Automatisiertes Verfahren für modulare Glühbirnenverpackungen
ISO - Horti Innovators revolutioniert die Automatisierung in der Landwirtschaft und im Gartenbau mit Hilfe von Robotik, Bildverarbeitungstechnologie, KI und maschinellem Lernen. Im Fokus des Unternehmens stehen hierbei die Tulpenzwiebelzüchter. Gemeinsam mit SMC wurde eine neue drahtlose Kommunikationslösung entwickelt. Sie ermöglicht den Züchtern, eine noch nie dagewesene Anzahl von Tulpenzwiebeln effizient zu sortieren, zu verpacken und dabei komplexe Designherausforderungen zu bewältigen.
Das Verpacken von Tulpenzwiebeln ist ein vielschichtiger Prozess. Es geht um die Handhabung großer Mengen von Zwiebeln, die in Reihen und mit bestimmten Abständen angeordnet werden müssen. Darüber hinaus muss jede Zwiebel so positioniert werden, dass ihr Trieb (die ersten Anzeichen des Tulpenstiels) nach oben zeigt. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, die Unversehrtheit der Zwiebeln während des Transports zu gewährleisten und ihre korrekte Position in der Verpackung beizubehalten. Dies ist von entscheidender Bedeutung, um Schäden an den Trieben zu vermeiden.
Die modulare Verpackungslinie von ISO automatisiert nun diesen gesamten Prozess. Eine Vielzahl von Aufgaben wird mit Hilfe von Robotern und Bildverarbeitungstechnik erledigt. "Diese Maschinen sind standardisiert und können je nach Anforderungen und dem Layout des Kunden angepasst werden. Sie können verschiedene Arten und Größen von Tulpenzwiebeln, die für Schnittblumen verwendet werden, verarbeiten", erklärt Bastiaan Ophorst, Maschinenbauingenieur bei ISO.
Intelligente Verpackung erfordert drahtloses Bildverarbeitungssytem
Eine kurze Erklärung des Prozesses: Ein Gabelstapler transportiert vorsortierte Tulpenzwiebeln in kubischen Behältern, die nach der Größe der Zwiebeln bestimmt werden. Sie werden am Anfang der Verpackungslinie in einen Sammelbehälter entleert, so dass sich mehrere Schichten von Zwiebeln bilden. Mit Hilfe von Rüttelplatten werden die Zwiebeln zu einer Beladestation gebracht, wobei sichergestellt wird, dass sie in einer einzigen Reihe angeordnet sind und je nach gewünschter Verpackungsmenge ein angemessener Abstand zwischen ihnen besteht.
Sechs Kameras werden zur Überwachung eingesetzt und machen Aufnahmen von jeder Zwiebel. Die kombinierten Bilder werden verwendet, um eine 3D-Darstellung zu erstellen, die detaillierte Informationen über die Position der Zwiebel, die 3D-Geometrie und die Position der Triebe liefert. Diese Daten sind entscheidend dafür, dass die Greifer an den Roboterarmen jede Zwiebel richtig handhaben können. Darüber hinaus führt eine 3D-Kamera eine optische Gesundheitsprüfung durch, um zu verhindern, dass ungesunde Zwiebeln verpackt werden. Diese fehlerhaften Zwiebeln, die sogenannten "sauren Zwiebeln", werden vom Kontrollsystem der Verpackungslinie markiert und vom Band entfernt. Der Abstand zwischen den Zwiebeln wird durch die Anpassung der Bandgeschwindigkeit gesteuert, wodurch Staus während des Prozesses vermieden werden.
Sobald das Bildverarbeitungssystem die Position und Ausrichtung der Blumenzwiebeln auf dem Band bestimmt hat, werden sie mit dem erforderlichen Abstand in die Verpackungsmaschine eingeführt und bilden eine perfekte Reihe. Die Verpackungslinie besteht in der Regel aus mehreren Modulen (sogenannten "Pflanzeinheiten"). In der Regel handelt es sich um vier Einheiten, die jeweils mit einem Roboter ausgestattet sind. Anhand der gesammelten Informationen über die Position und Ausrichtung der einzelnen Zwiebeln nehmen die Greifer eine Reihe von Zwiebeln auf und setzen sie auf einer Brücke ab. Die Anzahl der Positionen auf der Brücke hängt von der Anzahl der Zwiebeln ab, die in jeder Reihe des Verpackungsbehälters platziert werden sollen. Der Roboterarm positioniert die Glühbirnen präzise auf der Brücke und sorgt dafür, dass jede Birne sicher von einem Greifer gehalten wird.
