Der Sensor kontrolliert die Oberflächenbeschaffenheit jeder Tablette. Dazu beleuchtet er diese mit einer Weißlichtquelle und wertet die reflektierten Farbanteile aus.

Der Sensor kontrolliert die Oberflächenbeschaffenheit jeder Tablette. Dazu beleuchtet er diese mit einer Weißlichtquelle und wertet die reflektierten Farbanteile aus.Pixelot – Fotolia.com, Micro-Epsilon

Die automatische Tablettenproduktion erfordert eine hohe Präzision, um die Qualität jeder einzelnen Tablette zu sichern. Durch die hohen Fertigungsraten der Tablettenpressen verschleißen die Konturen der bis zu 47 kreisförmig angeordneten Stempelpaare einer Druckstation allerdings schnell. Damit alle Tabletten einer Charge identisch aussehen, müssen die Stempel jeweils dieselben Abnutzungserscheinungen aufweisen. Darum überprüft ein Messautomat alle neuen und bereits zuvor eingesetzten Stempel und sortiert sie nach Abnutzungs-Klassen. Dazu tastet der Lasertriangulations-Wegsensor Opto-NCDT von Micro-Epsilon die Konturen der Stempel ab. Das Sensorsystem fährt per Schrittmotor mit einer Geschwindigkeit von 2 mm/s über jeden Stempel der Tablettenpresse und erfasst die Konturdaten zur Klassifizierung. Die Stempel einer Klasse werden anschließend für ein neues Matritzenscheibenpaket, das die Formen der Tabletten enthält, zusammengestellt.

Erkennt die Medikamentenfarbe

Der Farbsensor Color-Sensor kontrolliert vor dem Verpacken die Farbe der Tabletten. Er ermittelt die Übereinstimmung von Farbwerten, indem er ein Objekt mit einer Weißlichtquelle (LED) beleuchtet und die reflektierten Farbanteile auswertet. Die Soll-Farben des zu prüfenden Objektes lassen sich im Sensor einlernen und in einem Farbspeicher ablegen. Wichtig dabei ist, dass der Sensor das gleiche Farbspektrum wahrnimmt wie der Mensch. Darum spricht man hier von einem perzeptiven oder True-Color-Farbsensor. Auf diese Weise erkennt das Messgerät Farbunterschiede, die auch dem Patienten auffallen würden. Den eingelernten Farben lassen sich zudem Farb­toleranzen zuordnen. Das Messgerät vergleicht dann im weiteren Prüfablauf die gespeicherten Farbwerte mit den ermittelten Werten des Prüflings. Dazu berechnet es den Farbabstand (∆E) zwischen der Objektfarbe und dem eingelernten Referenzwert. Liegen diese Werte innerhalb der Toleranz, erzeugt das Gerät ein Ausgangssignal. So gelangen die richtigen Tabletten in die richtige Verpackung. Die Blindgänger werden gefunden und ausgeschleust.

Das Sensorsystem fährt per Schrittmotor mit einer Geschwindigkeit von 2 mm/s über jeden Stempel der Tablettenpresse und erfasst die Konturdaten zur Klassifizierung.

Das Sensorsystem fährt per Schrittmotor mit einer Geschwindigkeit von 2 mm/s über jeden Stempel der Tablettenpresse und erfasst die Konturdaten zur Klassifizierung.Micro-Epsilon

Wirkstoffprüfung von Arzneimitteln

Doch auch wenn die Tabletten gepresst und sortiert sind, ist die Tablettenproduktion noch nicht abgeschlossen. Denn dem Patienten kommt es vor allem auf die richtigen Wirkstoffe an. Diese prüft eine Kombination aus zwei Messverfahren. Zum einen ist das die Raman-Mikroskopie. Sie ermittelt das Lichtspektrum der untersuchten Substanz und stellt auf diese Weise ihre chemische Zusammensetzung fest. Zum anderen ermittelt das konfokal-chromatische Messprinzip ein exaktes 3D-Modell der Tablettenoberfläche. Diese Aufgabe übernimmt ein an das Mikroskop angeschlossene Confocal-DT-Sensor. Dieser basiert auf dem Prinzip der chromatischen Aberration (Abbildungsfehler). Im Einzelnen funktioniert das Verfahren wie folgt: Da weißes Licht aus verschiedenen Wellenlängen besteht, können es Linsen nicht auf einen Punkt fokussieren. Die verschiedenen Wellenlängen werden beim Übergang in ein anderes Medium, wie eine Linse, in jeweils individuellen Winkeln gebrochen. Diesen Effekt kommt auch bei einem Prisma zum Tragen, das das weiße Licht in seine Farb­bestandteile trennt. Man spricht vom optischen Abbildungsfehler oder Aberration. Die Fotografie vermeidet diesen Effekt, um die Bildschärfe zu erhöhen. Die konfokale Messtechnik schöpft ihn dagegen aus. Weißes Licht wird über einen Lichtwellenleiter vom Controller zum Sensor geleitet. Spezielle Linsen dehnen den Brennpunkt (Fokus) der verschiedenen Farben gezielt aus. Vor dem Austritt des Lichts aus dem Sensor bündeln Sammellinsen die Farbspektren entlang der optischen Achse, senkrecht zum Messobjekt. Je nach Abstand zur Linse befindet sich nun genau eine Wellenlänge im Fokus. Bei der Messung reflektiert die Oberfläche das Licht des Messobjektes auf den halbtransparenten Spiegel. Dieser lenkt die Wellenlängen auf eine Lochblende, die nur die am besten fokussierten Wellenlängen durchlässt. Ein Spektrometer mit CCD-Empfänger wertet die Farbinformation aus: Jede Position auf der CCD-Zeile entspricht einer bestimmten Entfernung des Messobjektes vom Sensor. Das entstandene Topografiebild korreliert mit den Raman-Daten des Mikroskops. Das gesamte Messsystem nennt sich ‚confocal raman imaging‘.

Messprinzip im Detail

Lasertriangulation

Das Prinzip der Lasertriangulation basiert auf einer einfachen geometrischen Beziehung: Eine Laserdiode emittiert einen Laserstrahl auf das Messobjekt. Ein Objektiv fokussiert die reflektierte Strahlung auf eine CCD-/CMOS-Zeile oder ein PSD-Element (Position Sensitive Device) im Sensor. Somit entsteht ein Dreieck aus der Laserdiode, dem Messpunkt auf der Objektoberfläche und beispielsweise der CCD-Zeile. Durch eine trigonometrische Berechnung ermittelt das Messsystem aus den Seitenlängen, Winkelgrößen und Längen von Dreieckstransversalen dieses Dreiecks den Abstand zum Messobjekt. Prinzip und Sensoraufbau ermöglichen dabei eine hohe Genauigkeit: Die Messauflösung reicht bis in den Bruchteil eines Mikrometers. Die Daten wertet ein Controller aus und gibt sie über verschiedene Schnittstellen aus.