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Perfekte Pipettenspitzen durch industrielle Bildverarbeitung

Qualitätssicherung im Spritzguss
Industrielle Bildverarbeitung: Nur perfekte Pipettenspitzen fürs Labor

Pipettenspitzen werden bei Tests und Analysen zu Tausenden im Labor gebraucht. Von ihnen hängt einiges ab, denn nur mit der präzisen Dosierung erhält man das richtige Ergebnis. Um die Qualität dieser Spritzguss-Produkte zu sichern, checkt ein von Octum eigens entwickeltes System für die industrielle Bildverarbeitung die Spitzen rundum.

Peter Stiefenhöfer
Fachjournalist in Olching

Ein Wegwerfartikel. Aber einer, von dem im Labor und für den Patienten viel abhängt: denn Pipettenspitzen müssen höchst präzise winzige Flüssigkeitsmengen aufnehmen und an der richtigen Stelle wieder abgeben. Zum Beispiel, wenn Teströhrchen zu bearbeiten sind, damit der PCR-Test zeigt, ob ein Patient nun mit dem Coronavirus infiziert ist oder nicht. Auch bei Blutanalysen geht es nicht ohne die kleinen Kunststoffteile.

Die Präzision fängt aber nicht erst im Labor an, sondern schon beim Fertigen. Ein zuverlässiges System zur Qualitätsprüfung erkennt fehlerhafte Teile sicher und sortiert sie schon im Verlauf der Fertigung aus.

Pipettenspitzen für medizinische Anwendungen werden in großer Zahl in Spritzgussmaschinen hergestellt. „Aktuell üblich sind dabei 64-fach-Werkzeuge“, erläutert Andreas Mikeska. Er ist im Vertrieb der Ilsfelder Octum GmbH tätig. Das Unternehmen bietet Systemlösungen, mit denen sich Produkte und Fertigungsprozesse kontrollieren lassen. Mikeskas Spezialgebiet sind Anwendungen im Medizinbereich – wie Pipettenspitzen.

Sobald die Spitzen aus der Maschine kommen, können sie zum Beispiel in Racks mit 8 x 12 Positionen und wenigen Millimetern Abstand voneinander abgesetzt werden. Eine der Herausforderungen beim Messen und Prüfen der Teile ist die Bandbreite der verschiedenen Größen. Für Inhaltsmengen zwischen 12,5 und 1000 µl nutzt das Labor die Pipettenspitzen in mehreren unterschiedlichen Typen. Daraus ergeben sich Abweichungen bei der erforderlichen Messgenauigkeit. Werden Innendurchmesser im Bereich von 0,6 mm gemessen, darf die Abweichung laut Spezifikation beispielsweise nur ± 0,025 mm betragen. Und Mikeska ergänzt: „Zudem muss der Rundlauf der Spitze innerhalb gewisser Grenzwerte liegen.“

Perfekte Pipettenspitze kann Proben nicht kontaminieren

Ebenso sicher müssen weitere Fehlerarten erkannt werden, wie zu große oder verschlossene Innendurchmesser, Grate oder Spritzgussreste. Sie sind ein Problem, da sie Kreuzkontaminationen und verfälschte Testergebnisse verursachen können. Axial und radial abstehende Grate müssen schon ab einer Größe von 0,1 mm x 0,1 mm sicher identifiziert werden.

Für solche anspruchsvollen Qualitätsprüfungen hatte Octum im Jahr 2017 erfolgreich erste Systeme für die Medizintechnik entwickelt und im Jahr 2020 über 20 davon ausgeliefert, in Betrieb genommen und qualifiziert. Der zunehmende Bedarf nach dem Ausbruch der Pandemie hat das Unternehmen jedoch 2020 veranlasst, eine neue Generation zu projektieren. Damit wollten die Ilsfelder die Anforderungen übertreffen und es ermöglichen, das Automatisierungskonzept einfach an alle Sondermaschinenbauer und Gegebenheiten anpassen zu können.

