Zacht grijpen, snel sorteren

Een puntpaprika laat zich niet zomaar automatiseren. De vrucht is kwetsbaar, verschilt steeds van vorm en moet in hoog tempo worden beoordeeld, gewogen en verpakt. Gearbox in Maasdijk maakte een lijn die dat werk grotendeels zelf doet. Met camera’s, kunstmatige intelligentie, röntgentechniek en snelle grijpers verwerkt de installatie gemiddeld 12.000 paprika’s per uur.

Jeffrey de Wijs, head of operations bij Gearbox, zag de machine in de afgelopen drie jaar uitgroeien van een eerste deel van de lijn tot een complete installatie. Als projectmanager begeleidt hij de GearPerformer voor puntpaprika’s. Sylvester Noordam, system engineer bij Gearbox, was vanaf het begin bij de ontwikkeling betrokken. Samen vertellen ze hoe een lastige grijpvraag uitgroeide tot een samenwerking met Camozzi Automation.

Van krat naar zakje

Het proces begint met een krat vol geoogste paprika’s. De lijn kantelt het krat en voert de vruchten gecontroleerd aan. Daarna worden ze van elkaar losgemaakt – verenkeld, zodat iedere paprika afzonderlijk kan worden bekeken. Vier sorteerlijnen draaien naast elkaar.

Camera’s brengen de buitenkant in beeld. Röntgentechniek helpt om het gewicht zeer nauwkeurig te bepalen en kan ook informatie geven over de binnenkant van de vrucht. De zelflerende software combineert die gegevens. Zo weet de machine waar iedere paprika ligt en wat die weegt.

Vervolgens legt een robot iedere paprika op een eigen plek in een carrousel. De software zoekt steeds de beste combinatie voor een zak van 500 gram. Dat kunnen drie vruchten uit de ene cel en één uit een andere zijn. Het doel is simpel: een verpakking met het juiste gewicht, zonder onnodig veel product mee te geven.

Juist dat zogeheten weggeefgewicht telt op. Een paar gram extra per zak lijkt weinig, maar bij duizenden verpakkingen wordt het een flinke hoeveelheid. Tegelijk vermindert de lijn de behoefte aan handmatig sorteerwerk, terwijl personeel in de sector moeilijk te vinden is.

Moeilijke paprika

De grootste uitdaging zat niet alleen in het kijken en rekenen. Een robot moet de puntpaprika ook oppakken. Dat moet snel genoeg voor de lijn, maar zacht genoeg om geen afdrukken of beschadigingen achter te laten.

De vraag kwam ter sprake tijdens een kennismaking met Camozzi Automation. “Aan het eind vroeg de vertegenwoordiger of we nog een uitdaging hadden”, vertelt Noordam. “Toen kwam het oppakken van de puntpaprika op tafel. Dat moet tegelijk zacht en snel gebeuren.”

Hij stelde de OF-controller voor, gecombineerd met een luchtgestuurde grijper en een meetsysteem voor de positie. De camera’s bepalen waar de vrucht ligt. Daarna beweegt de grijper snel naar de juiste plek en knijpt hij met precies genoeg kracht.

Dat klinkt vanzelfsprekend, maar in de praktijk zijn het twee verschillende taken. Eerst moet de grijper snel naar zijn doel. Bij het sluiten gaat het juist om fijngevoeligheid. Tijdens veldtesten bleek alleen sturen op de positie niet genoeg. Ook de luchtdruk moest nauwkeurig worden geregeld. Gearbox paste bovendien de vingers van de grijper aan.

Twee taken, één regelaar

Wie de OF-controller zonder technische woorden wil uitleggen, kan hem zien als een kleine verkeersregelaar voor perslucht. Hij kijkt voortdurend waar de grijper is en hoeveel druk nodig is. Op basis daarvan stuurt hij de beweging direct bij.

Het bijzondere voor Gearbox is dat één controller zowel de positie als de druk kan regelen. Bij andere oplossingen zijn daar vaak twee afzonderlijke onderdelen voor nodig. Minder onderdelen betekent minder ruimte, bedrading en afstemming in de machine.

Ook de compacte bouwvorm helpt. De controller zit in de elektrokast boven op de robotcel en hoeft niet mee te bewegen met de robotarm. “Je wilt geen extra gewicht bij de robot”, zegt De Wijs. “Dat scheelt slijtage en zo kan hij snel blijven.”

De instellingen zijn bovendien aan te passen aan de toepassing. Gearbox kan het gedrag van de grijper daardoor verfijnen voor verschillende bewegingen en producten. Dankzij IO-Link zijn de instellingen en diagnosegegevens centraal beschikbaar, wat inbedrijfstelling en onderhoud vereenvoudigt.

Bewijs het maar

Van een goed idee naar een werkende grijper was nog een flinke stap. Noordam herinnert zich de eerste reactie van het team: “Toen Camozzi zei: ‘Wij kunnen dit’, zeiden wij: ‘Bewijs het maar’.” Hans-Jörg Kolvenbach van Camozzi Automation in Duitsland pakte die handschoen op en testte verschillende bewegingsprofielen.

