Kanülen, Nadeln und Katheter prüfen: Kontur, Grat, Rückstände und Beschichtungsqualität

Kanülen, Nadeln und Katheter sind kleine Bauteile mit großer Verantwortung. Die Durchmesser beginnen in dokumentierten Anwendungen bei etwa 0,5 mm, die geforderten Toleranzen liegen im Bereich eines Hundertstelmillimeters, und fast alle Prüfmerkmale sitzen auf der Oberfläche: Schneidkante, Grat an einer Durchgangsbohrung, pastöser Rückstand auf blankem Metall, eine Beschichtung an der falschen Stelle oder in falscher Dicke. Schwierig wird die Aufgabe, weil ein kleines Bildfeld, eine hohe Auflösung und eine Oberfläche zusammentreffen, die entweder spiegelt oder transparent ist.

Dieser Beitrag folgt dem Bauteil: Kontur und Schneidkante an der Nadel, Grat an Bohrung und Kanülenende, Rückstände auf der blanken Kanüle, dann der Katheter vor und nach der Beschichtung, und am Ende der Fehler, der eine Tiefe hat.

Wichtige Punkte im Überblick

Kanülen, Nadeln und Katheter verbinden Bildfelder unter 5 mm mit Toleranzen um ein Hundertstelmillimeter, während die Taktforderung niedrig bleibt: Der Anspruch liegt auf Auflösung und Lichtführung.
Die Kontur wird im Durchlicht als Silhouette geprüft, die Schneidkantenqualität verlangt zusätzlich gerichtetes Auflicht unter definiertem Winkel, weil Ausbruch und Verrundung nicht in der Silhouette liegen.
Grat wird über die Lichtführung sichtbar: Im Dunkelfeld bleibt die glatte Fläche dunkel und die Gratkante leuchtet auf, die Frage nach der Grathöhe wird am Digitalmikroskop beantwortet.
Rückstände auf blanker Kanüle werden als Mengenaussage bewertet, über belegte Fläche, größten zusammenhängenden Befund und abgeschätztes Volumen, mit Polarisation oder Dunkelfeld gegen den spiegelnden Untergrund.
Die Katheterbeschichtung wird an zwei Orten beurteilt: Beschichtungsbereich, Verklumpungen und Textur am rotierenden Bauteil in der Linie, die Schichtdicke als Messaufgabe am Muster.

Mikroteile unter dem Mikroskop: warum die manuelle Prüfung nicht mitwächst

Der Ausgangszustand ist in dokumentierten Anwendungen die Handprüfung unter dem Stereomikroskop, bei der ein Prüfer die Nadel in der Pinzette dreht und Schneidkante und Kanülenende beurteilt. In dokumentierten Anwendungen wechseln sich mehrere Personen an der Oberflächenprüfung ab, weil sich die Konzentration nicht über eine ganze Schicht halten lässt.

Drei Grenzen treten dabei deutlich hervor. Die Bewertung ist nicht reproduzierbar, weil die Grenze zwischen zulässiger Bearbeitungsspur und Fehlstelle mit Person und Beleuchtung wandert. Der Aufwand wächst linear mit der Stückzahl, und die Prüfplätze liegen meist im Reinraum. Und ein Handzeichen belegt nicht, wie das freigegebene Teil ausgesehen hat.

Die Taktforderung ist bei einer Verlagerung auf die Kamera niedrig, oft nur wenige Teile pro Minute, weil die Bauteile ohnehin einzeln gehandhabt werden. Der Anspruch liegt damit auf Auflösung und Lichtführung.

Kontur und Schneidkantenqualität an Nadeln: Toleranzen im Hundertstelbereich

Nadeln für die Augenchirurgie und ähnliche Mikroteile werden in dokumentierten Anwendungen mit Bildfeldern unter 5 mm geprüft, bei Toleranzen um ein Hundertstelmillimeter. Daraus folgt die Auslegung: Das Merkmal muss über mehrere Pixel abgebildet werden, was ein hochauflösendes Kamerasystem mit verzeichnungsarmer Optik verlangt.