Das Ergebnis dieser Entwicklungen sind die neuen Systeme Pipette.inspect. Sie inspizieren alle 96 Pipettenspitzen eines Racks mit einem speziellen Prüfkonzept in zwei Schritten. Es berücksichtigt eine Ansicht von der Seite und eine von unten. Entweder prüft ein duales Kamerasystem stichprobenartig nur eine oder zwei Pipettenspitzen eines Racks, oder es nimmt eine 100-%-Prüfung vor.

Keine Grate, Filter drin, Pipettenspitze okay

In der Bottom-View-Station vermisst das System Innen- und Außendurchmesser der Pipettenspitzen und untersucht sie auf radiale Grate sowie auf mögliche Unterspritzungen. Teilweise enthalten die Pipettenspitzen auch Filter, deren Anwesenheit kontrolliert wird. Ergibt eine dieser Messungen mindestens ein definiertes Fehlermerkmal, werden die fehlerhaften Pipettenspitzen oder – je nach Anforderung – sogar das komplette Rack aussortiert.

Die Kombination aus geforderter Genauigkeit und den engen Zeitvorgaben erfordert für jeden Einzelfall eine durchdachte Konzeption des Prüfsystems. So stehen beispielsweise bei einem deutschen Hersteller von Pipettenspitzen lediglich 4,5 s zur Verfügung, um die 96 Pipettenspitzen pro Rack komplett zu prüfen und zu vermessen und dabei die Genauigkeitsanforderungen von ± 25 µm zu erfüllen. Zudem ist es dort nötig, das System äußerst kompakt zu gestalten. Eine schnelle und flexible Systemeinrichtung auf die unterschiedlichen Pipettenspitzenformate ist ebenfalls gefordert.

Kontrolle der Pipettenspitzen aus zwei Blickwinkeln

Lösen ließ sich die Aufgabe mit zwei PC-basierten Bildverarbeitungssystemen für die Side- und die Bottom-View-Prüfung. So ein Inspektionssystem kann bis zu vier Gigabit-Ethernet-Kameras für die Bottom-View-Station und eine oder mehrere Kameras für die Prüfungen in der Side-View-Station enthalten. Hinzu kommen spezielle hochwertige entozentrische Objektive, telezentrische Objektive und telezentrische Beleuchtungen. Auch Spezialbeleuchtungen sind im Einsatz, die im Blitzbetrieb gezielt übersteuert werden, um eine ausreichende Lichtmenge zu gewährleisten. „Mit Hilfe speziell entwickelter Schablonen und Masken stellen wir dabei sicher, dass keine Lichtreflexionen entstehen, die auf den nahe nebeneinander installierten Kameras fehlerhafte Bilder erzeugen könnten“, unterstreicht Mikeska. „Gerade im Bereich der Beleuchtungsabstimmung steckt sehr viel Know-how, um die sichere Funktion des Gesamtsystems zu garantieren.“

Die ausgewählten Kameras ermöglichen eine Auflösung von 5 µm pro Pixel und sorgen somit für eine hohe Abbildungsqualität der Pipettenspitzen, was die nachfolgende Softwareauswertung gemäß den Anforderungen der Messsystemanalyse (MSA) erlaubt. Das Octum-Messsystem erfüllt diese Vorgaben und weist dies im Rahmen einer Qualifizierung nach. Durch die telezentrischen Objektive und Beleuchtungen gelingt es, die tolerierten Schwankungen der Gesamtlänge mit der nötigen Tiefenschärfe zu erfassen. Die Ergebnisse der Prüfungen werden in einer Datenbank abgelegt und erlauben aussagekräftige Statistiken.

Kontakt zum Hersteller:
Octum GmbH
Renntalstr. 16
74360 Ilsfeld
Telefon +49 (0)7062 91494–0
Andreas Mikeska
E-Mail: amikeska@Octum.de


Über den Anbieter

Seit 25 Jahren entwickelt und vertreibt die Octum GmbH weltweit Systemlösungen zur Kontrolle von Produkten und Fertigungsprozessen. Für seine Zielbranchen Pharma- und Medizintechnik, Healthcare und Automotive produziert das Unternehmen Bildverarbeitungslösungen, mit denen sich unterschiedlichste Teile erkennen und inspizieren lassen.

www.octum.de

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