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医药包装过程机器视觉上

2021-08-18 来源:四川农业机械网

医药包装过程机器视觉(上)

用于使医药包装过程实现自动化操作的机器视觉系统是科学、工程和艺术的结合。成功的应用方案不会完全只依赖这三个因素中的某一个,而是对每个因素都要有一些依赖。

自动化的视觉系统曾经被认为对医药包装来说是太昂贵和不实用了,但现在它已成为许多制药工厂中的支柱,它能允许用户监控生产线的性能、消除操作人员的错误并确保供应链免受假货之扰。“机器视觉系统对医药产品质量所作的贡献很大,以至于当这些视觉系统发生故障时,整条生产线都会因此而停止生产,” Eli Lilly del Caribe公司的包装工程师Pedro Santiago说,“这就是它们已经变成了何等重要的程度。”

今天,许多视觉传感器、智能相机和内嵌式视觉处理器的销售价格都在10000美元以下,同时又具有许多功能。“大多数现代的视觉系统都具有光学字符识别(OCR)和光学字符校验(OCV)的功能,并且它们也能够读取条码和2维矩阵码,这就能使得长期或短期投资都得到最大化。” 美国辉瑞公司的包装工程师Iván Avilés说。

机器视觉设备可以在包装生产线上的每一项特定的增值功能之后通过执行一项单一的检测来判定该功能的质量,因此生产商可以通过在一条包装生产线上的不同位置安装机器视觉设备来确定安装这些设备是正确的。本文将会介绍用于医药包装中的机器视觉系统的关键用处并会讨论由来自波多黎各医药界的一些专业人士所提供的最佳实践方法。

机器视觉(MV)不是计算机视觉(CV),不是人工智能(AI),不是数字图像处理(DIP),也不是模式识别(PR)。然而,对于大多数制药工艺来说,这些技术一定要被综合到一起,以便能稳定地满足时间、成本和质量方面的要求。美国食品药品管理局FDA的21 CFR Parts 210和211规定要求对制药生产线进行大量地监测和存档。机器视觉系统能监测产品质量和包装的完整性,确保包装实现它的基本要求:包含、保持、分配和传达(见下表)。

检查安全性

采用机器视觉系统来确保产品和包装组件的安全性是今天最重要的应用。一个视觉系统可以对药瓶的正确尺寸、颜色、形状、容积以及其他像颈口或是否有微粒污染这样的关键参数进行检测。例如,当任何经过的药瓶直径超出了特定规格范围时,视觉系统就会检测出来,并将它剔除出去,如果它连续检测到这种错误就会停止生产线的操作,显示出“错误”的信息并发出警报。

机器视觉系统同样也可以保证片剂或胶囊剂的安全性,它可以确定产品是否处于正确的位置,并会检测出产品是否有破损,是否是不完整的或被别的颗粒所污染了。

泡罩包装的复杂性

随着提升品牌活动促使制药公司越来越多地将产品包装在彩色的包装中或使片剂本身也带上颜色,对泡罩包装中的片剂进行检测也变得越来越复杂了。

要对颜色、形状和尺寸进行成功检测的关键包括:

◆ 均匀的照明;

◆ 高分辨率的光学设备(透镜、滤镜和相机);

◆ 带有通讯软件的高速图像处理器。

“所有这些因素都是同等重要的,每一项都不能被低估。”位于美国Arecibo市的Merck Sharp & Dohme公司的包装工程师Luis Reyes说。“在由系统供应商提供的设计规范文档中,每一项都需要被仔细的说明。”位于美国Cidra市的GlaxoSmithKline公司的包装工程师José Rivera补充说。

这些文档是各不相同的。用户需求规范书(URS)倾向于概括的描述:“贴标机应该集成有一台视觉系统来对批次号、有效期、组号和标签进行检测。”

详细设计规范书(DDS)描述的更加具体:“贴标机要包括一台1024 x 1024像素的高分辨率相机,采用光学字符检测(OCV)法对以Futura 14磅字体用激光打印机打印到标签上的批次号、有效期、预打印的标签组号和标签本身进行检测和验证。”

视觉系统也被用来验证包装的组件是否被正确地组合到了一起,这要求对包装的所有特性都要进行检测。当包装组件的颜色是一致的时候,单色检测是有用的。然而,因为不同的国际市场有不同的需求,今天彩色检测被应用的越来越普遍。例如,用于日本市场的一个泵的包装要求有一个蓝色的夹子,而世界上的其他市场则要求有一个白色的夹子。

检查质量

虽然在线检查能保证产品的物理安全性和最小的加工错误,机器视觉系统对于质量方面的检查也是十分重要的。这种检查可以通过多种不同的方法来实现,从对净容量进行测量到对密封安全性和贴标进行检验。

机器视觉系统能帮助检查包装是否满足对包容物的要求。剂量短缺是今天固体制剂包装中的一个主要挑战。它可以发生在许多不同的情况中:

◆ 低容量或高容量的产品;

◆ 采用板条填充或电子计数器时;

◆ 低速或高速包装生产线。

今天,越来越多的人在研究导致剂量短缺的机械根源,以便能让这个问题最小化并最终消灭它。即使当一个短缺问题得到控制时,其他像是否有外来颗粒这样的问题也需要得到重视。

在这一点上,对于剂量短缺还没有一个完美的解决方案,检测系统提供了最好的方法来确保药品的数量。

视觉系统还能够被用来检测药瓶上的封盖是否歪斜、过高或缺失。这种应用在高速包装生产线上正变得越来越重要,它能在一个有限的处理时间内在不同的检测窗口检测出瑕疵。

在泡罩包装生产线上,通过预先设定的密封模式,视觉系统能对密封安全性进行确定,这使得视觉系统能对包装的保护性和分配功能进行验证。

最终,视觉系统还能确保包装满足它的交流方面的要求。视觉系统在这方面的最普遍应用是对标签上的可变信息和成分版本号进行检测。在这种应用中,光学字符识别(OCR)和光学字符验证(OCV)被普遍地应用到对加工过程中的产品进行追踪。这里有一些新的变量,包括条码检测和高分辨率的标签检测,但对批次号、有效期和生产日期的存在、正确性和易辨认性的检测仍然是最重要的应用。

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