Applicazioni in ambito industriale

Le applicazioni della visione coprono un’area molto vasta: controllo e determinazione della forma e della posizione dei pezzi, controllo della qualità della lavorazione, analisi dimensionale (misurazione di oggetti), controllo del colore, esecuzione di misure senza contatto, numerazione e selezione di una produzione seriale, acquisizione e controllo della correttezza di codici, scritte o segni di marcatura, riconoscimento di profili, ricerca e centratura di fori, rivetti, asole, integrazione con PLC di linea per la guida robot, verifica di eventuali difetti superficiali e procedure automatizzate di scarto della produzione difettosa.
I settori interessati attraversano quasi tutta l’industria e non solo: meccanica, farmaceutica, supervisione macchine utensili, lavorazione del legno, di materiale plastiche e del vetro, packaging, illuminotecnica, monitoraggio del traffico e dell’ambiente.
Nelle applicazioni industriali le parti da ispezionare vengono posizionate di fronte a una o più telecamere ed illuminati in modo da evidenziare i possibili i difetti. Il sistema ottico forma un’immagine sul sensore della telecamera che produce un segnale elettrico in uscita. Questo segnale viene digitalizzato, cioè convertito da analogico (continuo) in digitale (discretizzato) e memorizzato attraverso un’apposita scheda chiamata frame grabber. L’immagine viene quindi elaborata dal software.

schema blocchi visione

Schema a blocchi di un generico sistema di visione

Dagli anni ‘70 ad oggi il contenuto algoritmico del software è cambiato relativamente poco, mentre sono aumentati la potenza di calcolo dei processori, la disponibilità di sensori ad alta risoluzione e l’offerta di hardware complementare (schede di acquisizione, ottiche, illuminatori). Negli anni l’innovazione tecnologica, la maggiore concorrenza e la crescita del mercato hanno ridotto i costi. D’altro lato sono cresciute la potenza e la complessità dei sistemi di visione, il che richiede l’intervento di integratori qualificati per sfruttarne appieno tutte le potenzialità e garantirne servizi idonei agli utilizzatori (supporto, personalizzazione e avviamento).
In questo modo la quota di investimento riconducibile ai system integrator tende a crescere e il loro ruolo diventa sempre più cruciale per produttori, utilizzatori e per l’efficacia del sistema.
(Armando Martin)

Le applicazioni consolidate dei sistemi di visione nel mondo industriale possono essere raggruppate in due categorie principali: le verifiche di conformità e la guida di robot.
Le prime racchiudono tutte quelle applicazioni in cui le telecamere verificano o misurano alcune peculiari caratteristiche degli oggetti prodotti. Esse permettono di realizzare in linea sistemi di controllo di qualità sulla totalità della produzione, senza alcun rallentamento del ciclo di lavorazione.
Invece i sistemi di guida robot basati sulla visione forniscono ai manipolatori informazioni sulla posizione e l’orientazione delle parti con cui devono interagire per operazioni di varia complessità. Nei casi più semplici la finalità è la mera manipolazione della parte; casi più complessi possono essere, per esempio, la saldatura o la deposizione di collante. Sistemi di guida efficaci permettono di sfruttare pienamente la flessibilità che contraddistingue e rende appetibile l’utilizzo di sistemi robotizzati all’interno dei processi produttivi.
Per assicurare il successo dell’applicazione è fondamentale che ogni sistema di visione sia progettato e realizzato da un esperto del settore. Tale figura ha come compito principale lo studio della variabilità del processo e la realizzazione di un sistema di illuminazione opportuno, volto a esaltare le informazioni utili al sistema e a ridurre l’importanza di quelle non significative.

riconoscimento oggetti non rigidi

Applicazioni di visione artificiale alla manipolazione di oggetti non rigidi

È altresì fondamentale la completa collaborazione tra l’implementatore del sistema e l’utilizzatore, il quale conosce in profondità l’applicazione e le sue principali criticità. Ogni improvvisazione porta quasi sicuramente a risultati disastrosi: non esistono applicazioni “facili” o “difficili”, ma applicazioni che si “sanno fare” e applicazioni che “non si sanno fare”.
La prima conseguenza positiva del consolidamento di alcune tipologie di applicazione è stata la comparsa di soluzioni dedicate, tipicamente denominate “telecamere intelligenti”, che permettono anche a non informatici di configurare e installare un’applicazione. È doveroso sottolineare che questi sistemi permettono di ridurre drasticamente i tempi di realizzazione di un’applicazione, in quanto sostituiscono la necessità di sviluppare un software specializzato con la semplice configurazione di un applicativo parametrico. Ciò non ha tuttavia eliminato la necessità della figura dello specialista, al fine di ottenere una corretta e affidabile messa a punto del sistema.
(Alessandro Basso e Remo Sala)

 

Si può effettuare una classificazione delle applicazioni dei sistemi di visione in base al tipo di informazione che viene ricavata dall’unità di elaborazione.

