Druivencontrole versneld door vision, AI en simplified motion

Gearbox is een relatief jong bedrijf uit Maasdijk dat oplossingen ontwikkelt waarin Vision, artificial intelligence (AI) en robotica centraal staan. Voor Karsten Europe koos Gearbox voor een eenvoudige elektrische automatiseringsoplossing. Het voordeel is dat er geen perslucht vereist. Bovendien is elektrisch aandrijven nu eenmaal nauwkeuriger en betrouwbaarder. 

De oplossingen van Gearbox werden tot voor kort klantspecifiek ontwikkeld, maar inmiddels maakt het bedrijf steeds meer gebruik van standaard modules die in verschillende oplossingen – met minimale aanpassingen – zijn in te zetten. Product owner Roy van Meel: “We hebben alle benodigde disciplines in eigen huis: kennis over mechanische constructies, mechatronica, vision, robotica, AI en uiteraard de kennis om diverse technieken met elkaar te laten samenwerken. We werken nu met vijf standaard productgroepen: kwaliteitsinspectiesystemen GearVision, slimme werkstations GearStation, slimme robotstations GearPerformer, oogstassistenten GearRover en teeltadviseur GearSense.”

Nul tolerantie

Karsten Europe in Hoek van Holland is een distributeur van vers fruit. Bij het bedrijf worden onder meer druiven uit Afrika verwerkt die, na een drie weken durende reis per schip, in de haven van Rotterdam worden afgeleverd. Een belangrijke stap in dit verwerkingsproces is het beoordelen van de kwaliteit van de druiven die zijn verpakt in plastic punnets. Drie weken in een schip kán immers gevolgen hebben voor de kwaliteit.

Om een ‘nul tolerantie’ bakje druiven voor de eindklant te bereiken, stond tot voor kort een aantal medewerkers aan een lopende band om de druiven in de punnets visueel te controleren. Een arbeidsintensief proces waarvoor veel concentratie is vereist omdat er continu een flink aantal punnets per minuut voorbij komen. Een bijna ondoenlijke zaak.

Dat kan slimmer

Gearbox werd benaderd met de vraag of de kwaliteitscontrole niet slimmer kon. Na een ontwikkelingstraject werd een compacte machine geleverd die in de bestaande lijn werd geïntegreerd. Het controleproces start met punnets met druiven die via een transportband in de machine onder de camera door worden gevoerd. De foto's worden door AI beoordeeld en voorzien van een beoordelingscijfer. Afhankelijk van de eisen die op dat moment aan het product worden gesteld, volgt vervolgens de beslissing of een punnet door mag naar de retail of uit de lijn moet verdwijnen. 

Roy van Meel: “Bij de beoordeling spelen verschillende factoren een rol. Het seizoen bijvoorbeeld, de gewenste kwaliteitsklasse of nog iets anders. Deze eisen kun je onderbrengen in een zogenoemd recept dat je eenvoudig kunt inlezen en dat het beoordelingscijfer van de AI omzet naar goed- of afkeur. Wanneer een punnet wordt afgekeurd, wordt hij automatisch uit de lijn verwijderd.”

Het controleproces start met punnets met druiven die via een transportband onder de camera door worden gevoerd. (© Alyssa van Heyst)  

Om de snelheid van de lijn op niveau te houden, bedraagt de tijdspanne tussen beoordeling en de keuze voor goed- of afkeur slechts 0,3 seconde. Uiteindelijk zijn hiermee tot maximaal negentig punnets per minuut te controleren op onder meer schimmel, scheurtjes (lekken), kleur, vocht en vervormde vruchten. Van Meel: “Natuurlijk is ook een vision oplossing geen 100% garantie voor de kwaliteitsborging van de druiven; net als de mens heeft ook deze aanpak geen zicht op de druiven die zich in het centrum van de punnet bevinden. Anderzijds is dat ook niet de plek waar beschadigingen optreden of waar schimmel zich als eerste vormt. Dat is vooral aan de buitenkant waar de druiven tegen de wanden aanzitten en díe kun je weer uitstekend zien en beoordelen. De kwaliteit en de grotere waarde van het eindproduct is het belangrijkste voordeel voor Karsten Europe.”