Die Kontur ist eine Silhouettenaufgabe: Im Durchlicht erscheint das Bauteil als schwarze Fläche vor hellem Grund, die Kante liegt am Helligkeitsübergang, und Reflexe stören nicht. Für die Schneidkantenqualität reicht das nicht, denn Ausbruch, Scharte und Verrundung liegen auf der Oberfläche und nicht in der Silhouette. Dafür wird zusätzlich im gerichteten Auflicht unter definiertem Winkel aufgenommen, häufig mit Polarisationsfilter.

Weil beide Aufnahmen gebraucht werden und das Teil gedreht wird, wächst die Zahl der Bilder pro Teil schnell. Die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G betreibt mehrere hochauflösende Kameras samt Beleuchtungen aus einer Steuerung und ordnet die Teilergebnisse demselben Prüfling zu. Wo eine Ansicht genügt und klassifiziert statt vermessen wird, übernimmt eine All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS. Geht es ausschließlich um Maße im Toleranzfeld, behandelt das der Beitrag "Dimensionelle Prüfung von Medizin- und Pharmateilen: Bildmessung auf Knopfdruck statt Profilprojektor und Messschieber".

Grat an Durchgangsbohrungen und Kanülenenden erkennen

Grat verschwindet im Bild am leichtesten. Er sitzt an der Kante, hat die Farbe des Grundmaterials und wirft bei diffuser Beleuchtung kaum Schatten. An Durchgangsbohrungen entsteht er auf der Austrittsseite und ragt in den Kanal oder über die Außenfläche hinaus.

Sichtbar wird er über die Lichtführung. Im Dunkelfeld bleibt die glatte Fläche dunkel, weil sie das Licht am Objektiv vorbei spiegelt, während die Gratkante streut. Streiflicht erzeugt denselben Effekt mit einem Schattenwurf, der die Richtung des Grats zeigt. Im Durchlicht erscheint ein in die Bohrung ragender Grat als Einbuchtung der hellen Öffnung.

Sobald die Frage lautet, wie hoch der Grat ist, verlässt die Aufgabe die Linie. Am Digitalmikroskop der Modellreihe VHX werden Gratbilder mit großer Schärfentiefe erzeugt, ausgemessen und archiviert, und dasselbe Bildmaterial dient der Schulung. Die Inline-Station entscheidet danach gegen diese Grenze.

Rückstände auf blanker Kanüle: Menge und Volumen abschätzen

Auf einer blanken Metallkanüle bleiben nach Umformen, Schleifen oder Reinigen pastöse Rückstände. In dokumentierten Anwendungen liegen die relevanten Rückstandsgrößen zwischen wenigen Zehntelmillimetern und einigen Millimetern, bewertet auf einer Prüffläche von wenigen Quadratmillimetern. Gefragt ist keine einzelne Zahl, sondern eine Mengenaussage: belegte Fläche, größter zusammenhängender Bereich und ein abgeschätztes Volumen.

Das Grundproblem ist der Untergrund, denn ein heller, pastöser Rückstand auf spiegelndem Metall hat kaum Kontrast. Gerichtete Beleuchtung mit Polarisation dämpft die Spiegelung stärker als die diffuse Streuung des Rückstands, der damit heller bleibt als der Untergrund. Alternativ bleibt im Dunkelfeld die Metallfläche dunkel und der Rückstand erscheint als strukturierte Fläche.

Für die Mengenaussage ist die Flächenauswertung am Digitalmikroskop der Modellreihe VHX der direkte Weg, weil sich belegte Fläche und Einzelbefunde vermessen und in einen Bericht überführen lassen. Braucht die Fertigung eine Rückmeldung im Prozess, übernimmt eine Kamerastation die Bewertung gegen eine vereinbarte Flächengrenze, deren Kalibrierung eine Laboraufgabe bleibt.

Vor der Beschichtung: Partikel und Kratzer im Dunkelfeld sichtbar machen

Ein Ballonkatheter tritt in die Beschichtung mit einer Oberfläche ein, die schon vorher in Ordnung sein muss. Ballondurchmesser im einstelligen Millimeterbereich, transparenter Kunststoff mit spiegelnder Oberfläche und ein innen liegender Führungsdraht ergeben die anspruchsvollste Kombination in diesem Beitrag. Gesucht werden Partikel und Kratzer, die nach der Beschichtung nicht mehr zugänglich sind.

