Beschleunigte Traubenkontrolle durch Vision, AI und SMS

Karsten Europe ist für den Vertrieb von Weintrauben aus Afrika zuständig und kontrolliert seit kurzem die Qualität dieses empfindlichen Produkts vollautomatisch mit einem Vision/AI-System von Gearbox. Neben fortschrittlicher Hard- und Software ist das Herzstück dieser Maschine die Simplified Motion Series von Festo, mit der Produkte, die nicht den vorgegebenen Qualitätsstandards entsprechen, kontrolliert auf eine Parallelbahn geschoben werden. Gearbox hat sich bewusst für die einfache elektrische Automatisierungslösung entschieden, weil sie keine Druckluft benötigt und weil der elektrische Antrieb einfach genauer und zuverlässiger ist.

Das Westland ist eine Gemeinde im Ballungsraum Randstad, in der innovative Unternehmen intelligente Lösungen entwickeln, um AGF-Unternehmen weltweit beim effizienten Anbau und der Verarbeitung ihrer Produkte zu unterstützen. Gearbox ist ein gutes Beispiel für ein relativ junges Unternehmen aus Maasdijk, das Lösungen entwickelt, bei denen Vision, künstliche Intelligenz (KI) und Robotik im Mittelpunkt stehen.

Wurden diese Lösungen bis vor kurzem noch komplett kundenspezifisch entwickelt, hat das Unternehmen nun den Weg der Standardisierung eingeschlagen und verwendet zunehmend Standardmodule, die mit minimalen Änderungen in verschiedenen Lösungen eingesetzt werden können. Produktverantwortlicher Roy van Meel: "Es ist von Vorteil, alle erforderlichen Disziplinen im Haus zu haben. Wissen über mechanische Konstruktionen, Mechatronik, Bildverarbeitung, Robotik, KI und natürlich das Wissen, verschiedene Techniken zusammenarbeiten zu lassen. Wir haben jetzt fünf Standardproduktgruppen definiert: Qualitätsprüfsysteme GearVision, intelligente Arbeitsstationen GearStation, intelligente Roboterstationen GearPerformer, Erntehelfer GearRover und Ernteberater GearSense."

Karsten Europa

Einer ihrer Kunden ist Karsten Europe, die u.a. frisches Obst für den europäischen Markt vertreibt. Das Unternehmen mit Sitz in Hoek van Holland bietet unter anderem Verschiffungs- und Abfertigungsdienste, Kühllagerung sowie (Um-)Verpackungs- und Vertriebsdienste an. Sie verarbeitet unter anderem Trauben aus Afrika, die nach einer dreiwöchigen Schiffsreise hauptsächlich im Hafen von Rotterdam angeliefert werden. Ein wichtiger Schritt in diesem Verarbeitungsprozess ist die Beurteilung der Qualität der in Plastikkörbchen verpackten Trauben. Schließlich können drei Wochen auf einem Schiff die Qualität beeinträchtigen.

Um eine "Nulltoleranz"-Traube für den Endkunden zu erreichen, stand bis vor kurzem eine Reihe von Mitarbeitern an einem Förderband, um die Trauben in den Körbchen auf verschiedene Aspekte hin zu überprüfen. Ein arbeitsintensiver Prozess, der einen starken Konzentrationsbogen erfordert, da ständig eine große Anzahl von Körben pro Minute vorbeizieht. Eine fast undurchführbare Aufgabe.

Das könnte klüger sein

Gearbox wurde angesprochen, ob die Qualitätskontrolle nicht intelligenter sein könnte. Nach einem Entwicklungsprozess wurde eine kompakte Maschine geliefert und in die bestehende Linie integriert. Der Kontrollprozess beginnt damit, dass die Trauben über ein Förderband in der Maschine unter der Kamera durchlaufen. Die Fotos werden von der KI ausgewertet und mit einer Bewertung versehen. Je nach den Anforderungen an das Produkt zu diesem Zeitpunkt wird dann entschieden, ob ein Körbchen in den Einzelhandel gehen kann oder aus der Linie verschwinden muss. Roy van Meel: "Ob ein Körbchen für gut befunden wird, hängt von mehreren Faktoren ab. Zum Beispiel von der Jahreszeit, von der gewünschten Qualitätsklasse oder von etwas anderem. Man kann diese Anforderungen in ein sogenanntes Rezept packen, das man leicht einlesen kann und das die Bewertungsnote der KI in Gut oder Schlecht umwandelt. Wenn ein Körbchen abgelehnt wird, wird es automatisch aus der Linie entfernt."

