Inspection accélérée des raisins avec vision/IA et électrique

Karsten Europe assure la distribution des raisins en provenance d’Afrique et s’est lancé dans le contrôle de qualité de ce produit fragile avec une solution entièrement automatisée et un système de vision/IA de Gearbox. Outre un hardware et un software avancés, le cœur de la machine intègre des composants Simplified Motion Series de Festo qui dévient les produits non conformes aux normes de qualité vers un convoyeur parallèle. Gearbox a choisi un entraînement électrique parce qu’il n’exige pas d’air comprimé et est plus précis et plus fiable.

Le Westland est une commune de la Randstad où des entreprises innovantes développent des solutions intelligentes pour soutenir les entreprises AGF du monde entier dans la culture et le traitement efficients de leurs produits. Gearbox est un bel exemple d’entreprise relativement jeune de Maasdijk qui développe des solutions où la vision, l’intelligence artificielle et la robotique jouent un rôle central.

Jusqu’à récemment, Gearbox développait des solutions selon les spécificités des clients. Aujourd’hui, l’entreprise est engagée dans la standardisation et utilise de plus en plus de modules standard qu’elle intègre dans diverses solutions après quelques ajustements mineurs. Roy van Meel, Product owner : « Le fait d’avoir toutes les disciplines utiles en interne est un avantage. Nous disposons de connaissances en construction mécanique, en mécatronique, en vision, en robotique, en IA et nous savons bien entendu comment faire fonctionner ces techniques ensemble. Nous avons cinq groupes de produits standard : les systèmes d’inspection de qualité GearVision, les stations de travail intelligentes GearStation, les stations robotisées intelligentes GearPerformer, les assistants de récolte GearRover et le conseiller de culture GearSense. »

Karsten Europe

L’un de ces clients est Karsten Europe qui distribue des fruits frais notamment sur le marché européen. Basée à Hoek van Holland, l’entreprise fournit des services d’expédition et de dédouanement, d’entreposage frigorifique et des services de (re)conditionnement et de distribution. Les raisins en provenance d’Afrique y sont traités après un voyage de trois semaines, les livraisons ayant principalement lieu au port de Rotterdam. Une étape importante du processus de traitement consiste à évaluer les raisins conditionnés dans les barquettes en plastique car le voyage de trois semaines dans un bateau peut avoir des conséquences sur la qualité.

Ain d’obtenir une ‘tolérance zéro’ pour le client final, plusieurs opérateurs se tenaient auparavant près du tapis convoyeur pour inspecter visuellement les raisins dans les barquettes et leur aspect. Un processus intensif en main d’œuvre qui exigeait un haut degré de concentration car un nombre important de barquettes défilent chaque minute. Une tâche presque irréalisable.

Une approche plus intelligente

Il a été demandé à Gearbox si le contrôle de qualité ne pouvait pas être plus intelligent. Après un trajet de développement, une machine compacte a été livrée et intégrée à la ligne existante. Le processus d’inspection commence par l’acheminement des barquettes de raisins vers la caméra via le tapis convoyeur de la machine. Les photos prises par la caméra sont analysées par l’IA et une note d’appréciation est délivrée. Selon les exigences du produit à ce moment là, la barquette est soit transférée vers la vente au détail soit éjectée de la ligne. Roy van Meel: « Plusieurs facteurs définissent la barquette de raisins correcte : la saison, la classe de qualité souhaitée, etc. Ces exigences sont reprises dans une recette que l’on peut lire et qui convertit la note d’évaluation de l’IA en une approbation ou un rejet du produit. Si la barquette est rejetée, elle est automatiquement sortie de la ligne. »

Pour préserver la vitesse de traitement de la ligne, le délai entre chaque évaluation par l’IA et l’approbation ou le rejet n’est que de 0,3 seconde. Cela permet d’inspecter jusqu’à 90 barquettes par minute sur notamment la présence de moisissures, de fissures (fuites), la couleur, l’humidité et les fruits formés. Roy van Meel: « Mais même une solution de vision ne garantit pas à 100% l’assurance qualité du raisin ; à l’instar de l’humain, cette approche ne donne aucune perspective sur les raisins au centre de la barquette. Mais ce n’est pas là non plus que se produisent les dommages ou que les premières moisissures apparaissent. C’est plutôt du côté extérieur, contre les parois de la barquette, et on a là une très bonne vue sur les raisins pour les évaluer. La qualité et la plus grande valeur du produit fini sont essentielles chez Karsten Europe. »

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Le délai entre l’évaluation du produit par l’IA et l’approbation ou le rejet n’est que de 0,3 seconde.

