Achtergrond
Rotte vrucht valt snel door de mand dankzij visuele inspectie
1 juli 2011
Contactloze visuele inspectie en luchtpulsen vormen de basis voor de Primus Gemini, een machine van het Leuvense Best om bessen en kersen te sorteren. Deze technieken leveren sneller betere resultaten op dan handmatig sorteren. Bjorn Thumas van Best legt uit hoe de machine in elkaar steekt.
Consumenten zijn erg gesteld zijn op goed uitziende bessen en kersen en op het vlak van versheid en houdbaarheid mogen er geen risico’s worden genomen. Een gekneusde vrucht zet ook al gauw het fruit rondom zich aan het rotten. Maar door de beperking van pesticiden en het toenemend machinaal plukken neemt het aantal onzuiverheden toe, terwijl het tekort aan arbeiders die de vruchten kunnen inspecteren en hun loonkosten blijven stijgen.
Eerder dit jaar ontving het Leuvense Best een prestigieuze prijs op de United Fresh 2011-conventie in New Orleans. Met de Primus Gemini-sorter kaapte het bedrijf de internationale trofee weg voor het beste nieuwe verwerkingstoestel van verse levensmiddelen. De machine kan vruchten inspecteren op rijpheid en kwaliteit en automatisch de onjuiste exemplaren verwijderen. Hoewel nog maar sinds het najaar van 2010 bestelbaar staan er wereldwijd al meer dan dertig toestellen opgesteld bij klanten. Bosbessen-, veenbessen- en kersentelers draaien momenteel lange dagen om hun oogst door de sorteermachine te jagen.
De Primus Gemini gebruikt twee aparte methodes om het fruit te inspecteren: een camera beoordeelt de kleur, terwijl een lasermeting de structuur evalueert. ‘Nieuw bij dit toestel is dat voor beide inspectietechnieken een aparte uitstootzone voorzien is’, vertelt Bjorn Thumas, salesmanager in het Leuvense Best-hoofdkwartier. ‘Dit zorgt ervoor dat de vruchtsortering in twee stappen kan gebeuren.’
De scheiding van die uitstootzones biedt verschillende voordelen. Wanneer een gebruiker de machine aanpast aan de kleur en de rijpheid van de vruchten, is bij het proefdraaien onmiddellijk het effect duidelijk van de inspectie-instellingen op de uitvalhoeveelheden. ‘Dit is vooral nuttig bij het sorteren van automatisch geoogst fruit, waarbij de uitval kan oplopen tot veertig procent. Omdat op deze manier het uitstoten van fruit rustiger verloopt, worden fouten vermeden en een hoge sorteerkwaliteit gegarandeerd’, legt Thumas uit.
Ook is tijdens de productie te zien of de grootste uitval veroorzaakt wordt door onvolmaaktheden in fruitkleur (visueel) of -structuur (rijpheid, kneuzingen). Verder worden de afgekeurde bessen of kersen direct gesorteerd voor hun vervolgbestemming: fruit afgekeurd op kleur wordt dikwijls verwerkt in dierenvoeding, terwijl van gekneusde vruchten eerder fruitsap en puree worden gemaakt.
Dunne takjes
Best (Belgian Electronic Sorting Technology) werd in 1996 opgericht en telt vandaag de dag rond de driehonderd medewerkers. Het gebruikt diverse optische technologieën waarmee het geavanceerde sorteermachines maakt, die het over heel de wereld levert. Doelgebieden zijn onder meer tabak, voorwerpen en gesteenten, en dus voedingsmiddelen.
Bessen en kersen zijn bijzonder kwetsbare fruitsoorten, dus alles staat of valt met de manipulatie van het fruit in de machine. Met de voorganger van de Primus Gemini, kortweg de Primus, had Best hiervoor al met succes een innovatief concept geïntroduceerd, waarbij het verwerkingstempo ondanks de voorzichtige behandeling verrassend hoog is.