Voorzichtig uitstoten

Om afgekeurd product uit de lijn te verwijderen kiest Gearbox voor een ‘zachte’ oplossing. Van Meel: “Natuurlijk is het mogelijk om deze punnets met grof geweld – bijvoorbeeld een stoter of een harde luchtpuls – uit de lijn te ‘schieten’. Effectief maar ook respectloos richting een product waarin de teler zoveel aandacht en liefde in heeft gestoken. Bij ‘afkeur’ draait een arm een aantal graden opzij en duwt de punnet op een parallelle transportband. Daar blijft de arm staan totdat duidelijk is hoe de volgende punnet wordt beoordeeld. Is dit ook een afkeur, dan blijft hij in deze stand staan. Is deze punnet in orde bevonden, dan wordt de arm actief naar de beginpositie teruggestuurd om de punnet in de reguliere lijn toe te laten. De afgekeurde druiven kunnen vervolgens worden herverpakt waarbij de slechte druiven worden weggenomen en er een nieuwe, kwalitatief goede punnet ontstaat.”

Simplified motion

Voor de scharende beweging van de arm, koos Gearbox voor de Simplified Motion Serie van Festo. Kenmerkend voor deze eenvoudige automatiseringsoplossing is het feit dat het een complete aandrijf- en besturingsoplossing is. In dit geval gaat het om een volledig elektrische aandrijving die een lineaire beweging maakt en hiermee twee assen laat roteren om de arm te zwenken.

De tijdspanne tussen beoordeling door de AI en de beslissing goed- of afkeur bedraagt slechts 0,3 seconde. (© Alyssa van Heyst)

Van Meel: “We hebben bewust gekozen om dit elektrisch en niet pneumatisch uit te voeren. Het genereren van perslucht is een relatief dure aangelegenheid. Tevens moet de perslucht van hoge kwaliteit zijn om de beweging in alle gevallen betrouwbaar en nauwkeurig uit te voeren. Gebeurt dat niet, dan heeft de hele oplossing immers geen zin. Hoe slim je vision systeem ook is. In Nederland is deze kwaliteit van perslucht vaak wel te behalen, maar niet overal ter wereld wordt daar de noodzakelijke aandacht aan besteed waardoor perslucht een risico oplevert voor de betrouwbaarheid van je complete oplossing.”

Een ander voordeel is dat elektrisch aandrijven extra mogelijkheden biedt. Instellingen zijn eenvoudig en zeer nauwkeurig te maken via een display, smartphone of tablet. Daarnaast is het mogelijk de machine in de modus ‘storing’ te brengen wanneer de SMS – om welke reden dan ook – technisch niet in staat is de sortering uit te voeren. Van Meel: “Tot slot communiceert de SMS via IO-Link waardoor we onze oplossing eenvoudig in het ecosysteem van onze machines kunnen integreren en eventueel kunnen doorontwikkelen. Bij Karsten Europe hebben we een extra instelling gekozen om punnets van verschillende breedte te kunnen toepassen.”

Van de plank-product

Gearbox koos voor de Simplified Motion Series omdat het bedrijf al op de hoogte was van deze eenvoudige maar complete aandrijfoplossing. Toen Festo binnen één dag een SMS-element – in dit geval een ELGS-BS-60 – ter beschikking kon stellen om te testen, was de keuze snel gemaakt. Tijdens de testfase moest onder meer blijken of de SMS in staat was de punnets bij deze snelheden uit de lijn te duwen. Van Meel: “Het was een voordeel dat Festo op deze korte termijn kon reageren met een ‘van de plank’ product. Door samen te werken met Festo hebben we een solide basis ontwikkeld voor een machine die we kunnen doorontwikkelen voor toepassing wereldwijd.”