백신용 유리병의 품질 관리에 최적화된 지능형 다중 카메라 시스템

IDS

코로나19 유행병을 퇴치하는 것이 현재 세계적인 의제이다. 가능한 한 빨리 백신을 공급하기 위해 노력하고 있지만 전 세계 모든 사람에게 최소 한 번씩 백신을 제공하는 것은 쉬운 일이 아니다. 수십억 개의 백신을 전달하는 데에 유리병은 중요한 요소다. 그 중 약 500억 개가 매년 전 세계적으로 생산되고 있다. 현재 백신 유리병의 생산자는 공급망에서 병목 현상이 발생하지 않도록 생산량을 대폭 늘리고 있다.

하지만 의료용 백신 유리병은 표준 형상이 아니다. 테두리가 있는 병, 나사산이 있는 병 또는 앰블(ampoules)은 모두 특수 유리 붕규산염으로 만들어지기 때문에 맞춤형 생산 라인이 필요하다. 이때 화학적 간섭이 백신에 영향을 미칠 수 있으므로 용기와 내부 액체 사이의 상호 작용을 방지해야 한다. 아주 작은 긁힘, 균열도 전체를 사용할 수 없게 만들고 충전 공정 중에 라인을 오염시키거나 기계를 정지시킬 수도 있다.

따라서 제조업체에 대한 요구사항은 엄청나다. 빠르게 대량을 생산하는 것뿐만 아니라 높은 품질과 표준을 유지해야 한다. 동시에 생산 능력을 늘려야 하기 때문에 이는 시간과 자본의 집약적 집중이 필요하다. 독일의 Bad Königshofen은 백신 유리병 검사를 위한 비용 효율적이고 신속 통합되면서 매우 안정적인 솔루션을 확보했다. Isotronic GmbH는 자동 관형 유리 검사 시스템 ‘VialChecker’를 개발했다. uEye CP 제품군의 IDS 산업용 카메라는 치수 및 표면 검사를 위한 이미지 처리 구성 요소로 사용됐다.

애플리케이션

백신 유리병은 2ml에서 100ml의 액체를 담는다. 평균 높이 45 mm, 너비 11.5 mm이다. 제조업체는 이러한 목적으로 붕규산 유리를 사용하여 극한의 온도와 이송 중에서도 백신을 안정적인 상태로 유지한다. 백신을 담는 이 작은 용기는 높은 품질 요건을 충족해야 한다. 동시에 최단 시간에 대량 생산이 이루어져야 한다. 결함 검사에서 높은 신뢰성과 함께 매우 빠른 품질 관리가 필요하다.

IDS는 고해상도 센서가 있는 고성능 카메라로 높은 프레임 속도를 지원한다. 또한 IDS uEye CP 제품군의 GigE 산업용 카메라를 터치스크린 모니터, 제어 캐비닛, 지능형 소프트웨어와 각 생산 시스템과 결합한다. VialChecker는 백신 바이알의 자동 치수 및 표면 검사를 위한 두 가지 버전의 올인원 검사 시스템으로 제공된다.

치수의 준수 여부는 ‘VialChecker Geometry’로 확인하고 ‘VialChecker Cosmetic’은 각 개별 병의 표면에 흠집이 없는지 확인한다. VialChecker Cosmetic은 형상 검사의 일부로 선택적으로 사용하거나 별도의 시스템으로 더욱 까다로운 작업을 수행할 수 있다. VialChecker Geometry에는 50개 이상의 치수 검사가 포함되어 있으며 최대 0.01 mm의 정확도로 표준 및 비표준 유리 제품에 대한 테스트를 수행한다. 반면에 크랙, 긁힘, 칩, 내포물 또는 얼룩과 같은 결함은 강력한 카메라로 0.1 mm2의 정확도로 감지된다.

지능형 소프트웨어는 정확한 결함 설명 분석 및 분류를 가능하게 한다. 테스트는 병이 형성된 직후 또는 포장 직전과 같이 제조 공정의 다양한 지점에서 이루어진다. 시스템은 일반적으로 3~8개의 카메라를 지원하므로 생산 라인을 따라 다양한 측정 스테이션을 통합할 수 있다.

