對AILM80燈檢檢漏一體機工作原理的探討及其性能驗證

魏達(dá)義，王 弢，趙 鵬，王愚騰

（蘭州生物制品研究所有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730046）

0 引言

燈檢檢漏一體機一般由2 部分組成：前面是燈檢機，后面連接檢漏機。燈檢機使用的檢測方法主要有SD法、視覺檢測法。檢漏方法有高壓放電法、激光頂空氣體分析法［1］、真空衰減法［2］。高壓放電法只適用于水針產(chǎn)品，激光頂空氣體分析法適用于藥品頂空抽真空或者是抽真空后充氮氣的凍干粉劑，而真空衰減法既可適用于水針產(chǎn)品、也可適用于凍干粉劑。AILM80燈檢檢漏一體機在燈檢上使用視覺檢測法，檢漏上采用高壓放電法。由于檢漏過程較為復(fù)雜且涉及面廣，故目前檢漏標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置還存在一些不足［3-4］。

灌裝藥液的容器如果密封性不嚴(yán)實，則藥液會有被污染的風(fēng)險，而被污染的藥液一旦進(jìn)入人體，會對人生命健康造成嚴(yán)重威脅。隨著社會科技進(jìn)步和人民生活水平提高，藥品質(zhì)量必須緊貼時代發(fā)展，《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》（現(xiàn)行版）［5］要求無菌藥品包裝容器的密封性應(yīng)經(jīng)過驗證，避免產(chǎn)品遭受污染。國家在2020年又相繼出臺了《化學(xué)藥品注射劑仿制藥質(zhì)量和療效一致性評價技術(shù)要求》和《化學(xué)藥品注射劑包裝系統(tǒng)密封性研究技術(shù)指南（試行）》，這說明對于藥品容器的密封性國家重視程度很高，藥品容器必須經(jīng)密封性檢測后方可使用。要檢測就得有相應(yīng)的檢測設(shè)備，能把異物檢測與密封性檢測結(jié)合起來的設(shè)備，就是燈檢檢漏一體機。一體機中的檢漏機能剔除容器密封性不完整的藥品，規(guī)避藥品被污染的風(fēng)險，能有效提高藥品質(zhì)量，讓藥品質(zhì)量更加優(yōu)質(zhì)、更加可控，這為廣大人民群眾的身體健康提供重大保障。藥企應(yīng)盡可能使用燈檢檢漏一體機來提高藥品質(zhì)量，這不只是對自己企業(yè)品牌負(fù)責(zé)，更是對每一個生命負(fù)責(zé)。

國內(nèi)將兩款機器串聯(lián)起來使用剛剛起步，對于一體機的使用性能做出評價的也不多，在此基礎(chǔ)上，對一體機的探討就很有必要，這能為藥企提供經(jīng)驗與指南，指導(dǎo)藥企使用者在日常工作中更好地使用一體機。對廣大使用者來說，最需要了解的是一體機的基本工作原理及其關(guān)鍵性能指標(biāo)。本論述通過探討AILM80燈檢檢漏一體機的基本工作原理，包括結(jié)構(gòu)構(gòu)成、檢測過程、檢測工位的相機光源分布位置等，在此基礎(chǔ)上驗證其關(guān)鍵性能指標(biāo)，包括機器檢測效能、識別不合格品能力、誤檢率、檢測速度、破瓶率、檢漏能力等。

1 整機介紹

AILM80 西林瓶水針自動燈檢檢漏一體機的外形圖如圖1所示。

圖1 AILM80西林瓶水針自動燈檢檢漏一體機外形圖

AILM80 西林瓶水針自動燈檢檢漏一體機主要由機架、進(jìn)料系統(tǒng)、壓盤組、跟蹤檢測系統(tǒng)、燈檢分類和剔除組、高壓放電檢測系統(tǒng)、檢漏分類和剔除組、控制柜（包括操作面板）組成。

燈檢機配備20 個旋瓶伺服電機（三菱），每個電機帶動4個為一組的旋瓶底座，共有80個旋瓶底座；有5個檢測工位，每個工位配備4 個CCD 工藝相機（德國Basler），共20個CCD工藝相機。

