Dans l'automatisation du tri et de l'emballage des fruits, une capacité élevée est recherchée, mais les machines doivent également traiter les produits avec soin. STAS, un constructeur de machines basé à Glabbeek et spécialisé dans ce type de solutions, s'est associé à Festo pour développer une nouvelle machine de pointe permettant de placer les fruits dans des plateaux après les avoir triés de manière contrôlée.
Dans le secteur des fruits, une attention croissante est accordée à la présentation des produits : les pommes et les poires, par exemple, sont emballées de manière à ce que leurs pédoncules soient tous orientés dans la même direction. Les pommes sont également placées dans des plateaux de manière à ce que leur meilleur côté, celui qui rougit, soit tourné vers le haut. La nouvelle machine de STAS permettra d'automatiser entièrement le remplissage esthétique de ces emballages.
STAS est une entreprise familiale basée à Glabbeek qui construit et vend des machines pour le secteur fruitier depuis 1986. « Cela a commencé par la construction de tables de triage rotatives », explique Kristof Stas, directeur de l'entreprise. « Ensuite sont apparues des machines de triage avec des bandes reculées qui triaient encore les fruits de manière mécanique. 
Dans la dernière génération de machines, le tri se fait électroniquement : chaque fruit est pesé et la sortie d'une trieuse est commandée en conséquence. Ces dernières années, divers aspects du contrôle de la qualité ont été ajoutés, tels que la mesure de la couleur et le contrôle de la qualité externe et interne des fruits. »
Traitement de l'image
Après le contrôle et le tri des fruits, vient l'emballage, qui est encore souvent effectué manuellement, justement parce que l'on veut obtenir la meilleure présentation possible. Avec la nouvelle machine, STAS a réussi à automatiser ce processus. L'élément central est un système de vision doté d'une intelligence artificielle qui examine chaque fruit sous toutes ses coutures afin de déterminer la manière dont il doit être emballé. En outre, STAS souhaitait développer une machine universelle pouvant être utilisée pour différents types de fruits.
« Il est rapidement apparu qu'il s'agissait d'un projet complexe et de grande envergure. Nous nous sommes donc mis à la recherche d'un partenaire disposant du savoir-faire nécessaire pour développer conjointement tous les aspects de la machine et disposé à réfléchir avec nous, avec l'ambition d'obtenir le meilleur produit final possible. Ce partenaire, nous l'avons trouvé dans Festo. »
Jürgen Seymortier, de Festo : « Grâce aux efforts de R&D et à l'état d'esprit de Stas, nous pouvons faire des suggestions et des optimisations pour obtenir un bon résultat. Les fruits sont difficiles à trier et tous les tests ne se déroulent pas parfaitement dès le premier essai. Cela demande beaucoup de ressources et de patience de la part du client, qui doit parfois prendre du recul pour mieux sauter. Grâce à la vision à long terme et au réalisme de Stas, nous avons obtenu un excellent résultat. »
L'ingénieur commercial Seymortier a pris le projet à cœur. Pour l'intelligence artificielle et la programmation du système de commande, ils a fait appel à Raf De Vos, qui a acquis beaucoup d'expérience en tant que programmeur dans le secteur financier avec des applications rapides de big data - une expérience qui s'est avérée utile lors de l'intégration du traitement de l'image et de la commande des machines.
Une orientation parfaite
Au centre de la machine d'emballage se trouve une unité développée spécifiquement pour cette application, appelée culbuteur. Il s'agit d'une cuve dont le fond est équipé de deux tapis roulants qui peuvent être utilisés pour incliner et faire tourner un fruit. À l'intérieur de la machine se trouvent huit de ces gobelets, surmontés de caméras dont les images sont envoyées à un réseau neuronal. Celui-ci recherche dans les images la position du pédoncule. Dans le cas des pommes, il peut également déterminer à ce moment-là où se trouve la couleur rouge que l'on souhaite voir en haut de l'emballage.
