Inspección del vidrio
Sistema multicámara inteligente para el control de calidad de viales de vacunas
La lucha contra la pandemia de COVID-19 es una prioridad en todo el mundo. Todos los países están procurando hacer llegar las vacunas lo más rápido posible a la población. Pero proporcionar 8.000 millones de dosis para vacunar a toda la humanidad no es tarea fácil. Un factor clave para poder disponer de esa ingente cantidad de vacunas son los viales de vidrio, de los que se fabrican unos 50.000 millones anuales a nivel global. Los fabricantes ya están multiplicando sus capacidades de producción para no convertirse, literalmente, en el cuello de botella de la cadena de suministro. Pero los viales para vacunas en calidad sanitaria no son un frasco de vidrio cualquiera. Ya sean viales encapsulables, con cuello de rosca o en formato ampolla, todos se fabrican con un vidrio especial denominado borosilicato y requieren líneas de producción diseñadas a medida. Es importante evitar cualquier interacción entre el envase y el líquido que contiene, puesto que cualquier interferencia química podría afectar a la vacuna. Cualquier arañazo, fisura o hendidura, por pequeña que sea, puede obligar a desechar un lote entero, contaminar la línea de envasado o incluso provocar un paro total de las instalaciones de producción.
Por consiguiente, los retos que deben superar los fabricantes son enormes, porque no solo tienen que producir grandes volúmenes en muy poco tiempo, sino que además tienen que cumplir unos estándares de calidad muy estrictos. Aparte de que aumentar las capacidades de producción requiere, por lo general, mucho tiempo y dinero. Una empresa de la localidad alemana de Bad Königshofen ha realizado su particular contribución aportando una solución para la inspección de viales altamente fiable, económica y fácilmente integrable. Isotronic GmbH ha desarrollado "VialChecker", un sistema de inspección automática de frascos de vidrio. Para el procesamiento de imágenes en la inspección dimensional y superficial eligieron las cámaras industriales IDS de la familia uEye CP.
Aplicación
Los viales de vacunas suelen presentarse con capacidades de 2 ml a 100 ml y miden, de media, unos 45 mm de alto y 11,5 mm de ancho. Los fabricantes utilizan el vidrio borosilicatado para mantener las vacunas en las condiciones de estabilidad requeridas durante el almacenamiento y transporte del material, incluso con temperaturas extremas. Los pequeños envases para las valiosas dosis están sujetos a las más estrictas exigencias de calidad, al tiempo que se requieren grandes cantidades en el mínimo tiempo posible. Para poder afrontar este difícil reto se requiere un sistema de control de la calidad extremadamente rápido que detecte cualquier fallo con la máxima fiabilidad.
Los viales encapsulables, con cuello de rosca o en formato ampolla están sujetos a los más elevados estándares de calidad
Para conseguir un sistema así, necesitamos, de entrada, unas cámaras de altas prestaciones con sensores de alta resolución y elevadas frecuencias de imagen. A continuación, combinamos estas cámaras —modelos GigE de la familia uEye CP de IDS— con pantallas táctiles industriales y un armario de control, y lo conectamos todo a nuestro sistema de producción, que cuenta con un software inteligente. El resultado es VialChecker, el sistema de control todo en uno para la inspección dimensional y superficial de viales de vacuna, disponible en dos variantes. La función "VialChecker Geometrie" se encarga de comprobar la exactitud de las medidas, mientras que "VialChecker Cosmetic" detecta cualquier defecto en la superficie del vidrio, por más minúsculo que sea. Esta última función se puede ejecutar en combinación con la inspección geométrica, o bien como sistema autónomo para tareas más complejas.
La función VialChecker Geometrie realiza más de 50 controles dimensionales en productos tubulares de vidrio estándar y especiales, con una precisión de medida de hasta 0,01 milímetros. Gracias a las cámaras de alto rendimiento, VialChecker Cosmetic detecta fisuras, arañazos, astilladuras, oclusiones o manchas con una precisión de 0,1 milímetros cuadrados. Un software inteligente permite analizar y clasificar los defectos con gran exactitud.