De vruchten gaan via een horizontaal transporttraject in rechte lijn door de machine heen, waar ze volledig contactloos op kleur en structuur worden geëvalueerd. Het geoogste fruit passeert eerst de ‘aircleaner’, die door middel van luchtcirculatie lichtere elementen zoals blaadjes en steeltjes omhoog blaast. Na deze eerste schoonmaak komen de vruchten met een minieme val terecht op de transportkabels van de Primus Gemini.
De vruchten komen geleidelijk terecht op de transportkabels. Enkele tientallen centimeters verder worden ze geïnspecteerd op kleur.
‘In plaats van een traditionele rolband hebben we geopteerd voor een set kunststof kabels met telkens een kleine spatie ertussen. Hierdoor rollen de bessen of kersen nagenoeg niet en vallen verschrompelde exemplaren, insecten, dunne takjes en ander afval er vanzelf tussenuit’, vertelt Thumas. Door de spatiëring tussen de kabels kunnen de afgekeurde vruchten ook met een goedgemikte luchtpuls naar boven worden geschoten, zodat ze in het uitstootvak terechtkomen. ‘Deze uiterst voorzichtige manipulatie zorgt er ook voor dat de typische fijne witte partikeltjes op de bessen aanwezig blijven, wat zeer geapprecieerd wordt door de consument.’
Volgens Thumas kwam er bij de ontwikkeling van de kabels heel wat denkwerk te pas. ‘Een basisvoorwaarde is uiteraard dat het buitenste kabelmateriaal conform de wetgeving is rond het manipuleren van levensmiddelen. Een andere belangrijke ontwerpbeperking is dat de kabels zich neutraal moeten gedragen tijdens de optische kleur- en structuurmetingen.’
Polygoonspiegel
Enkele tientallen centimeters na de aircleaner passeren de vruchten de kleurinspectiezone. Twee fluorescentielampen staan dwars opgesteld en belichten de vruchtenstroom gelijkmatig. ‘Specifiek voor deze toepassing hebben we een eigen digitale hogedefinitiekleurencamera ontwikkeld die het brede lichtspectrum capteert’, verduidelijkt Thumas. ‘De camera is uitgerust met industriële kwaliteitslenzen die samen een hightech focusseersysteem vormen dat chromatische en sferische aberraties minimaliseert. De camera schiet doorlopend beelden die met behulp van de geïntegreerde digitale beeldverwerking direct inspectieresultaten ophoest.’
Aan de hand van de ingestelde parameters bepaalt de Primus Gemini of een vrucht voldoet aan de gestelde kleureisen. Deze informatie stuurt de pneumatische uitstoot aan van de afgekeurde vruchten. Als een rij vruchten langs de dwarsgeplaatste eenheid met luchtventielen komt, wordt elk afgekeurd exemplaar met een zeer korte maar krachtige luchtstoot omhooggeblazen. ‘We hebben deze pneumatische uitstoottechnologie verfijnd zodat het goedgekeurde fruit hier geen last van ondervindt en mooi op zijn plaats blijft liggen op de transportkabels. Dit is bepalend om de afstand tot de tweede inspectiestap zo kort mogelijk te houden, en dus ook de lengte van de machine te beperken’, legt Thumas uit.
De baan van omhooggeschoten fruit wordt door een mechanisch hulpstuk afgebogen zodat het verder naar het uitstootvak rolt. Het bedrijf heeft uitgebreid onderzocht wat de beste vorm is voor dit hulpstuk. Slechte vruchten mogen onder geen beding terugvallen tussen de goede vruchten. Het is in hoofdzaak de fruitsoort en de graad van rijpheid die de ideale curve van de hulpvorm bepalen. Daarom levert Best verschillende hulpvormen.
Na de kleurcontrole volgt de structuurinspectie die gekneusd of overrijp fruit opspoort. Zachtere zones in de fruitstructuur zijn vaak niet visueel waarneembaar, maar lasertechnologie is hiervoor uitermate geschikt. Elke passerende vrucht wordt beschenen door een laserbundel met signalen van verschillende golflengtes. De Primus Gemini meet welke van deze golflengtes zijn terug te vinden in de weerkaatsing. Omdat de vruchtstructuur bepalend is voor de laserabsorptie-eigenschappen, kan de machine zo analyseren welke vruchten zachtere plekken hebben.