Gearbox en Camozzi zochten samen uit hoe de grijper eerst snel kon voorpositioneren en daarna gecontroleerd kon sluiten. Het team reisde ook naar Duitsland om de toepassing verder af te stemmen. Kolvenbach kwam op zijn beurt naar Maasdijk om de lijn in de praktijk te bekijken.

Voor De Wijs zit de waarde van die samenwerking vooral in de bereidheid om mee te denken. “Dat was echt wel een verrassing, want je verwacht dat een leverancier niet zo snel zo veel inspanning levert voor een relatief kleine afnemer. Het is niet zo dat je eerst honderd stuks moet afnemen voordat men hier iets voor je wil doen. Er is echte interesse in onze techniek. Die samenwerking is heel prettig en heel flexibel.”

De tests gaven voldoende vertrouwen om een duidelijke keuze te maken. “We hebben inmiddels zelfs al besloten om al onze robots hiermee uit te voeren”, zegt Noordam. De controller is klein en snel. “Het is een standaardcomponent en tegelijk heel geavanceerd. Dat zie je er niet aan af.”

Van beeld naar actie

De paprikalijn past in de ontwikkeling van Gearbox zelf. Het bedrijf begon als een klein onderzoeks- en ontwikkelkantoor dat technische vraagstukken voor anderen oploste. Destijds waren er drie medewerkers, inmiddels zijn dat er ongeveer 65. Alle projecten hebben een verbinding met de tuinbouw.

De gemene deler is beeldherkenning. Foto’s en andere meetgegevens vertellen de software iets over een vrucht, bloem of plant. Gearbox voegt daar een handeling aan toe. Een mechanisch systeem sorteert, verplaatst of verwijdert het product op basis van wat de camera’s zien.

Bij de GearPerformer zijn die mechanische systemen groter dan in eerdere projecten. De robots voeren het besluit van de software uit. Zo ontstaat een keten waarin kijken, beoordelen, rekenen en handelen vrijwel direct op elkaar volgen.

De term kunstmatige intelligentie is voor Noordam minder nieuw dan hij soms klinkt. Gearbox werkte al vroeg met systemen die leerden van foto’s. “Toen noemden we het machine learning”, zegt hij. “Eigenlijk was het AI voordat iedereen het zo ging noemen.”

Testen in het seizoen

Een machine voor de tuinbouw ontwikkel je niet alleen achter een bureau. Het ritme van de teelt bepaalt wanneer er ruimte is om te installeren en bij te sturen. Tijdens het seizoen moet de productie doorgaan. De korte oogstpauzes zijn daarom de momenten waarop het team de lijn verder kan afstellen.

Dat vraagt om een vooruitstrevende klant die ruimte geeft aan ontwikkeling. De lijn is bewust niet volledig in de werkplaats afgerond, omdat de echte productieomgeving nodig is om de laatste stappen goed te zetten. De installatie draait nu op een tijdelijke locatie op volle capaciteit.

Wageningen University & Research keek mee bij metingen en validatie. Ook hielp de universiteit bij het bepalen van kwaliteitsnormen voor de classificatie. Daarmee krijgt de software niet alleen veel data, maar ook duidelijke grenzen voor wat als goed product geldt.

Volgens De Wijs zijn de eerste reacties positief: “De klant is blij, de volgende lijn wordt al voorbereid.” Daarmee verschuift de aandacht van één geslaagde lijn naar een breder programma van toepassingen.

Data door de keten

Gearbox werkt ondertussen aan lijnen voor onder meer snackpaprika’s en minikomkommers. Andere installaties beoordelen producten die al in een bakje zitten. Daar moet ook product worden beoordeeld dat niet direct waarneembaar is voor de traditionele vision. De mechanische handeling verschilt, maar het uitgangspunt blijft hetzelfde: producten objectief bekijken en de uitkomst bruikbaar maken voor de volgende stap.

Daarmee kijkt het bedrijf verder dan de verpakkingshal. Een teler kan bij de bron gegevens verzamelen over vorm, gewicht en kwaliteit. Verderop in de keten kan een andere controle laten zien wat transport en bewaring met het product hebben gedaan. De beoordeling wordt zo minder afhankelijk van het oog van één keurmeester.

Ook veredelaars kunnen met zulke gegevens hun keuzes onderbouwen. Zij verzamelen grote hoeveelheden beelden om te bepalen met welke planten ze verder willen kweken. Betrouwbare metingen maken verschillen beter zichtbaar en zorgen dat resultaten over langere tijd vergelijkbaar blijven.

Voor Gearbox ligt daar de volgende ambitie. “We willen overal in de keten zichtbaar worden als partner voor kwaliteitscontrole”, zegt De Wijs. De sorteerlijn voor puntpaprika’s laat zien hoe dat eruit kan zien: slimme software die beslist, een robot die zorgvuldig handelt en een kleine controller die ervoor zorgt dat snelheid en zachtheid elkaar niet in de weg zitten.

Camozzi Automation is gespecialiseerd in het adviseren, ontwerpen en leveren van automatiseringsoplossingen voor diverse industrieën. Meer informatie.