Une éjection en douceur

Pour le rejet du produit hors de la ligne, Gearbox a choisi une solution ‘en douceur’. Roy van Meel: « On peut éjecter les barquettes de manière plus brutale via une butée ou un puissant coup d’air. C’est efficace mais aussi irrespectueux à l’égard du produit pour lequel le cultivateur a consacré tant d’attention et d’amour. Quand la conclusion ‘rejet’ tombe, un bras établit une rotation de quelques degrés sur le côté et pousse la barquette sur un tapis convoyeur parallèle. Le bras maintient cette position jusqu’à l’évaluation de la barquette suivante. Si elle est également rejetée, le bras reste dans la même position. Si la barquette est correcte, le bras retourne à sa position initiale pour permettre à la bonne barquette de rejoindre la ligne régulière. Les raisins rejetés sont reconditionnés dans des nouvelles barquettes après l’enlèvement des raisins non conformes.

Simplified Motion Series

Pour le mouvement de ciseau du bras, Gearbox a choisi les composants de la Simplified Motion Serie (SMS) de Festo. Cette automatisation simple se caractérise par le fait qu’il s’agit d’une solution d’entraînement et de contrôle complète. Dans le cas présent, une unité d’entraînement électrique réalise un mouvement linéaire qu’elle applique pour faire tourner deux axes et pivoter le bras.

Roy van Meel: « Nous avons choisi une solution électrique et non pneumatique car la production d’air comprimé est relativement coûteuse. De plus, l’air comprimé doit être de haute qualité pour réaliser un mouvement fiable et précis. Si ce n’est pas le cas, la solution n’a aucun sens, quelque soit l’intelligence de votre système de vision. Aux Pays-Bas, il est généralement possible d’obtenir un air comprimé de qualité mais on n’accorde pas toujours toute l’attention utile dans le monde et l’air comprimé peut alors représenter un risque pour la fiabilité de la solution globale. »

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Le composant SMS communique avec IO-Link et est un produit prêt à l’emploi

Roy perçoit un autre avantage dans les possibilités supplémentaires offertes par l’entraînement électrique. Les réglages s’effectuent facilement via un écran, un smartphone ou une tablette. De plus, il est possible de mettre la machine en mode ‘panne’ si le composant SMS – pour quelque raison que ce soit – n’est techniquement pas capable d’effectuer le tri. Roy van Meel: « Et le composant SMS communique via IO-Link, ce qui nous permet d’intégrer notre solution dans l’écosystème de nos machines et de poursuivre le développement en ajoutant des fonctionnalités. Chez Karsten Europe par exemple, un réglage supplémentaire permet de manipuler des barquettes de différentes largeurs. »

Collaboration avec Festo

La raison pour laquelle Gearbox a opté pour les Simplified Motion Series est logique. L’entreprise connaissait déjà cette solution d’entraînement simple et complète et a rapidement pris sa décision lorsque Festo a pu fournir un composant SMS en un jour – dans ce cas-ci l’axe à vis à billes ELGS-BS-60 – pour pouvoir le tester. La phase de test, étendue et fondamentale, a notamment permis de déterminer si le composant SMS était capable de pousser les barquettes hors de la ligne à de telles vitesses. Roy van Meel: « Que Festo puisse réagir dans un délai aussi court avec un produit prêt à l’emploi est un avantage indéniable. Nous aimons travailler avec Festo parce que l’entreprise possède les connaissances spécifiques et des produits que nous pouvons utiliser à bon escient. Nous avons développé une base solide d’une machine que nous continuons à développer pour des applications dans le monde entier. »

Vue d'ensemble