Handmatig beschadigde of zieke aardappels uit de oogst verwijderen is een arbeidsintensief en complex karwei. Martijn, Lars en Stefan Flikweert van Flikweert Vision Technologies ontwikkelden daarom een aardappelsorteermachine die op basis van vision en artificial intelligence de aardappels automatisch sorteert. Om de benodigde snelheid en flexibiliteit te realiseren, ondersteunde Festo bij het kiezen van de juiste cilinders, besturing en bussysteem. Het eindresultaat is een machine die tot tien ton aardappels per uur kan verwerken.
In het Zeeuwse Ouwerkerk startten nog geen drie jaar geleden de neven Martijn en Lars Flikweert de onderneming Flikweert Vision Technologies met een helder doel: Praktische oplossingen ontwikkelen die de agrarische sector verduurzamen en automatiseren. Een logische focus met ouders die zelf een landbouwbedrijf hebben en opleidingen die in dit thema passen: Zo studeerde Martijn aan de Aeres Hogeschool in Dronten Agrotechniek & Management en voltooide Lars de opleiding Biobased Engineering (agrotechnologie) aan de universiteit van Wageningen. Niet veel later sloot de broer van Martijn en werktuigbouwkundige Stefan aan bij het bedrijf.
Op basis van hun achtergrond is er de afgelopen jaren gewerkt aan een machine die automatisch aardappelen kan sorteren. In de meeste agrarische bedrijven gebeurt dit handmatig om de partij aardappels zo schoon mogelijk te maken en hiermee de hoogste waarde te geven. Bij het sorteren worden vooral kluiten aarde, stenen en zieke of beschadigde aardappels verwijderd. Een arbeidsintensief en dus dure aangelegenheid die bovendien verre van perfect is en ook aardappels met minder zichtbare ‘aandoeningen’ doorlaat. Zeker wanneer de betreffende sorteerder minder kennis of expertise heeft.
Automatiseren was volgens de Flikweert mannen haalbaar door gebruik te maken van vision technologie in combinatie met AI. Daarbij worden met behulp van camera’s de aardappels in korte tijd aan alle kanten bekeken en een groot aantal beelden gegenereerd die worden beoordeeld door AI. Hiermee zijn de aardappels met ritnaalden (een soort wormpje die kleine gaatjes in de aardappel maakt), schurft, beschadigingen, vormfouten, groeischeuren en groen te onderscheiden maar ook eerdergenoemde modderkluiten, stenen en andere soorten vervuiling. Martijn Flikweert: ‘Door vooraf eerst voldoende aardappels te ‘meten’ en zo data te verzamelen, kun je het AI-systeem zo intelligent maken dat hij deze afwijkingen betrouwbaar herkent. En hoe meer data je daarna blijft verzamelen, hoe beter het systeem wordt. Uiteindelijk kun je hierdoor ook hele ‘vuile’ partijen aardappels zodanig opschonen dat een praktisch waardeloze partij is te upgraden naar een partij met waarde. De praktijk leert inmiddels dat partijen tot 50% ‘tarra’ zijn te redden.’
Met de kennis en vaardigheden van deze drie mannen werd hard gewerkt aan een prototype. Martijn en Lars ontwikkelde het concept met betrekking tot vision en AI terwijl Stefan aan de slag ging met de constructie van de machine. Martijn: ‘Het basis idee was om aardappels via een rollenbaan de machine in te brengen. Door deze rollenbaan worden ze voldoende gesepareerd voordat ze onder het vision systeem komen waar ze vervolgens zodanig gedraaid worden dat de camera’s iedere aardappel vijf keer ‘zien’. Deze beelden worden door de software gecombineerd en beoordeeld op kwaliteit. Op basis van de klanteisen trekt deze software uiteindelijk een conclusie waarbij twee uitkomsten mogelijk zijn: goedkeur of afkeur. In het laatste geval wordt de aardappel – of vervuiling – met behulp van een pneumatisch aangedreven ‘lepel’ uit de stroom verwijderd.