Controlli di presenza. Il controllo di presenza è uno degli impieghi più frequenti dei sistemi di visione. E’ possibile controllare sia la presenza di interi oggetti, sia quella di uno o più particolari di un oggetto. Utilizzando algoritmi di riconoscimento, un sistema è in grado anche di verificare la mancanza di parti o il loro errato posizionamento. Allo stesso modo è in grado di eseguire conteggi, ad esempio di parti di diverso tipo che scorrono su un nastro trasportatore.

Rilevamento Posizione/Bordi. Un altro tipo di applicazione che si incontra molto frequentemente è il rilevamento della posizione di oggetti, intesa sia come individuazione delle coordinate (x,y) dell’oggetto sul piano sia come controllo della corretta posizione di particolari all’interno di un oggetto.

controllo produzione

Applicazioni di visione artificiale al controllo di processo industriale

Controllo superfici. È possibile effettuare il controllo della qualità di superfici, allo scopo di rilevare difetti quali rotture, sporco, graffi, cricche ecc.

Misura 2D e 3D. I sistemi di visione possono essere impiegati come strumenti di misura senza contatto. Per svolgere questa funzione, il sistema di visione viene spesso utilizzato insieme ad altri sistemi di misura: meccanici, ad ultrasuoni, laser. Si distinguono in genere misure ad una o due dimensioni: diametri, lunghezze e angoli possono essere effettuate in modo relativamente semplice per mezzo di una telecamera bidimensionale, opportunamente calibrata per ottenere misure in coordinate reali. Misure a tre dimensioni riguardano i calcoli di volume, altezze e piani attraverso analisi di immagini acquisite da più angolazioni o con tecniche di triangolazione con luce strutturata. L’utilizzo del sistema di visione risulta particolarmente indicato per misurare oggetti fragili, difficili da raggiungere, contenuti in altri oggetti o a temperature elevate.

Riconoscimento di oggetti. Il riconoscimento consiste nella classificazione di un oggetto in base a particolari caratteristiche desunte dalla sua immagine. Esso prevede una fase di apprendimento propedeutica alla fase di riconoscimento vera e propria. Esistono applicazioni caratterizzate da crescenti livelli di complessità che vanno dalla semplice corrispondenza di profili di oggetti meccanici fino al riconoscimento della fisionomia umana.

Lettura codici. Tramite un sistema di visione è possibile effettuare la lettura di codici a barre e di codici bidimensionali. Per la lettura di codici a barre vengono utilizzati tipicamente lettori ottici dedicati con tecnologia laser o CCD, che non rientrano nel settore dei sistemi di visione. I sistemi di visione vengono utilizzati per questa funzione in applicazioni in cui, oltre alla lettura del codice a barre, sia necessario eseguire altre verifiche o controlli, come ad esempio la verifica delle date di scadenza di un prodotto.

Lettura/Verifica caratteri (OCR/OCV). La lettura dei caratteri OCR consiste nell’estrarre dall’immagine una sequenza di caratteri (stringa) non conosciuta a priori. La verifica OCV permette invece di confrontare il contenuto dell’immagine con un stringa di riferimento impostata dall’utente.

controllo colore

Controllo colore (credit: ColorConsulting)

Controllo del colore e della tonalità. Sono funzionalità in cui la criticità è rappresentata dalle condizioni di illuminazione e dalla precisione e ripetibilità del sistema di acquisizione dell’immagine, piuttosto che dagli algoritmi di elaborazione. Esistono molti campi di applicazione che vanno dalla verifica della qualità di stampa, alla verifica del funzionamento e taratura automatica di monitor televisivi, alla misura del colore delle pietre preziose.

Evidenziazione di particolari (image enhancement). Questa funzionalità permette di trasformare immagini riprese in luce naturale, o in altre frequenze (dagli infrarossi ai raggi X) per esaltare la visibilità dei particolari di interesse. Le maggiori applicazioni si hanno nel settore biomedico: elaborazione di immagini ecografi che e radiografi che o nella sicurezza (ricerca di armi ed esplosivi tramite raggi X).
(Anie-Linee Guida)

 

Con il patrocinio di

Anipla
Patrocinio Anipla
Patrocinio Cnosfap
IMVG
AIDAM
Facoltà Di Ingegneria Di Pavia