Beckhoff helpt Foodjet aan de perfecte pizza’s
Om de nozzles in zijn voedselprinters razendsnel te kunnen openen en sluiten, gebruikt Foodjet technologie van Beckhoff. Zo slaagt het Nijmeegse bedrijf erin pizza’s perfect van een laagje tomatensaus te voorzien, maar ook om donuts te decoreren met plaatjes die passen bij het seizoen.
Hoe deponeer je aan de lopende band tomatensaus op een pizzabodem of knoflookpasta op een pitabroodje? En hoe kun je in een koekjesfabriek razendsnel kerst- of paasdecoraties aanbrengen? Het zijn uitdagingen waar menig voedselproducent mee te maken heeft. Bij Foodjet in Nijmegen werken ze aan de oplossing. Het bedrijf ontwikkelt geavanceerde voedseldoseersystemen, zoals de Moveable Depositor Large (MDL) die zeer geschikt is om grote vlakken te vullen.
‘Het grote voordeel van de MDL is dat hij in staat is om het doseerpatroon aan te passen aan de producten’, vertelt Dirk Schindler, marketing- en salesverantwoordelijke bij Foodjet. Is dat voor pizza’s wel nodig? Die zijn toch gewoon rond? ‘Dat zou je misschien zeggen, maar dat valt tegen; ze zijn meestal net niet rond. Sowieso zien we steeds meer leveranciers die zogenaamde hand-stretched pizza’s bakken. En er zijn veel pizza-achtige producten die al helemaal niet rond zijn. Toch willen we netjes langs de rand van al die producten een stuk kunnen vrijhouden zonder saus. Dat betekent dat we elke ondergrond nauwkeurig moeten inscannen zodat onze printkop precies weet waar hij de saus moet deponeren.’
Een technische uitdaging, maar Foodjet heeft het voor elkaar gekregen. ‘Daarmee lossen we een pijnpunt op voor onze klanten’, zegt Schindler. ‘Het gebeurt nog vaker dan je denkt dat dames langs een productielijn met een paplepel saus staan te smeren. Dat geeft rommel, is niet secuur en er zijn veel gewichtsfluctuaties waardoor consumenten soms klagen. Onze geautomatiseerde oplossing doet dat veel netter.’
Foodjet kan dat businessvoordeel makkelijk in cijfers uitdrukken voor geïnteresseerde kopers. Voor het aanbrengen van decoraties zijn die sommetjes ingewikkelder. ‘Wat voegt zo’n decoratie toe aan de verkoopcijfers? Win je er marktaandeel mee?’, vraagt Schindler. ‘Waarschijnlijk wel, maar zo’n berekening is lastiger te maken. We praten ook met andere personen in een organisatie. Niet met de productiemanager die de output van zijn fabriek wil optimaliseren, maar met de marketingafdeling die wordt afgerekend op de verkoop.’ Foodjet merkt dat de markt het nu wel oppikt. ‘Ook omdat concurrenten al zijn overgestapt en ze niet kunnen achterblijven. Het is een vlucht aan het nemen want producenten beginnen steeds meer de meerwaarde te zien van het feit dat ze heel eenvoudig seizoensgebonden uitingen kunnen toevoegen: een sterretje met kerst, een hartje met Valentijn of een kroontje met Koningsdag.’
Snel en precies
Om het moordende tempo van bijvoorbeeld een pizzaproductielijn te kunnen bijhouden, moeten de machines van Foodjet razendsnel bepalen wat de doseerpatronen zijn. Tussen het camerasysteem en de doseerkoppen zit typisch 85 centimeter ruimte, oftewel maar een halve seconde aan rekentijd. ‘Je kunt ook pas beginnen als de pizza volledig onder de camera door is’, legt controlengineer Ed de Leur uit. ‘En sommige familiepizza’s hebben een diameter van wel vijftig centimeter. Pas als die helemaal is ingescand, kun je een patroon genereren, de afzonderlijk dotjes voor de printkop uitrekenen en alles relateren aan de positie van de transportband.’