檢漏機配備4 個檢測工位，分別檢測西林瓶瓶身、瓶肩、瓶頭/瓶蓋、瓶底。

2 視覺檢測原理

2.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)成

AILM80 西林瓶水針自動燈檢檢漏一體機的燈檢機結(jié)構(gòu)如圖2所示。主要包括進(jìn)瓶部分、視覺檢測部分、分選出瓶等3個部分。

圖2 一體機的燈檢機結(jié)構(gòu)圖

2.2 檢測過程

視覺檢測過程是用機器視覺系統(tǒng)（由LED 光源、CCD 工藝相機、鏡頭等組成）模擬人眼的處理流程，CCD 相機拍攝連續(xù)圖片，然后用圖像處理與分析算法來檢測藥液中不溶性異物、藥液裝量以及瓶子外觀缺陷。

（1）藥瓶進(jìn)入轉(zhuǎn)盤后采用上壓下托結(jié)構(gòu)，在到達(dá)檢測工位之前，旋瓶伺服電機帶動藥瓶沿著軸心做高速自旋運動，藥瓶轉(zhuǎn)速可根據(jù)檢測需求進(jìn)行調(diào)整，此時藥液開始旋轉(zhuǎn)，異物顆粒隨著藥液旋轉(zhuǎn)上升。

（2）在藥瓶即將進(jìn)入檢測工位時，伺服電機停止并制動瓶身的自旋運動，西林瓶內(nèi)藥液由于慣性還保持原來運動狀態(tài)，藥液內(nèi)的可見異物也隨著一起運動，此時視覺檢測系統(tǒng)啟動，相機以4個藥瓶為單位進(jìn)行跟蹤拍攝，采集一定數(shù)量的、包含異物運動軌跡的序列圖像。

（3）通過計算機圖像處理與分析技術(shù)，首先將圖像數(shù)字化，并對其中所包含的運動信息、外觀信息進(jìn)行一系列有效運算和對比分析，最終確定異物數(shù)量和類型以及外觀不合格的藥品［6］。

2.3 檢測工位

2.3.1 第一工位

如圖3所示，第一工位采用暗場背景，主要由CCD工藝相機、底部點光源、LED輔助條形光源以及黑色背景板組成（所示圖片以1 個相機為例），其中，LED 輔助條形光源與CCD工藝相機位于藥瓶兩側(cè)。第一工位的西林瓶旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速較大，以便較大較重的異物產(chǎn)生運動，其檢測重點為較大的反光微粒，包括大小玻璃、膠塞塊、金屬屑等。

圖3 第一工位相機光源分布

2.3.2 第二工位

第二工位采用明場照明，主要由CCD 工藝相機、LED點光源、LED背光源組成，第二工位與第一工位不同的地方在于背景板不同。其中，CCD 工藝相機與LED背光源位于藥瓶兩側(cè)。檢測時，CCD工藝相機以4個藥瓶為單位進(jìn)行跟蹤拍攝。與第一工位類似，第二工位同樣設(shè)有旋瓶機構(gòu)，但西林瓶轉(zhuǎn)速較慢，其檢測重點為纖維、黑塊等不反光異物。

2.3.3 第三、四工位

第三、四工位采用明場照明，二者的CCD 工藝相機、LED輔助背光源組成和分布是相同的，CCD 工藝相機與LED 輔助背光源位于藥瓶兩側(cè)，第三、四工位與第二工位的不同點在于第三、四工位不設(shè)置底部點光源。檢測時，CCD工藝相機以4個藥瓶為單位進(jìn)行跟蹤拍攝，與第一工位類似，第三、四工位同樣設(shè)有旋瓶機構(gòu)，西林瓶轉(zhuǎn)速與第二工位接近，但是二者檢測重點不同，第三工位著重檢測瓶身外部，如瓶身裂紋、瓶身臟污、瓶身劃痕等，第四工位著重檢測藥液裝量和渾濁度。

2.3.4 第五工位

第五工位由CCD 工藝相機、LED 輔助條形光源組成，藥瓶背面設(shè)有黑色背景板或LED 背光源，其中，LED輔助條形光源是由下往上傾斜一定角度照明瓶頸以上的鋁蓋、塑蓋區(qū)域，相機鏡頭也是由下往上傾斜一定角度拍攝軋蓋部位。第五工位主要檢測鋁蓋包邊缺陷、鋁蓋缺口、鋁蓋劃痕、鋁蓋臟污等瓶頭部位存在的問題。