Isotronic의 최고 운영 책임자인 Valentin Mayer-Eichberger는 “센서 또는 카메라는 유리 두께를 측정한다. 측면으로 회전하는 튜브 유리나 유리 바닥을 관찰하고 고해상도 이미지를 제공한다. 8개 이상의 카메라가 필요한 경우는 여러 대의 컴퓨터를 작동시킨다.”고 설명했다. 카메라는 회전당 최소 20개의 이미지를 캡처하므로 VialChecker는 매우 높은 정확도로 분당 최대 120개의 바이알을 검사할 수 있다. 치수 테스트의 경우 최대 0.01 mm, 외관 테스트의 경우 0.1 mm2 이다.

실시간 처리 외에도 시스템 작동에 대한 자세한 로깅도 제공한다. 소프트웨어의 높은 신뢰성은 품질 요구 사항을 충족하면서 제품이 사양 내에 있고 오류가 없음을 보장한다. 요구 사항과 테스트 작업에 따라 측정 스테이션에 다른 카메라 모델이 필요하다. 현재 Isotronic은 IDS 카메라 제품군 GigE uEye CP를 주로 사용한다. GigE uEye CP는 광범위한 픽셀 처리로 최대의 기능을 제공하며 이미지 시퀀스 버퍼링을 위한 내부 120MB 이미지 메모리 덕분에 VialChecker와 같은 다중 카메라 시스템에 적합하다. 카메라는 최대 GigE 속도로 데이터를 전송하고 PoE 덕분에 최대 100미터까지 단일 케이블로 작동할 수 있다.

선호하는 모델 중 하나는 IDS 포트폴리오에서 가장 민감한 센서 중 하나인 2백만 화소 CMOS 센서가 있는 UI-5250CP-M-GL이다. 모노와 컬러의 두 가지 버전으로 제공되며 뛰어난 광감도가 특징이다. 또한 움직이는 피사체를 실제처럼 포착하거나 고대비를 노이즈 없이 촬영할 수 있는 전환이 가능한 다양한 셔터 모드를 제공한다.

Valentin Mayer-Eichberger는 “uEye 카메라는 유리 표면의 결함을 빠르고 안정적으로 감지한다. 이를 통해 여러 특성을 동시에 확인하거나 AOI를 다양한 매개변수를 사용하여 캡처할 수 있다. 따라서 프레임 속도가 52fps인 고속 생산 라인에서 다양한 검사를 수행할 수 있다.”고 강조했다.

소프트웨어

IDS 카메라는 C++를 사용하여 시스템에 직접 연결된다. 고객이 개발한 소프트웨어 알고리즘이 오류를 감지하고 모니터를 통해 메시지를 출력한다. Good/bad 상태를 리포트 하는 것 외에도 각 제품의 품질을 기록하고 시간에 따른 통계를 표시한다. 담당자는 이 데이터를 사용하여 정확하게 병의 조정 여부를 확인한다.

Isotronic 소프트웨어에는 고객의 요구 사항을 충족하도록 개발된 사용자 친화적인 인터페이스가 있다. 또한 VialChecker는 지속적인 업데이트 및 소프트웨어 개선으로 원격 지원에 최적화되어 있다.

Valentin Mayer Eichberger는 “Isotronic 소프트웨어는 역동적이고 지속 가능한 시스템의 기초이다. 오류 분류와 같은 까다로운 작업에 기계 학습을 사용하고 많은 양의 데이터를 처리하기 위한 현장 또는 클라우드 기반 솔루션과 상세한 분석 프로세스 최적화를 지원한다. 예를 들어, 시간 경과에 따른 오류 빈도를 분석하고 공구 마모를 모니터링하고 경보를 발생시킬 수 있다. 생산 모니터링을 위한 클라우드 서비스뿐만 아니라 생산이 끝나면 품질 측정에 따라 차트를 계산한다.”고 말했다.

전망

전문가들은 백신 유리병에 대한 전 세계 수요가 향후 2년 동안 10억에서 20억까지 증가할 것으로 추정하고 있다. 세계의 백신 제조업체는 유리병의 생산을 늘리고 있으며 치료제를 보호하기 위해 자동 고성능 테스트 시스템에 대한 수요가 그 어느 때보다 높아졌다. Valentin Mayer Eichberger는“산업이 전반적으로 성장하면서 아시아 지역에서 수요가 늘고 있다”고 말했다. VialChecker 시스템은 생산자가 백신 공급망에서 병목 현상을 방지하는 데 도움이 된다.

자료 제공: IDS(www.ids-imaging.com)