Führungsdraht und Extrusionsstruktur sind zulässige Merkmale, die im Bild auffälliger sind als der Fehler. Die Trennung gelingt über die Beleuchtung und eine Auswertung, die die zulässige Streuung gelernt hat. Im Dunkelfeld leuchtet ein anhaftender Partikel als heller Punkt auf, während die transparente Wand das Licht durchlässt, und Polarisation nimmt der Außenfläche die Glanzstreifen. Weil auch Durchlicht und Streifenprojektion als Kandidaten in Frage kommen, wird die Lichtführung am Muster entschieden.

Ein Teil der Partikel lässt sich vermeiden statt finden. Transparente Kunststoffbauteile laden sich beim Handling auf und ziehen Partikel an. Ionisatoren der Modellreihe SJ an der Zuführung senken die Zahl der anhaftenden Partikel.

Nach der Beschichtung: Beschichtungsbereich, Schichtdicke, Verklumpungen und Textur

Nach dem Beschichten wird dieselbe Oberfläche gegen vier Merkmale beurteilt. Der Beschichtungsbereich muss dort anfangen und aufhören, wo er soll, eine Lage- und Längenaussage. Die Schichtdicke liegt in dokumentierten Anwendungen im Bereich einiger zehn Mikrometer, Verklumpungen gelten ab etwa 0,5 mm als Befund, und die Textur der Schicht ist eine Erscheinungsbildfrage.

Die Merkmale verteilen sich auf zwei Orte. Beschichtungsbereich, Verklumpungen und Textur sind Kameraaufgaben am rotierenden Bauteil, wofür sich die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G mit gesteuerter Beleuchtung eignet. Die Schichtdicke ist eine Messaufgabe am Muster. Erzeugt die Beschichtung eine Topographieänderung, liefert das 3D Laserscanning-Mikroskop der Modellreihe VK-X Höhen- und Rauheitsdaten auf transparenten und spiegelnden Oberflächen. Für Schichtdicken an transparenten Materialien wird zusätzlich ein konfokaler Wegmesssensor der Modellreihe CL-3000 genannt; ob das für eine bestimmte Beschichtung und Geometrie tragfähig ist, muss am Originalmuster geprüft werden.

In dokumentierten Anwendungen geht die Beschichtungsfrage oft an einen externen Dienstleister, jede Antwort dauert Tage, und eine Prozessänderung lässt sich nicht schnell bewerten. Wie sich diese Rechnung im eigenen Labor dreht, beschreibt der Beitrag "Partikel, Rauheit und Implantatoberflächen im Labor: Reklamationen in der Medizintechnik selbst aufklären".

Wenn der Fehler eine Tiefe hat: Ritztiefe und Topographie am halbtransparenten Bauteil

Manche Merkmale sind Höhen und keine Graustufen. Auf Ritzmaschinen wird die Ritztiefe an einer halbtransparenten Oberfläche gefordert, etwa an einer Zahnschienenfolie. Tastende und klassische optische Verfahren scheitern an der Transparenz, weil das Licht nicht an der Oberfläche zurückkommt.

Für Höhenmerkmale ohne Verfahrbewegung ist der 3D Laser-Snapshot-Sensor der Modellreihe LJ-S8000 der naheliegende Kandidat, weil er eine Fläche in einer Aufnahme erfasst und damit in einen Handhabungstakt passt. Bei halbtransparentem Material bleibt diese Aufgabe in dokumentierten Anwendungen allerdings offen, als Herausforderung und nicht als abgeschlossene Lösung. Wer sie angeht, plant einen Machbarkeitstest an Originalmustern ein, mit dem realen Materialzustand, weil Transparenzgrad, Rauheit und Farbe das Ergebnis bestimmen.

