Le secteur fruitier accorde une attention croissante à la présentation des produits : les pommes et les poires sont par exemple conditionnées avec les pédoncules orientés dans le même sens. Les pommes sont déposées de manière telle sur les plateaux que le côté le plus rouge est orienté vers le haut. Bref, la nouvelle machine automatisée de Stas veille au conditionnement esthétique des fruits.
L’entreprise familiale Stas de Glabbeek construit et commercialise des machines pour le secteur fruitier depuis 1986. « Tout a commencé avec les tables de tri rotatives », déclare l’administrateur Kristof Stas. « Il y a eu ensuite les trieuses à bandes escamotables, mais le tri des fruits était toujours mécanique. Dans la dernière génération des machines, le tri est électronique : chaque fruit est pesé et en fonction du poids, une sortie de la trieuse est activée. Ces dernières années, d’autres aspects de contrôle de qualité ont été ajoutés comme la mesure de la couleur et la surveillance externe et interne de la qualité du fruit.
Traitement d’images et commande machine
Après le contrôle et le tri vient le conditionnement des fruits, souvent manuel, précisément pour obtenir la plus belle présentation possible des produits. La nouvelle machine de STAS peut désormais automatiser cette procédure. Au cœur de l’installation, un système de vision doté d’une intelligence artificielle examine chaque fruit sous tous les angles pour évaluer son positionnement sur le plateau. STAS souhaitait développer une machine universelle capable de traiter d’autres fruits.
« Il est rapidement apparu qu’il s’agissait d’un projet complexe et de grande envergure », poursuit Kristof Stas. « Nous avons donc recherché un partenaire ayant le savoir-faire utile pour nous aider à développer tous les aspects de la machine, et qui était prêt à entamer une réflexion avec nous pour réaliser le meilleur produit final possible. Nous avons choisi Festo. »
Jürgen Seymortier, sales engineer chez Festo: « Grâce aux efforts en R&D et à l’état d’esprit de STAS, nous avons pu faire des suggestions et des optimisations pour obtenir un bon résultat. Les fruits sont délicats à trier et tous les tests ne se déroulent pas parfaitement dès le premier essai. Le donneur d’ordre doit disposer d’assez de ressources et de patience, et faire parfois un pas en arrière pour mieux sauter. C’est grâce à la vision à long terme et au réalisme de STAS que nous avons pu obtenir d’excellents résultats.»
Jurgen Seymortier a pris le projet à cœur. Pour l’intelligence artificielle et la programmation, il a fait appel à Raf De Vos qui, en tant que programmeur, a acquis une grande expérience dans le secteur financier avec le développement d’applications rapides fondées sur les big data – une expérience qui s’est avérée utile lors de l’intégration du traitement d’images et de la commande machine.
Les tumblers recherchent l’orientation parfaite
Au centre de la machine de conditionnement se trouve une unité appelée tumbler, développée spécifiquement pour cette application. Il s’agit d’un bac avec deux bandes transporteuses dans le fond qui assurent la rotation et l’inclination des fruits. La machine possède huit tumblers surmontés de caméras dont les images sont envoyées à un réseau neuronal. Celui-ci recherche dans les images la position du pédoncule. Pour les pommes, il est possible de définir à ce moment-là le degré de couleur rouge pour la positionner optimalement dans le conditionnement.
De l’autre côté de la machine se trouve un second système de vision équipé d’une caméra 3D qui scanne les plaques alvéolaires. Ces plateaux préformés servent à accueillir les fruits. Le système de vision détermine les positions et l’orientation des alvéoles et détecte les alvéoles vides.
À partir de ces données, l’automate programmable de Festo pilote le système de traitement. Celui-ci se compose d’un pont qui se déplace entre les tumblers et la plaque de conditionnement, et de quatre têtes pouvant prélever chacune un fruit. Chaque tête se situe sur un axe linéaire transversal au pont et peut remplir simultanément quatre emplacements d’une plaque alvéolaire, s’ils sont disponibles. Le mouvement vertical de chaque tête est réalisé par un axe télescopique avec un chariot pneumatique et électrique, le premier assurant la rapidité du mouvement et le second la précision. Chaque tête peut pivoter pour orienter le fruit dans le bon sens.
Capacité élevée
« Avec une telle machine, il est important d’atteindre une capacité élevée », continue Kristof Stas. De nombreux choix dans la conception visent à rendre cela possible. Les tumblers, par exemple, permettent non seulement de visualiser le fruit de tous les côtés mais aussi d’orienter correctement chaque fruit afin de réduire les mouvements lors de manipulations ultérieures, ce qui augmente la vitesse. Le choix d’un axe télescopique permet d’atteindre une vitesse supérieure. »
De nombreux ajouts ont également permis de rendre la machine fiable, ce qui est crucial pour atteindre une capacité maximale. Il y a par exemple cinq élévateurs entre le tapis d’alimentation et les tumblers qui veillent à ce qu’un seul fruit soit prélevé à la fois. Un algorithme spécifique, conçu pour cette application, détermine les positions optimales pour déposer le fruit avec un minimum de mouvements. Il est tenu compte du fait que les têtes du pont peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres, mais sans se croiser.
« L’originalité de cette machine est qu’elle est assez flexible pour conditionner divers types de fruits », souligne Kristof Stas. « L’opérateur dispose à cet égard d’un écran tactile via lequel il indique de quel type de fruit il s’agit et s’il faut tenir compte de l’orientation et de la couleur. Tout le reste est automatique, y compris la détection des dimensions du conditionnement et la forme des plaques alvéolaires. » La machine devient donc polyvalente et peut conditionner d’autres produits, comme des poivrons.
- La seconde armoire de commande est tout aussi impressionnante...
Une ligne de tri entièrement automatisée
STAS a trouvé en Festo un partenaire impliqué tout au long du processus de conception et lors de la construction du premier prototype capable de traduire les nombreux concepts de la machine en des technologies d’entraînement efficientes. De plus, le logiciel a été développé en même temps que le matériel afin de poser des choix optimaux en termes de mécatronique.
Ce n’est pas la première fois que STAS fait appel à Festo car les deux entreprises ont déjà travaillé ensemble sur le développement d’un robot portique capable de vider des casiers de fruits dans un bac d’eau. Dans le secteur, on utilise souvent un transport par eau pour ne pas abimer les fruits. Quelques adaptations ont eu lieu pour que le robot puisse traiter des poires. Contrairement aux pommes, les poires coulent dans l’eau. Un fonds mobile a donc été développé pour le bac d’eau au début du transport, lequel peut être soulevé vers le haut à l’aide de vérins pour amener les poires à la surface du flux d’eau vers la bande transporteuse. Le mouvement des vérins est parfaitement synchronisé pour garder le fond plat.
Avec la nouvelle machine de conditionnement, il est désormais possible de construire une ligne complète qui automatise l’ensemble du trajet, de la manipulation au tri et au conditionnement. « De nombreuses entreprises du secteur fruitier sont confrontées à un manque de personnel », constate Kristof Stas. « Nous leur proposons une solution avec nos systèmes automatisés. »