La inspección tiene lugar en diferentes etapas del proceso de producción, por ejemplo, directamente después del conformado de los frascos o justo antes del envasado. El sistema puede gestionar, por lo general, entre tres y ocho cámaras, lo cual permite integrar diferentes estaciones de control a lo largo de toda la línea de producción. "En función de las necesidades del cliente, el sistema se diseña o se complementa con los sensores y cámaras correspondientes, por ejemplo para comprobar el espesor del vidrio" explica Valentin Mayer-Eichberger, Chief Operating Officer de Isotronic. "Si la aplicación requiere más de ocho cámaras, se instalan varios procesadores de control." Así, por ejemplo, las cámaras supervisan el tubo o el fondo del vial durante la rotación lateral y proporcionan imágenes de alta resolución.
El sistema multicámara "VialChecker" permite altas velocidades de procesamiento en el control de calidad de viales de vacunas
Las cámaras IDS captan un mínimo de 20 imágenes por rotación, lo que permite controlar hasta 120 viales por minuto con una elevada precisión: 0,01 milímetros en la inspección dimensional y 0,1 mm2 en la inspección cosmética. La información obtenida se procesa en tiempo real con baja latencia y los datos de funcionamiento del sistema se registran detalladamente. La elevada fiabilidad del software garantiza productos impecables perfectamente ajustados a las especificaciones geométricas y a los requisitos de calidad establecidos.
Según las especificaciones y el tipo de inspección, se requieren diferentes modelos de cámara para la estación de control. En estos momentos Isotronic apuesta especialmente por la familia de cámaras GigE uEye CP de IDS. Esta serie de cámaras ofrece la máxima funcionalidad con un extenso preprocesamiento de píxeles y, gracias a la memoria gráfica interna de 120 MB para guardar temporalmente secuencias de imagen, también es idónea para sistemas multicámara como el VialChecker. Las cámaras proporcionan datos a velocidad GigE completa, y la función "Power over Ethernet" posibilita el funcionamiento con un solo cable de hasta 100 metros.
Una de las cámaras más utilizadas en este tipo de sistemas es la UI-5250CP-M-GL con sensor CMOS de 2 MP, uno de los sensores más sensibles de la gama IDS. Posee una alta sensibilidad a la luz y está disponible en versión monocromo y color. Presenta además distintos modos de obturador que permiten la captura fidedigna de objetos en movimiento y el registro de elevados contrastes con un mínimo nivel de ruido. "Este factor es muy importante para la detección rápida y fiable de defectos en la superficie del vidrio", declara Valentin Mayer-Eichberger para explicar el motivo por el cual han elegido la cámara uEye de IDS. Esta cámara dispone de hasta cuatro AOI (áreas de interés), que permiten verificar simultáneamente varias características o bien captar las AOI en una serie de exposiciones con distintos parámetros. Con estas prestaciones, la pequeña pero potente cámara con una frecuencia de imagen de 52 fps parece especialmente diseñada para resolver, a gran velocidad, las diversas tareas de inspección que surgen a lo largo de toda la línea de producción. "El sistema permite un procesamiento a alta velocidad que alcanza los 120 ciclos por minuto", subraya Valentin Mayer-Eichberger. Además del extraordinario rendimiento de las cámaras, hay otros aspectos importantes:
Valoramos mucho la estandarización y durabilidad de las cámaras IDS. Y el servicio técnico.
Software
Las cámaras IDS se integran directamente en el sistema a través de C++. El algoritmo de software desarrollado en función de las necesidades del cliente detecta los errores y muestra los mensajes correspondientes en el monitor. "Nuestro sistema no solamente notifica las piezas buenas o malas, sino que registra la calidad de cada producto y genera estadísticas a lo largo del tiempo que permiten al ajustador de la máquina comprobar que todo esté correcto y que los parámetros del frasco estén bien configurados.