Am Muster ist die Lage klarer. Das 3D Laserscanning-Mikroskop der Modellreihe VK-X erfasst Topographie und Tiefe an transparenten und spiegelnden Oberflächen und dokumentiert eine Veränderung als Messwert. Die Tiefe wird deshalb zunächst am Muster bestimmt, und erst wenn die Prozessgrenzen bekannt sind, wird über eine Inline-Erfassung entschieden.

Die übrigen Aufgabenblöcke behandeln die Beiträge "Blisterkontrolle in der Pharmaproduktion: Napfausformung, Tablettenanwesenheit und Foliendefekte erkennen" und "Vials, Ampullen und Spritzen optisch prüfen: Glasdefekte, Stopfen und Etiketten im Takt kontrollieren". Den Überblick über die Systemwahl gibt der Beitrag "Oberflächen- und Defektprüfung in der Medizin- und Pharmaproduktion: das passende Prüfsystem auswählen".

Häufige Fragen

F Wie lässt sich die manuelle Mikroskopprüfung an Kanülen und Nadeln ersetzen?

Durch eine Kamerastation mit kleinem Bildfeld, hoher Auflösung und definierter Beleuchtung. In dokumentierten Anwendungen liegen die Bildfelder unter 5 mm bei Toleranzen um ein Hundertstelmillimeter, während die Taktforderung mit wenigen Teilen pro Minute niedrig bleibt. Zur Umfangsbeurteilung wird das Teil gedreht und mehrfach aufgenommen.

F Wie erkennt man Grat an einer Durchgangsbohrung optisch?

Über Dunkelfeld oder Streiflicht. Die glatte Oberfläche spiegelt das Licht am Objektiv vorbei und bleibt dunkel, die Gratkante streut und leuchtet hell auf. Für die Frage nach der Grathöhe wird am Digitalmikroskop der Modellreihe VHX gemessen und dokumentiert.

F Wie werden Rückstände auf einer blanken Kanüle bewertet?

Als Mengenaussage über die belegte Fläche und den größten zusammenhängenden Befund. In dokumentierten Anwendungen liegen die relevanten Rückstandsgrößen zwischen wenigen Zehntelmillimetern und einigen Millimetern. Weil der polierte Untergrund spiegelt, arbeitet man mit gerichtetem Licht plus Polarisation oder im Dunkelfeld. Flächenauswertung und Bericht entstehen am Digitalmikroskop der Modellreihe VHX.

F Wie prüft man die Beschichtung eines Ballonkatheters?

An vier Merkmalen und an zwei Orten. Beschichtungsbereich, Verklumpungen ab etwa 0,5 mm und Textur werden am rotierenden Bauteil mit mehreren Kameraansichten erfasst. Die Schichtdicke, in dokumentierten Anwendungen im Bereich einiger zehn Mikrometer, ist eine Messaufgabe am Muster und wird dort über die Topographie bestimmt, etwa mit dem 3D Laserscanning-Mikroskop der Modellreihe VK-X.

F Warum ist ein Ballonkatheter für die Bildverarbeitung so anspruchsvoll?

Weil transparenter Kunststoff, eine spiegelnde Außenfläche und ein innen liegender Führungsdraht zusammenkommen, der im Bild auffälliger ist als der gesuchte Fehler. Dunkelfeld hebt anhaftende Partikel als helle Punkte hervor, Polarisation nimmt der Oberfläche die Glanzstreifen. Weil auch Durchlicht und Streifenprojektion in Betracht kommen, wird die Beleuchtung am Originalmuster entschieden.

F Lässt sich eine Ritztiefe auf halbtransparentem Material inline messen?

Das ist in dokumentierten Anwendungen eine offene Aufgabe. Ein 3D Laser-Snapshot-Sensor der Modellreihe LJ-S8000 erfasst Höhenmerkmale ohne Verfahrbewegung und ist deshalb der naheliegende Kandidat, das Verhalten auf halbtransparentem Material bleibt aber ein dokumentierter Prüfpunkt. Belastbar ist zunächst die Bestimmung am Muster, etwa mit dem 3D Laserscanning-Mikroskop der Modellreihe VK-X. Über eine Inline-Erfassung wird sinnvollerweise erst nach einem Machbarkeitstest an Originalmustern entschieden.

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