De tweede uitdaging is de herhaalnauwkeurigheid. ‘We willen precies op het juiste moment het aantal milliliter dat nodig is met een servopomp door de nozzles persen’, aldus De Leur. ‘De consistentie in de timing van de nozzles is een van de belangrijkste factoren voor de vorm van de druppels, dus voor hoe netjes je de saus aanbrengt. Met een geïntegreerde besturing van Beckhoff kunnen we dat op twintig microseconden nauwkeurig.’
Foodjets printkoppen bevatten 24 of 48 nozzles en het Nijmeegse bedrijf monteert er typisch tussen de vier en acht boven een lijn. ‘Een bijkomende uitdaging is dat de printkoppen schuin op de richting van de lopende band staan’, gaat De Leur verder. ‘Dat is gunstig voor de resolutie omdat de effectieve afstand tussen de nozzles daarmee kleiner wordt. Maar het betekent wel dat de voorste nozzle veel eerder aan de gang moet dan de achterste. We moeten dus elke nozzle afzonderlijk openen en sluiten, terwijl we toch moeten zorgen dat ze allemaal dezelfde hoeveelheid saus doseren.’
Beckhoff
Foodjet heeft een sterk verkoopargument omdat het voor zijn machines niet uitmaakt op welke vorm ze moeten printen. In het recept stel je de randvrijheid in en het systeem weet genoeg om elk product te beleggen. ‘De hoeveelheid saus is constant, de rand is constant’, aldus De Leur. ‘Voor klanten is het ook een enorme winst dat ze geen patronen meer hoeven inleren. Het is volledig arbitrair; een pizza en een stokbrood achter elkaar is geen enkel probleem.’ Bovendien kunnen gebruikers de producten ongestructureerd aanvoeren. ‘Je ziet heel vaak dat producenten allerlei trucs hebben uitgehaald om bodems netjes in banen aan te leveren, maar met onze oplossing kan dat allemaal veel eenvoudiger. Zonder instellingen bedekt de MDL alles heel consistent.’
‘Sterker nog’, vult Schindler aan, ‘vaak willen klanten dat we de producten die buiten de specificaties vallen gewoon overslaan. Een pizza die een centimeter te groot is, kan verderop in het proces namelijk voor problemen zorgen omdat hij niet meer in de doos past. Die controle zit ingebakken in ons proces.’
Omdat de MDL-systemen alle patronen on the fly moeten uitrekenen, was er voor De Leur één ding duidelijk: de besturingstechnologie moest van Beckhoff komen. ‘Ik ken de concurrenten allemaal vrij aardig, maar onze applicatie is zo typisch dat je daarmee bij weinig anderen terecht kunt. De rekenkracht die Beckhoff levert en het feit dat je bijvoorbeeld direct op de Windows-core kunt programmeren, dat zijn eigenschappen die reguliere plc-fabrikanten niet bieden – of het is niet te betalen.’
Nikolas Eimer, businessdeveloper bij Beckhoff Automation: ‘Niet iedere klant gebruikt de rekenkracht die we bieden. Bij Foodjet gaat het om een heel snel proces. Ze zitten nog niet tegen de grens aan maar het is wel een van de snelste high-end applicaties in mijn klantenkring.’
Samenwerking
Foodjet gebruikt in de MDL de embedded pc CX2040 van Beckhoff. ‘Die is uitgerust met een Intel I7-quadcore’, weet Eimer. De Leur: ‘De hardware garandeert dat we binnen 150 microseconden klaar zijn met het rekenwerk en er een resultaat via Ethercat wordt doorgezet. Die verschillende cores kunnen we gebruiken voor de verschillende taken in de machine zodat we de rekenkracht optimaal benutten. De belangrijkste taak is het daadwerkelijke printen. Dat doen we dus in een cyclus van 150 microseconden. Het vullen van de buffers in de printkoppen kan iets minder snel; daar nemen we langer de tijd voor. Vervolgens heb je de motiontaken waarmee de servopompen worden aangestuurd. Dat doen we in een halve milliseconde. En ten slotte zijn er de reguliere machinetaken zoals de hmi, de beveiliging en drukmetingen. Daar is een cyclustijd van vijftig milliseconden ruim voldoende.’