Jede Brücke kann bis zu zweimal sieben Greifer aufnehmen, die in zwei parallelen Reihen im Winkel von 180 Grad zueinander angeordnet sind. Sobald alle sieben Greifer gefüllt sind, dreht sich die Brücke und die Zwiebelreihen werden in die Verpackung befördert. Je nach Blumenzwiebelart enthält jede Position in der Verpackung einen kleinen Stift zur Befestigung der Tulpenzwiebeln oder eine Schicht feuchter Erde zur Stabilisierung der Zwiebeln. Die Brücke drückt die Zwiebeln vorsichtig auf die Stifte oder in die Erde und sichert so ihre Position. Dies garantiert, dass sie während des Transports zum Anbaugebiet aufrecht stehen bleiben. Sobald die Verpackung gefüllt ist, wird sie durch eine leere Verpackung ersetzt. Die mit den Zwiebeln gefüllte Verpackung wird dann zu einer Endstation transportiert, wo ein Mitarbeiter des Anbaubetriebs vor dem Versand eine Sichtkontrolle durchführt.
Positioninierung der Glühlampe auf der Brücke
Zuverlässige drahtlose Kommunikation erreicht
Die drahtlose Kommunikation spielte eine entscheidende Rolle bei der Bewältigung einer technischen Herausforderung bei der Konstruktion dieser Verpackungslinie, nämlich der Drehbewegung der Brücken. Da die Drehung immer im Uhrzeigersinn erfolgt, waren drahtgebundene Kommunikationslösungen unpraktisch. Ophorst erklärt: "Wir haben die Möglichkeit untersucht, Schleifringe zu verwenden, aber dafür wären zahlreiche Leiter erforderlich gewesen. Bei über dreißig Funktionen/Detektionen in jeder Steckbrücke war eine Verdrahtung einfach nicht machbar. Da wurde uns klar, dass die drahtlose Kommunikation der richtige Weg ist. Aber wie konnten wir die Zuverlässigkeit gewährleisten?"
"Die Lösung kam von SMC", sagt Bert Evertse, SPS-Programmierer bei ISO Horti und verantwortlich für die Steuerung der Verpackungslinie: "Wir hatten zuvor ein Bluetooth-basiertes Produkt einer anderen Marke getestet, aber es erwies sich als störanfällig, was bei einer Hochgeschwindigkeitsanwendung wie dieser höchst unerwünscht ist. Glücklicherweise bot SMC die richtige Lösung zur richtigen Zeit. Sie schlugen ein industrielles drahtloses Netzwerk innerhalb der Verpackungslinie vor. Wir installierten ein Basismodul (Sender) auf dem nicht drehenden Teil der Anlage und ein Remote-Modul (Empfänger) auf der Einsteckbrücke. Die Steuerdaten für die Einsteckbrücke werden über SMC Industrial Wireless Communication von der Basis zu den Remotes übertragen. Weitere Steuerdaten, die etwa 60 Bit pro Modul umfassen, werden zusammen mit Diagnoseinformationen über Ethernet/IPTM an die Basis geliefert. Die Konfiguration der Basis und der Fernbedienungen wird einmalig während der Installation über Near Field Communication (NFC) vorgenommen.
"Die Lösung kam von SMC", sagt Bert Evertse, SPS-Programmierer bei ISO Horti und verantwortlich für die Steuerung der Verpackungslinie: "Wir hatten zuvor ein Bluetooth-basiertes Produkt einer anderen Marke getestet, aber es erwies sich als störanfällig, was bei einer Hochgeschwindigkeitsanwendung wie dieser höchst unerwünscht ist. Glücklicherweise bot SMC die richtige Lösung zur richtigen Zeit. Sie schlugen ein industrielles drahtloses Netzwerk innerhalb der Verpackungslinie vor. Wir installierten ein Basismodul (Sender) auf dem nicht drehenden Teil der Anlage und ein Remote-Modul (Empfänger) auf der Einsteckbrücke. Die Steuerdaten für die Einsteckbrücke werden über SMC Industrial Wireless Communication von der Basis zu den Remotes übertragen. Weitere Steuerdaten, die etwa 60 Bit pro Modul umfassen, werden zusammen mit Diagnoseinformationen über Ethernet/IPTM an die Basis geliefert. Die Konfiguration der Basis und der Fernbedienungen wird einmalig während der Installation über Near Field Communication (NFC) vorgenommen."
Der Abstand zwischen der Basis und der Fernbedienung kann variieren, in dieser Konfiguration beträgt er 5 bis 6 Meter. Ein maximaler Radius von 10 Metern ist möglich. Überraschenderweise beeinträchtigen die beweglichen Teile innerhalb jedes Moduls, wie z. B. die Servomotoren der Roboterarme, die Datenübertragung nicht. Evertse bekräftigt: "Es gab keinerlei Fehlfunktionen. Die Kommunikation ist sogar äußerst zuverlässig."
Funkfernbedienungsmodul an der Steckbrücke