El software de Isotronic ofrece una interfaz de usuario extremadamente intuitiva, que se ha desarrollado atendiendo a las necesidades específicas de los clientes. Además, el sistema VialChecker está optimizado para el soporte remoto, con actualizaciones y mejoras constantes del software. Valentin Mayer Eichberger está convencido: "Esta es la base para lograr un sistema dinámico y sostenible. Utilizamos el aprendizaje artificial para tareas complejas como la clasificación de fallos. Entre las prestaciones del producto deben figurar soluciones locales o basadas en la nube para el tratamiento de grandes volúmenes de datos, una analítica detallada y la optimización de procesos.
Estas funciones permiten, entre otros, analizar la frecuencia de errores a lo largo del tiempo y supervisar el desgaste de las herramientas, con los mensajes de alarma correspondientes. Los servicios para el control de la producción alojados en la nube son muy completos: "Al final de la producción calculamos los diagramas de calidad. El sistema permite generar certificados que acreditan la exactitud de las mediciones y facilitan, con ello, la homologación del sistema de medición.
Perspectiva
Según estiman los expertos, en los próximos dos años la demanda mundial de viales de vacunas aumentará entre mil y dos mil millones de unidades. Nada más empezar la pandemia, el director de AstraZeneca, uno de los grandes fabricantes de vacunas, advertía: "No habrá viales suficientes en el mundo." Los fabricantes de viales para vacunas del mundo entero están aumentado la producción de las pequeñas botellas que protegen el valioso líquido. Para que todo funcione, hoy más que nunca se necesitan sistemas de verificación automáticos de alto rendimiento que sean capaces de garantizar una calidad impecable. "Estamos constatando, además, un crecimiento generalizado del sector y de la demanda en los mercados asiáticos, una tendencia que empezó ya antes de la pandemia", añade Valentin Mayer-Eichberger. Los sistemas como VialChecker ayudan a los fabricantes a no convertirse en el cuello de botella de la cadena de suministro de las vacunas, por lo que tienen grandes perspectivas de futuro.
GigE uEye CP: increíblemente rápida y fiable, con sensores extraordinarios
- Interfaz: Ethernet
- Modelo: UI-5250CP-M-GL
- Interfaz: Ethernet
- Tipo de sensor: CMOS
- Fabricante: e2v
- Frecuencia de imagen: 52,0 fps
- Resolución: 1600 x 1200 px / 1,92 MP
- Obturador: Global Shutter
- Formato de sensor: 7,200 mm x 5,400 mm
- Dimensiones: 29,0 mm x 29,0 mm x 29,0 mm
- Peso: 51 g
- Conexiones: GigE RJ45, atornillable
- Aplicaciones: procesamiento industrial de imágenes, control de calidad, aplicaciones de inspección, tecnología médica (y automatización de laboratorios), visualización
Cliente
La actividad principal de Isotronic se centra en los sistemas de aseguramiento de la calidad de frascos de vidrio farmacéuticos. Desde el año 1989 la empresa desarrolla sistemas ópticos de inspección para la industria de vidrio tubular. Tras el relevo generacional que tuvo lugar en 2017, Gregor Fabritius y Valentin Mayer-Eichberger dirigen una compañía que apuesta fuertemente por la innovación y el crecimiento. Desde sus centros de Bad Königshofen y Berlín la empresa supervisa, mantiene y actualiza más de 400 sistemas de medición instalados en 50 establecimientos de clientes.
Sus estaciones de medición repartidas por todo el mundo son el resultado de un amplio know-how industrial, de la aplicación de las tecnologías más avanzadas y de una estrategia de desarrollo gradual y sostenible. Solo de este modo es posible satisfacer las elevadas exigencias de calidad de la industria farmacéutica en relación con los envases de vidrio.
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