De l'autre côté de la machine se trouve un deuxième système de vision avec une caméra 3D qui scanne les plateaux d'emballage. Il s'agit de plateaux préformés dans lesquels des cavités sont prévues pour déposer les fruits. Le système de vision détermine la position et l'orientation de ces cavités et peut également contrôler les espaces vides.
Sur la base de toutes ces données, un automate programmable Festo commande le système de traitement. Celui-ci se compose d'un pont qui se déplace entre les gobelets et l'emballage, surmonté de quatre têtes, chacune pouvant prendre un fruit. Chaque tête repose sur un axe linéaire transversal au pont et peut remplir simultanément quatre emplacements dans un plateau. Le mouvement vertical de chaque tête est réalisé à l'aide d'un télescope et de chariots pneumatiques et électriques, les premiers assurant la rapidité du mouvement et les seconds la précision. Chaque tête peut également pivoter pour placer les fruits dans la bonne direction.
Capacité élevée
« Pour une telle machine, il est important d'atteindre une haute capacité », explique Stas. « De nombreux choix de conception visent à rendre cela possible. Les gobelets, par exemple, nous permettent non seulement de voir les fruits de tous les côtés, mais aussi d'orienter correctement chaque pièce, de sorte que moins de mouvements sont nécessaires lors des manipulations ultérieures, ce qui augmente la vitesse. Le choix d'un arbre télescopique a également été fait pour atteindre une plus grande vitesse. »
En outre, de nombreux ajouts ont été effectués pour rendre la machine absolument fiable, ce qui est également crucial pour une capacité maximale. Par exemple, des élévateurs entre le convoyeur d'alimentation et les gobelets garantissent qu'un seul fruit est prélevé à chaque fois. Un algorithme spécialement conçu à cet effet choisit les positions optimales pour déposer les fruits avec un minimum de mouvements. Il tient compte du fait que les têtes sur le pont peuvent se déplacer l'une par rapport à l'autre, mais ne peuvent pas se croiser.
« Ce qui est unique dans cette machine, c'est qu'elle est suffisamment flexible pour traiter différents types de fruits. L'opérateur dispose d'un écran tactile sur lequel il peut indiquer de quel type de fruit il s'agit et s'il faut tenir compte de l'orientation et de la couleur lors de l'emballage. Tout le reste est entièrement automatique, y compris la détection des dimensions de l'emballage et la forme des feuilles d'emballage. » De cette manière, la machine est plus facilement utilisable et peut s'intéresser à d'autres produits que les fruits, comme les poivrons par exemple.
Uneligne de triage entièrement automatisée
Avec Festo, STAS a trouvé un partenaire qui s'est impliqué tout au long du processus de conception et dans la construction du premier prototype pour traduire les nombreux concepts de la machine en technologies d'entraînement efficaces. En outre, outre le matériel, le logiciel a également été développé afin de permettre des choix optimaux en termes de mécatronique.
Il ne s'agissait d'ailleurs pas de la première collaboration de STAS avec Festo, puisque les deux entreprises avaient déjà travaillé ensemble sur le développement d'un robot portique capable de vider de grands bacs à fruits dans un réservoir d'eau. Le transport par eau est souvent utilisé dans le secteur pour éviter d'endommager les fruits. Pour que le robot puisse également travailler avec des poires, quelques modifications ont été apportées. Contrairement aux pommes, les poires s'enfoncent dans l'eau. C'est pourquoi un fond mobile a été développé pour le réservoir d'eau au début du transport, qui peut être poussé vers le haut à l'aide de cylindres pour amener les poires à la surface dans le courant d'eau vers la bande transporteuse. Au cours du processus, le mouvement des cylindres est parfaitement synchronisé pour maintenir le fond plat.
Avec la nouvelle installation, il est désormais possible de construire une ligne complète qui automatise l'ensemble du processus de manutention, de tri et d'emballage. « Dans le secteur des fruits, de nombreuses entreprises sont confrontées à une pénurie de personnel. Grâce à nos solutions d'automatisation, nous pouvons y remédier. »
Pour plus d'informations :
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