Auf der Überholspur: Der Stäubli Roboter in voller Aktion. © Stäubli Robotics
Automatisierte Qualitätsprüfung von Obst im XXL-Maßstab
Beim griechischen Obstverarbeiter Agrophoenix sortieren acht Stäubli Roboter Pfirsichhälften aus, die noch Kernreste enthalten. Die SCARA-Roboter sind Teil eines KI-gestützten Prüfsystems. Acht parallel arbeitende Zellen erledigen die Obstsortierung mit beeindruckender Geschwindigkeit: Während der Saison werden 15 Tonnen Pfirsiche pro Stunde verarbeitet. Das entspricht etwa 100.000 Pfirsichen, die jeweils in zwei Hälften geteilt sind. Die Bildverarbeitung erkennt jede einzelne.
Agrophoenix wurde 2018 in der Region Imathia gegründet, nicht einfach um ein weiteres Obstverarbeitungsunternehmen aufzubauen, sondern mit dem Ziel, "etwas Neues und Frisches zu schaffen". So formuliert es Lazaros Ioannidis, Mitinhaber und Projektleiter: "Wir hatten die Vision, ein Unternehmen zu etablieren, das sich vom Geschäftsmodell und den Standards nicht nur in Griechenland, sondern generell in der Branche deutlich unterscheidet."
Dazu gehört, dass Agrophoenix andere Verpackungs- und Verarbeitungsformate nutzt als die altbekannte Konservenabfüllung. Lazaros Ioannidis nennt ein Beispiel: "Wir haben eine neue Produktionslinie für Obstbällchen in Beuteln eingerichtet. Und wir füllen Obstwürfel aseptisch in 200-Liter-Behälter ab, um sie das ganze Jahr über für Produkte in Bechern zu verwenden."
Eine weitere Innovation hat Agrophoenix bei der Sortierung der Pfirsiche umgesetzt – genauer gesagt beim Aussortieren der Früchte, die noch Reste von Kernen enthalten. Nachdem die Früchte gewaschen, dampfgeschält, halbiert und entkernt wurden, prüft ein Bildverarbeitungssystem die Hälften vorab auf ihre Farbe. Anschließend gelangen sie auf eines von acht Förderbändern. Jedes führt zu einer sehr kompakten Zelle, die jeweils ein KI-gestütztes Bildverarbeitungssystem und einen Stäubli Roboter in lebensmitteltauglicher Ausführung enthält.
Sortierung von Pfirsichen in hoher Qualität und beeindruckendem Tempo
In der Zelle erfasst eine Kamera jede einzelne Pfirsichhälfte und wertet das Bild innerhalb von Millisekunden aus. Der Roboter greift alle "N.i.O."-Hälften und legt sie auf Förderbändern ab, die rechts und links vom Hauptförderband verlaufen. Der überwiegende Anteil der Früchte verlässt die Zelle in Richtung Weiterverarbeitung.
Zwei Aspekte sind hier besonders bemerkenswert. Der erste: Das STAQ-System vom niederländischen Anlagenbauer QING, das Agrophoenix hier einsetzt, nutzt KI zum Training des Bildverarbeitungssystems. Das heißt: Der Anwender kann den Unterschied zwischen guten und schlechten Früchten ganz einfach selbst bestimmen und dem System beibringen. So lassen sich die Parameter bei Bedarf problemlos anpassen.
Prüfung von 15 Tonnen Pfirsichen pro Stunde – Stück für Stück
Die zweite Tatsache, die mehr als nur bemerkenswert ist: die Geschwindigkeit und Leistungsfähigkeit der Roboterzellen. Will Uijting, kaufmännischer Leiter von QING: "Die Roboter können eine Pfirsichhälfte pro Sekunde entnehmen." Und da die "N.i.O."-Quote gering ist, weil die Früchte bereits vorsortiert wurden, können pro Stunde nicht weniger als 15 Tonnen Pfirsiche die acht STAQ-Zellen durchlaufen.
Die Umrechnung von Tonnen in Pfirsiche ist nicht ganz präzise, wie Lazaros Ioannidis erklärt: "Wir rechnen nach Gewicht, nicht nach Stückzahl. Ein Pfirsich wiegt etwa 150 g, also bedeuten 15 Tonnen ungefähr 100.000 Pfirsiche pro Stunde und 200.000 Hälften. Und 3.600 davon können in dieser Zeit pro Zele aussortiert werden."
Was passiert mit den aussortierten Früchten? Will Uijting: "Die Systeme suchen nach Kernen und sortieren sie je nach deren Größe in zwei Kanäle aus. Die größeren werden zurück zur automatischen Entkernung geleitet, die kleineren zur manuellen Prüfung. Anschließend werden beide wieder in das System eingespeist, d. h. zu einer der acht STAQ-Stationen."
Eine naheliegende Wahl: der Roboter
In den STAQ-Zellen übernehmen hochleistungsfähige SCARA-Roboter von Stäubli das Greifen und Aussortieren der N.i.O.-Pfirsichhälften. Bei der Auswahl der Roboter spielten Präzision und Langlebigkeit eine Rolle, ebenso die Anbindung an das Steuerungssystem. Ein zentrales Kriterium war natürlich das hygienegerechte Design. Will Uijting: "Wir setzen Roboter vom Typ TS2-80 in der HE-Version ein, die zudem mit lebensmitteltauglichem Öl befüllt sind. Diese Maschinen verfügen über herausragende Wash-Down-Fähigkeiten: Das abgedichtete Gehäuse und die Beaufschlag mit Druck von innen verhindern, dass Dämpfe oder Wasser während der Reinigung in den Roboter gelangen."
Das ist umso wichtiger, als die Zellen bei Agrophoenix häufig und sehr gründlich gereinigt werden. Lazaros Ioannidis: "Während der Schicht halten die Linien alle vier Stunden für 20 Minuten an und eine automatische, CIP-ähnliche Reinigung der Zellen beginnt. Jeden Sonntag – da stehen die Anlagen still – findet eine intensivere Reinigung mit einem lebensmitteltauglichen Reinigungsmittel statt."
Die größte Herausforderung: die Konstruktion des Greifers
Auf die Frage, warum es zwei Saisons dauerte und nicht eine, bis die acht QING-Zellen serienreif waren, gibt es eine klare Antwort: Es liegt weder an der KI noch an der Software oder den Robotern, sondern am Greifer – genauer gesagt an dem Material, das mit den Pfirsichen in Kontakt kommt. Will Uijting: "Die geschälten Pfirsiche sind feucht und rutschig. Deshalb mussten wir ein Förderbandmaterial finden, auf dem sie auch bei der hohen Fördergeschwindigkeit exakt in ihrer Position bleiben. Und noch schwieriger ist das Greifen und Loslassen der Pfirsiche, deren Vertiefung nach oben zeigt."
Die Ingenieure mussten somit einen Vakuumgreifer mit der richtigen Form und dem passenden Werkstoff konstruieren. Schließlich fanden sie die richtige Kombination, und die KI-gestützte Sortierung mit hygienegerechten Stäubli Robotern hat die erste Pfirsichernte-Saison im Werk von Agrophoenix erfolgreich abgeschlossen. Die Zusammenarbeit mit QING wird fortgesetzt, wie Lazaros Ioannidis erklärt: "Der nächste Schritt ist schwierig, aber wir werden es versuchen. Gemeinsam mit QING wollen wir ein automatisiertes System entwickeln, das in der Lage ist, Kernfragmente aus den Pfirsichhälften zu entfernen. Das ist unser nächstes großes Projekt." (red.)
https://www.staubli.com/global/de/robotics.html