Um die Geschwindigkeit der Linie aufrechtzuerhalten, beträgt die Zeitspanne zwischen der Bewertung durch die KI und der Entscheidung über die Freigabe oder die Zurückweisung nur 0,3 Sekunden. Letztendlich können so bis zu neunzig Körbe pro Minute u. a. auf Schimmel, Risse (Lecks), Farbe, Feuchtigkeit und verformte Früchte geprüft werden. Roy van Meel: "Natürlich ist auch eine Bildverarbeitungslösung keine 100%-Garantie für die Qualitätssicherung der Trauben; wie der Mensch hat auch dieser Ansatz keine Sicht auf die Trauben in der Mitte des Netzes. Andererseits ist das auch nicht der Ort, an dem Schäden auftreten oder sich zuerst Schimmel bildet. Das ist vor allem an der Außenseite, wo die Trauben an den Wänden sitzen und wo man sie sehr gut sehen und beurteilen kann. Die Qualität und damit der höhere Wert des Endprodukts ist auch in dieser Hinsicht der Hauptvorteil für Karsten Europe.

Vorsichtig auswerfen

Um das aussortierte Produkt aus der Linie zu entfernen, entscheidet sich Gearbox für eine "sanfte" Lösung. Roy van Meel: "Natürlich ist es möglich, diese Körner mit roher Gewalt aus der Linie zu 'schießen' - zum Beispiel mit einem Schlag oder einem harten Luftimpuls. Das ist effektiv, aber auch respektlos gegenüber einem Produkt, in das der Erzeuger so viel Aufmerksamkeit und Liebe gesteckt hat. Wenn die Schlussfolgerung "Zurückweisung" folgt, dreht sich ein Arm um einige Grad zur Seite und schiebt die Körbchen auf ein paralleles Förderband. Dort verbleibt der Arm, bis klar ist, wie das nächste Körbchen zu beurteilen ist. Ist auch dieser ein Ausschuss, verbleibt er in dieser Position. Wird diese Traube als in Ordnung beurteilt, wird der Arm aktiv in die Ausgangsposition zurückgebracht, um die Traube in die reguläre Linie zu befördern. Die zurückgewiesenen Trauben können dann umgepackt werden, wobei die schlechten Trauben entfernt werden und ein neuer, qualitativ hochwertiger Korb entsteht.

Simplified Motion Serie

Für die Scherenbewegung des Arms wählte Gearbox die Simplified Motion Series von Festo. Charakteristisch für diese einfache Automatisierungslösung ist die Tatsache, dass es sich um eine komplette Antriebs- und Steuerungslösung handelt. In diesem Fall handelt es sich um eine vollelektrische Antriebseinheit, die eine lineare Bewegung erzeugt und diese nutzt, um zwei Achsen zum Schwenken des Arms zu drehen.

Roy van Meel: "Wir haben uns bewusst dafür entschieden, dies elektrisch und nicht pneumatisch zu tun. Denn die Erzeugung von Druckluft ist nach wie vor eine relativ teure Angelegenheit. Außerdem muss die Druckluft von hoher Qualität sein, um die Bewegung in jedem Fall zuverlässig und genau auszuführen. Wenn das nicht der Fall ist, macht die ganze Lösung keinen Sinn. Ganz gleich, wie clever Ihr Bildverarbeitungssystem ist. In den Niederlanden ist diese Qualität der Druckluft oft erreichbar, aber nicht überall auf der Welt wird darauf geachtet, so dass die Druckluft ein leichtes Risiko für die Zuverlässigkeit Ihrer gesamten Lösung darstellt.

Einen weiteren Vorteil sieht Roy in den zusätzlichen Möglichkeiten, die der Elektroantrieb bietet. Einstellungen können einfach und sehr genau über ein Display, Smartphone oder Tablet vorgenommen werden. Es ist auch möglich, die Maschine in den "Ausfall"-Modus zu versetzen, wenn das SMS - aus welchem Grund auch immer - technisch nicht in der Lage ist, die Sortierung durchzuführen. Roy van Meel: "Und schließlich kommuniziert das SMS über IO-Link, was es uns ermöglicht, unsere Lösung einfach in das Ökosystem unserer Maschinen zu integrieren, aber auch weiterzuentwickeln, indem wir Funktionalitäten hinzufügen. Bei Karsten Europe haben wir zum Beispiel eine zusätzliche Einstellung für die Verarbeitung von Punnets mit unterschiedlichen Breiten."

Zusammenarbeit mit Festo

Der Grund, sich schließlich für Simplified Motion Series zu entscheiden, war ein logischer. Gearbox kannte diese einfache, aber komplette Antriebslösung bereits und entschied sich schnell, als Festo innerhalb eines Tages ein SMS-Element - in diesem Fall ein ELGS-BS-60 - zum Test bereitstellen konnte. Die Testphase war umfangreich und wichtig, um u.a. festzustellen, ob das SMS in der Lage ist, die Netze bei diesen Geschwindigkeiten aus der Reihe zu schieben. Roy van Meel: "Da war es ein großer Vorteil, dass Festo so kurzfristig mit einem Produkt 'von der Stange' reagieren konnte. Darüber hinaus arbeiten wir sehr angenehm mit Festo zusammen, wenn es um spezifisches Wissen und Produkte geht, die wir gut gebrauchen können. Auf diese Weise haben wir eine solide Basis für eine Maschine entwickelt, die wir für den weltweiten Einsatz weiterentwickeln können.

Weitere Informationen zu Produkten und Dienstleistungen von Festo finden Sie im Internet: www.festo.com