De Leur is zeer te spreken over de keuzevrijheid die hij heeft met het Beckhoff-platform. ‘We hebben een ruime keuze in i/o. Niet alleen de reguliere machinebesturing voor de kleppen of de pompen, maar ook heel specifieke i/o. En dat zit allemaal in dat ene platform geïntegreerd. Voor de hmi hebben we gekozen om die in C# te ontwikkelen en hem te laten draaien op een Windows-omgeving die op hetzelfde kastje draait als de realtime aansturing van de printerkoppen. De vrijheid die je als software-engineer hebt om verschillende toepassingen op dezelfde hardware te laten landen; dat vind ik een van de krachten.’
Verder roemt De Leur de samenwerking met Beckhoff. ‘Ik ben een typische software-engineer die gewoon begint en probeert zaken zelf op te lossen’, zegt hij. ‘De doorlooptijden zijn kort en problemen steken vaak pas laat de kop op. Dan is het ontzettend belangrijk dat je snel antwoord krijgt en geholpen wordt. Wat dat betreft, was de samenwerking met Beckhoff erg fijn.’
Ricotta of bechamel
Welke ontwikkelingen zitten er in het vat voor Foodjet? ‘We gebruiken op dit moment nog een aparte pc voor het visionsysteem. Het is al lang een wens om die te integreren in het Beckhoff-platform. De timing tussen de twee systemen kan namelijk best ingewikkeld zijn’, antwoordt De Leur. ‘De hardware is al klaar voor die integratie; we zijn er alleen nog niet aan toegekomen.’
Verder overweegt De Leur om een eigen Ethercat-slave voor Foodjet te ontwikkelen. ‘Het i/o-blok dat we nu gebruiken, is heel geschikt voor de machinebouw, maar in onze printerkop zouden we liever een net iets andere bouwvorm hebben’, legt hij uit. ‘Een andere aansluiting bijvoorbeeld zodat we hem makkelijker kunnen bedraden. En de mogelijkheid om ook analoge signalen uit te lezen, zoals de temperatuur en de druk van de saus. Als we een eigen Ethercat-slave zouden hebben, hebben we meer keuzevrijheid.’
Ook commercieel heeft Foodjet wensen. ‘We zouden de MDL-technologie graag ook inzetten voor de decoratiemarkt. Dan heb je het over andere snelheden, andere resoluties en andere hoeveelheden aan output’, vertelt Schindler. ‘We hebben de machines voor die markt al, maar die draaien nog op een ander platform. We zouden graag toe willen naar één generiek platform voor alle toepassingen en sectoren.’
Verder werkt Foodjet hard aan de mogelijkheden om verschillende sauzen te combineren. ‘We doen dat nu al door twee MDL’s achter elkaar te zetten’, zegt Schindler. ‘De eerste print dan de basis tomatensaus en de tweede ricotta, bechamelsaus of olijfolie. Dat gaat al prima.’ Foodjet kan nog verbeteren door de printtaken op elkaar af te stemmen. ‘Door bijvoorbeeld minder tomatensaus te deponeren op de plekken waar ook kaas komt, zodat de pizza niet te soppig wordt. Of de ene helft van de pizza met de gewone tomatensaus en de andere helft met een pittigere variant. Je kunt heel veel varianten bedenken van zulke pizza’s-to-share. We zitten er dicht tegenaan om dat op de markt te zetten en dat gaat echt een gamechanger worden, daar ben ik van overtuigd.’