Martijn: ‘Toen het machineconcept op papier stond werd het tijd om een prototype te bouwen. Voor onder meer de aandrijving van de lepels zijn we bij een technische groothandel uitgekomen. Hier kwamen we voor het eerst in aanraking met componenten van Festo en uiteindelijk met het bedrijf zelf. Een prima gang van zaken aangezien in Delft net dat stukje extra kennis en ervaring beschikbaar was dat wij nog niet hebben.’
Een van de belangrijkste bottlenecks om op te lossen in het ontwerp is de snelheid en flexibiliteit waarmee de machine moet reageren op de conclusie van de vision software. Martijn: ‘De aardappels worden realtime beoordeeld waarna eventueel direct een lepel moet worden aangestuurd om de aardappel uit de stroom te verwijderen en op een onderlopende transportband te duwen. Deze lepel wordt bediend door een pneumatische cilinder die de informatie dus ook snel moet ontvangen en hierop snel moet reageren. We hadden al wel gekeken naar de toepassing van een ventieleiland omdat we uiteindelijk werken met 42 lepels aangestuurd door 42 cilinders, maar hoe we dit exact moesten doen, was niet duidelijk.’
In samenwerking met Festo is uiteindelijk een oplossing gerealiseerd waarin CPX-E met EtherCAT de overkoepelende besturing is die samenwerkt met de vision PC. Wanneer de vision software bepaalt dat een aardappel uit de stroom moet worden verwijderd, wordt deze conclusie vertaald naar de juiste opdracht richting de PLC. Deze stuurt via de geïntegreerde CPX-AP-I twee VTUG-eilanden aan die op hun beurt weer gekoppeld zijn aan 42 DSNU cilinders.
De CPX-AP-I is onderscheidend in deze oplossing. Dit gedecentraliseerde I/O systeem is namelijk in staat om de I/O van de ventieleilanden in het veld direct met elkaar te verbinden zonder de noodzaak de afzonderlijke componenten van een veldbusnode te voorzien. Martijn: ‘Met deze specifieke oplossing kunnen we de gewenste snelheid en flexibiliteit realiseren die nodig is in deze sorteermachine. Maar de oplossing is ook eenvoudig te monteren en biedt de mogelijkheid om bijna onbeperkt op- of af te schalen wanneer dit nodig is; de besturingsarchitectuur zelf blijft volledig behouden. Bovendien scheelt het montage van extra componenten die je wel nodig zou hebben wanneer de ventieleilanden wel via een IO-Link master zouden worden gekoppeld. In deze oplossing hebben we per ventieleiland te maken met één voedingskabel en één buskabel waaraan we cilinders kunnen koppelen. De kwaliteit van de perslucht wordt bewaakt en op peil gehouden via de luchtverzorgingsunit.’
De heren Flikweert zijn bijzonder te spreken over de samenwerking met Festo. Martijn: ‘Ze hebben ons enorm geholpen in het maken van de juiste keuzes zodat we nu een machine hebben die voldoet aan onze eisen, waarin de aansturing van de lepels optimaal samenwerkt met het vision systeem en waarmee wel alle mogelijkheden hebben om te variëren in de toekomstige generatie machines. We hebben véél geleerd van Festo en het was ook erg prettig dat we direct contact hadden met de juiste afdelingen. Geen ingewikkelde constructies via accountmanagers, gewoon bellen, overleggen en doorgaan. De ene keer was dit de Innovation unit maar ook engineering zelf is uitstekend bereikbaar evenals product management. Daarbij zijn de salesmensen bij Festo ook bijzonder goed technisch onderlegd waarmee het hele bedrijf een goede sparringpartner is. We hebben nu echt het idee de we zelfstandig verder kunnen. Met Festo producten natuurlijk. De eerste tien machines staan inmiddels bij hun nieuwe eigenaar en een tweede serie is nu in de maak.’