Leistungsfähige Logistik für Impfstoffe

Ein Prozessschritt sieht vor, dass mit Impfstoff gefüllte Vial, auch als Stechampullen bezeichnet, von einem Förderband mittels Roboter in Schubladen abgelegt und später wieder entnommen werden. Das Unternehmen Goldfuß engineering entwickelte das Gesamtkonzept, das aus mehreren Rollwagen mit Schubladen, Roboterzellen und Bandanlagen besteht. Simon IBV war verantwortlich für die Entwicklung des optischen 3D-Systems, das es dem Roboter ermöglicht, die Vials eigenständig und beschädigungsfrei zu greifen. Dabei kommt die industrielle Bildverarbeitungssoftware MVTec HALCON zum Einsatz. 

Die Rollwagen, die etwa 10.000 Stechampullen fassen, dienen als Puffer- und Transfersystem zwischen Abfüllung, Qualitätskontrolle und Verpackung. Das Unternehmen Goldfuß engineering aus dem baden-württembergischen Balingen ist auf die Entwicklung und Fertigung robotergestützter Beschickungssysteme für Verpackungsmaschinen und Anwenderlösungen für die Laborautomation spezialisiert. Das Unternehmen wurde von Siegfried Hameln, einem weltweit tätigen Auftrags- und Entwicklungsfertiger von pharmazeutischen Wirkstoffen und Fertigprodukten beauftragt, einen automatisierten Prozess zum Puffern der Vials zu entwickeln. Siegfried Hameln wiederum wurde vom Impfstoffentwickler für die Produktion des Wirkstoffs beauftragt. Für die Vision-Komponente der Roboterzelle wurde Simon IBV ins Boot geholt. Das Unternehmen aus dem nordbayerischen Bayreuth verfügt über branchenübergreifende Expertise bei optischen Prüf- und Mess-Systemen in 2D und 3D. 

Für den Schritt des Be- und Entladens der Rollwagen hat die Goldfuß engineering eine neue Roboterzelle entwickelt. Stephan Trunk von Goldfuß engineering erklärt: „Eine solche Automatisierungslösung gab es bislang nicht auf dem Markt. In vergleichbaren Anwendungen werden die Vials nach der Abfüllung manuell in Trays oder Boxen geladen, händisch auf Paletten oder in Kanbanwagen gestapelt und anschließend wieder depalettiert. Dadurch werden in der Regel mehrere Mitarbeiter an nicht wertschöpfende Tätigkeiten gebunden. Der neue, automatisierte Prozess sorgt für eine Beschleunigung, auch weil sich die Mitarbeiter anspruchsvolleren Tätigkeiten widmen können.“

Die eingesetzten Rollwagen verfügen über neun Schubladen, wobei jede Schublade mit 24 Reihen und jeweils 46 Vials befüllt werden kann. Insgesamt finden auf einem Rollwagen also knapp 10.000 Vials Platz. Durch das Puffern einer solch großen Menge kann die Auslastung der Verpackungsanlage flexibel gesteuert werden. Die Wagen bieten den zusätzlichen Vorteil, dass aus ihnen einfach Stichproben entnommen und nach der Qualitätssicherungsfreigabe dem Verpackungsprozess wieder zugeführt werden können. Da die Wagen fahrbar sind, können sie in Kühlkammern geparkt werden, sodass die Kühlkette nicht unterbrochen wird. Die besondere Herausforderung bei der Umsetzung lag in den Abweichungen beziehungsweise den unterschiedlichen Positionen, in denen etwa die Rollwagen positioniert werden und die Roboter dennoch autonom arbeiten müssen. Die Wagen werden händisch von den Mitarbeiter:innen an der Anlage abgestellt, wodurch die exakte Position immer variiert. Zudem ändert sich das Gewicht der Rollwagen und somit die Position der Schubladen beim Be- und Entladen permanent. Um die nötige Positionsgenauigkeit einzuhalten, damit die Vials immer korrekt gegriffen werden, muss die genaue Lage für jede Reihe stets neu ermittelt werden. 

Diese Aufgabe kann in einer nahezu vollständig automatisierten Produktion nur von einem 3D Vision-System auf Basis industrieller Bildverarbeitung bewältigt werden. Andere Technologien hätten die Anforderungen nicht erfüllen können. Der Einsatz von Sensoren erfordert mehrere Abtast-Positionen, was den Roboterzyklus erheblich verlängert hätte und somit die angestrebte Taktzahl nicht erreicht werden könnte. Auch der Einsatz einer 2D-Kamera am Greifer wäre problematisch, da neben dem zusätzlichen Gewicht auch empfindliche Kabel so verlegt werden müssten, dass sie den Bewegungen des Roboters langfristig standhalten.

„Die 3D-Kameras mit einem Arbeitsabstand von circa 120 Zentimeter zur obersten Schublade und 180 Zentimeter zur untersten Schublade arbeiten immer noch hochgenau und bieten dem Roboter trotzdem einen ausreichenden Arbeitsbereich für ein kollisionsfreies Handling. In Kombination mit leistungsstarker Machine-Vision-Software können aber alle Anforderungen für diese Anwendung gemeistert werden“, erklärt Daniel Simon, Prokurist und verantwortlich für den Technischen Vertrieb bei der Simon IBV.