Voor de visuele inspectie schiet een hogedefinitiekleurencamera doorlopend beelden die met behulp van de geïntegreerde digitale beeldverwerking worden geanalyseerd.
Dit is vanuit technisch oogpunt een hele klus, zowel voor het optische gedeelte als voor de dataverwerking op hoge snelheid. De verschillende lasersignalen worden via lenzen gebundeld en gericht op een polygoonspiegel. Dit tienzijdige prisma, met een vlakke spiegel op elke zijde, draait met hoge snelheid rond zodat de laser continu met snelle sweeps de hele breedte van het transportkanaal afdekt. De timing is essentieel om bij te houden welke gemeten reflectie bij welke vrucht hoort. ‘De ontvangen laserstraal wordt optisch ontrafeld om exact te bepalen welke signaalgolflengtes de vrucht in kwestie heeft geabsorbeerd. Deze technologie is veel nauwkeuriger en betrouwbaarder dan handmatig uitgevoerde controle, waardoor het aantal false reject-vruchten drastisch daalt’, aldus Thumas.
De vruchten die niet voldoen, worden ook hier direct pneumatisch afgeleid, in het tweede uitstootvak. Om de data snel genoeg te interpreteren met voldoende nauwkeurigheid en betrouwbaarheid ontwikkelde Best eigen elektronicaborden. Deze vormen samen met de optische apparatuur een aparte, temperatuurgeconditioneerde module.
Van groen naar rood
De klant moet de machines voor zijn situatie kunnen configureren, maar de werknemers die ze bedienen, hebben geen boodschap aan de meer geavanceerde softwarefuncties. Zij willen gewoon snel kunnen instellen en een nieuwe sorteerbatch kunnen opstarten. Daarom zijn deze uitgebreidere mogelijkheden alleen beschikbaar voor enkele bevoegde personeelsleden van het fruitbedrijf en is de machine onder normale omstandigheden met een paar instellingen eenvoudig te bedienen.
Zo moeten onder meer de drempelwaardes in de loop van het seizoen steeds worden bijgesteld. De fruitkleur en -structuur evolueren namelijk tijdens de oogstperiode, van groen naar rood en van hard naar zacht. Ook bij de overgang naar een andere fruitsoort moeten de instellingen worden gewijzigd. ‘Gebruikers kunnen deze grenswaarden eenvoudig veranderen via het aanraakscherm van de machine’, verduidelijkt Thumas. ‘Om hen hierbij te helpen, kunnen ze bij het proefdraaien grafische frame grabs van vruchten en defecten opvragen. Dit maakt het makkelijker om te bepalen wat mag passeren en wat niet.’
Uit betrouwbaarheidsoverwegingen ontwikkelt Best de meest kritieke elementen van zijn machines zelf. Het bedrijf probeert de machineopbouw ook zo eenvoudig mogelijk te houden, om tijdrovende onderhoudstaken te vermijden. Als er toch iets fout loopt, kunnen service-ingenieurs via het internet toegang krijgen tot de machine en de oorzaak vanop afstand achterhalen.
Omdat de Primus Gemini camera- en laserinspectie combineert met aparte uitstootzones, biedt Best de machine ook aan als alternatief voor het serieel gebruik van twee aparte inspectiemachines. Dit vermindert de fruitmanipulatie en de investeringskosten. Bovendien bespaart het telers vierkante meters bedrijfsruimte.
Volgens Thumas heeft de machine een grote impact bij zijn klanten. Personeelskosten zijn lager terwijl de sorteersnelheid een stuk hoger ligt. ‘Amerikaanse klanten vertelden dat ze de seizoensarbeiders die vroeger sorteerden nu laat meeplukken om meer fruit binnen te halen. Tegelijkertijd stijgt de verkoopprijs dankzij de betere producten die ze afleveren aan de afnemers’, aldus Thumas. ‘Sinds ze met de machine werken, hebben ze geen fruitladingen meer geweigerd gezien, en ook geen boetes meer gekregen voor fruit met te veel tekortkomingen. Ze slagen er bovendien in gemiddeld twintig procent meer fruit commercieel op de markt te brengen.’