3 檢漏原理

3.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)成與基本原理

AILM80 西林瓶水針自動燈檢檢漏一體機采用高壓放電法檢測容器的密封性［7］。檢漏工位結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要由高壓電源與電極對組成，有四個檢測工位，每個檢測工位包含兩個高壓電極，分別是HV1檢測瓶身、HV2檢測瓶肩/瓶頸、HV3檢測瓶頭/瓶蓋、HV4檢測瓶底，四個檢測工位并聯(lián)在高壓電源兩端，每個檢測工位的電壓相等。V 為高壓電源，R 為藥液的電阻值，C1和C2為檢測電極與藥瓶中間的電容值。當(dāng)容器不泄漏時，容抗C1和C2都不為零，回路中的電路為：，此時回路中電流相對較小；當(dāng)容器泄漏時，容抗C1和C2變?yōu)榱悖芈分械碾娏鲿@著增大，電流值為：故根據(jù)電流值是否急劇增大，即可判斷容器是否泄漏。

圖4 檢漏工位結(jié)構(gòu)圖

3.2 檢測過程

上位機“啟動檢測”按鍵包含開啟檢漏工位，機器自動運行后檢漏高壓自動輸出，機器停止后高壓停止輸出，保持待機狀態(tài)。燈檢完成的合格品由出瓶絞龍與扭轉(zhuǎn)欄柵的作用將瓶子翻轉(zhuǎn)90°平躺于檢漏底軌上，瓶子內(nèi)藥液從瓶底充填到瓶頭，再由出瓶絞龍推動瓶子到檢測電極上旋轉(zhuǎn)一周，以保證瓶子一周360°無死角進(jìn)行檢漏，檢測完后再通過檢漏絞龍與扭轉(zhuǎn)欄柵的作用將藥瓶直立。

4 性能驗證策略

4.1 K NA PP 測試和挑戰(zhàn)測試

通過業(yè)內(nèi)公認(rèn)的Knapp 測試證明AILM80 燈檢檢漏一體機的檢測優(yōu)于人工目檢。Knapp 測試的具體步驟此處不再具體描述。FQA 代表人工目檢效能，F(xiàn)QB代表機器檢測效能，F(xiàn)QB/FQA小于1說明機器檢測差于人工目檢，等于或者大于1說明機器檢測等于或優(yōu)于人工目檢。

通過機器挑戰(zhàn)測試確認(rèn)AILM80 燈檢檢漏一體機對軋蓋不良、裝量不準(zhǔn)、含異物的制品能夠全部剔除并且誤檢率≤5%（誤檢率=（誤檢數(shù)量/機檢總數(shù)）×100%）。具體步驟如下：（1）由驗證人員準(zhǔn)備一批950支西林瓶合格制品，另外準(zhǔn)備西林瓶不合格樣品50瓶（軋蓋不良10瓶、裝量不準(zhǔn)20瓶、含異物20瓶）；（2）由驗證人員對50 支不合格樣品加以數(shù)字標(biāo)記（標(biāo)記方法為：1～10 號為軋蓋不良；11～30 號為裝量不準(zhǔn)；31～50 號為含異物）；（3）由驗證人員將950 支合格制品與50 支不合格制品進(jìn)行混合；（4）由操作人員按照《AILM80西林水針自動燈檢檢漏一體機操作SOP》，開啟一體機，對準(zhǔn)備好的制品進(jìn)行上機檢測，并記錄檢測情況。

結(jié)果表明：FQB/FQA＞1，AILM80 燈檢檢漏一體機燈檢檢出率高于人工目檢檢出率；AILM80燈檢檢漏一體機對軋蓋不良、裝量不準(zhǔn)、含異物的制品能夠全部剔除并且誤檢率≤5%。

4.2 速度和破瓶率測試

通過速度測試證明一體機的生產(chǎn)能力能夠達(dá)到600 瓶/min，具體步驟如下：（1）準(zhǔn)備足量西林瓶，將機器運行速度設(shè)為600瓶/min，用計時工具計時；（2）采用機器計數(shù)方法，記錄完成正常檢測的瓶子總數(shù)；（3）計算生產(chǎn)能力，生產(chǎn)能力=每次機器記錄的瓶子數(shù)/每次運行時間；（4）連續(xù)運行3 次，每次運行時間不少于30 min，取三次的平均值為最終生產(chǎn)能力。

