekunde. Zum Vergleich, Kinofilme werden mit 24 Bildern pro Sekunde gedreht. Hochgeschwindigkeitskameras von Mikrotron liefern zwischen 250 und 200 000 Bilder pro Sekunde. Diese hohe Bildrate ermöglicht es, selbst sich extrem schnell bewegenden Komponenten in Produktionssystemen zu folgen.

Eine Spritze beispielsweise automatisch zu befüllen, dauert manchmal nur 500 ms. Trotzdem ist dieser Arbeitsschritt fehleranfällig. Die Spritzen wurden nicht ordnungsgemäß auf den Düsen platziert und springen oder brechen; es tritt Flüssigkeit aus, die an den Seiten der Spritze herunterläuft; Luftporen verursachen eine federartige Kompression in der Flüssigkeit, die das Kraft-Längen-Verhältnis verändert; die Flüssigkeit wird nicht bis zur erforderlichen Höhe eingefüllt oder läuft über. Die Probleme, die auftreten können, sind so unterschiedlich wie ihre Ursachen.

Das zweite wichtige Merkmal einer Hochgeschwindigkeitskamera ist ihre Auflösung. Sie muss hoch genug sein, um größere Bereiche aufzunehmen und gleichzeitig auch kleinere Teile und ihre Interaktionen klar erkennbar zu machen. Bei Pick-and-Place-Prozessen beispielsweise können selbst minimale Fehler zu kostspieligen Maschinenstillständen führen. Die Auflösungsanforderungen variieren, abhängig von der Größe der Teile und deren Menge. Zur Überwachung einer einzelnen 10 mm kleinen Tellerfeder ist eine Auflösung von ca. 400 x 300 Pixel erforderlich. Wenn jedoch nicht umgehend ersichtlich ist, welche Tellerfeder das Problem verursacht und eine gesamte Reihe von 20 Tellern überwacht werden muss, beträgt die erforderliche Auflösung ca. 1200 x 900 Pixel.

Sobald das Video aufgezeichnet wurde, kann es angesehen werden, um die Ursache des Produktionsfehlers zu ermitteln und eine Lösung dafür zu finden. Als bei der Rexam Pharma GmbH, nun Nemera, Insulinspritzen bei der Herstellung beschädigt wurden, lieferte eine Cube3 von Mikrotron den eindeutigen Nachweis der Ursache und deren Wirkung. Es lag schlicht und ergreifend daran, dass der Greifer sich zu früh öffnete. Die Spritzen wurden nicht ordnungsgemäß positioniert. Die Aufzeichnung der Cube3 zeigte, um wie viele Millisekunden der Greifer hinterherhinkte und die Maschine konnte entsprechend umprogrammiert werden.

Zur Analyse der Bewegungen wird Software eingesetzt. Bewegungsanalysen können dabei helfen, kleine Bewegungen und unstete Arbeitsabläufe automatisch zu ermitteln sowie Diskrepanzen zu lokalisieren. Sie liefern präzise Werte, die für eine genaue und optimierte Einstellung von Maschinen entscheidend sind.

Die Ergebnisse können des Weiteren dazu verwendet werden, interne statistische Analysen durchzuführen, in Kooperation mit Maschinenherstellern das System zu verbessern sowie Behörden einen Vorher-Nachher-Vergleich vorzulegen, um die Freigabe zur Wiederaufnahme der Produktion zu erhalten.

Bei jeder Maschine kann es zu Störungen kommen. Entscheidend ist, die Gründe hierfür schnell ausfindig zu machen und ordnungsgemäß zu beseitigen. Genau hier kommen Hochgeschwindigkeitskameras zum Einsatz. Sie helfen, die Produktion schneller wieder aufzunehmen und den Ertrag im Laufe der Zeit erheblich zu steigern.

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