通過破瓶率測試證明機器的破瓶率≤0.01%。具體步驟如下：（1）準(zhǔn)備足量樣品，將機器運行速度設(shè)為550 瓶/min，啟動設(shè)備運行，保證單次試驗西林瓶數(shù)超過1 000 支；（2）采用機器計數(shù)方式，記錄每次試驗數(shù)量，并記錄下每次破瓶數(shù)；（3）破瓶率=（破瓶數(shù)/總數(shù)）*100%；（4）連續(xù)試驗3次，取平均值。

由測試結(jié)果表明，一體機的速度在597 瓶/min 左右，接近600 瓶/min，最高速度可達(dá)600 瓶/min；將機器運行速度設(shè)為550瓶/min時破瓶率小于0.01%。

4.3 檢漏剔除功能測試

通過檢漏剔除功能測試確認(rèn)AILM80 燈檢檢漏一體機的檢漏工位能將漏瓶剔除。具體方法為：準(zhǔn)備12支黑色樣品，12支白色樣品（黑色樣品瓶內(nèi)填充導(dǎo)電能力強的導(dǎo)體，阻值較小，用來模擬有漏孔的藥品，回路產(chǎn)生的電流較大，白色樣品瓶內(nèi)填充導(dǎo)電能力弱的導(dǎo)體，阻值較大，用來模擬沒有漏孔的藥品，回路產(chǎn)生的電流較小）。按照《AILM80 西林水針自動燈檢檢漏一體機操作SOP》開啟機器，在PLC設(shè)置里開啟HV工位1、HV工位2、HV 工位3、HV 工位4。檢漏剔除功能測試做3 次，可接受標(biāo)準(zhǔn)為黑色瓶子從檢漏不合格軌道剔除，白色瓶子進(jìn)入合格品收集盤。測試結(jié)果表明，檢漏能將黑色瓶子全部剔除，白色瓶子全部檢測為合格品，證明一體機具有高壓放電檢漏剔除功能。性能驗證數(shù)據(jù)見表1所列。

表1 性能驗證數(shù)據(jù)

5 總結(jié)

本論述對楚天科技制造的機型為AILM80 的自動燈檢檢漏一體機的視覺檢測原理和檢漏原理進(jìn)行了探討，并用業(yè)內(nèi)公認(rèn)的測試方法驗證了一體機的各項性能。由測試數(shù)據(jù)可知此款機型的各項性能均能達(dá)到要求，滿足GMP 的規(guī)定與制藥企業(yè)的驗證標(biāo)準(zhǔn)。目前在國內(nèi)AILM80型自動燈檢檢漏一體機使用者眾多，分布范圍廣，具有檢測速度高、異物檢測精度可達(dá)40 μm，檢漏精度優(yōu)于0.2 μm等優(yōu)點。此款機型還具有模具可換的特色，能將夾持西林瓶的上壓下托結(jié)構(gòu)更換為夾持安瓿瓶模具用來檢測安瓿瓶。同時，該一體機還具有主軸凸輪升降、檢測配方可調(diào)、參數(shù)靈活設(shè)置的優(yōu)點，能應(yīng)對2～15 mL 不同規(guī)格的西林瓶水針?biāo)幰簷z測，具有很強的靈活性與適用性，能較大程度地節(jié)省企業(yè)購買設(shè)備的成本。

一體機的最高速度雖然能達(dá)到設(shè)置的600瓶/min，但是隨著運行時間的增加，破瓶率會相應(yīng)增高，所以在日常生產(chǎn)中速度一般設(shè)置在500～550 瓶/min，在低于550瓶/min的速度運行時，機器性能能夠達(dá)到最佳。高壓放電法具有檢測精度高，靈敏度高，對藥品無損害、無污染的優(yōu)點，但是具有局限性，要求藥液的電導(dǎo)率達(dá)到1.5 μS/cm，并且藥液本身的電導(dǎo)率要大于包裝材料的電導(dǎo)率；要求藥液為非易燃易爆液體；只能檢測水針產(chǎn)品，不能檢測凍干粉針產(chǎn)品。