Visione artificiale
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La Visione artificiale è l'insieme dei processi che mirano a creare un modello approssimato del mondo reale (3D) partendo da immagini bidimensionali (2D). Lo scopo principale della visione artificiale è quello di riprodurre la vista umana.
Un Sistema di Visione Artificiale è costituito dall’integrazione di componenti ottiche, elettroniche e meccaniche che permettono di acquisire, registrare ed elaborare immagini sia nello spettro della luce visibile che al di fuori di essa (infrarosso, ultravioletto, raggi X, ecc.).
Il risultato dell’elaborazione è il riconoscimento di determinate caratteristiche dell’immagine per varie finalità di controllo, classificazione, selezione, ecc.
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[modifica] Sistema di visione
Un Sistema di Visione è costituito da diverse componenti:
• telecamere e ottiche
• sistema di illuminazione
• l’oggetto da esaminare
• il sistema di acquisizione • e di elaborazione dell’immagine
• le interfacce uomo macchina
• le interfacce con l’ambiente esterno
Le parti da ispezionare vengono posizionate - spesso attraverso sistemi di movimentazione automatica - di fronte a una o più telecamere ed illuminati in modo appropriato, in modo cioè da evidenziare il più possibile i difetti da individuare. Il sistema ottico forma un’immagine sul sensore della telecamera che produce un segnale elettrico in uscita. Questo segnale verrà digitalizzato e memorizzato.
L’immagine, catturata e resa in questo modo "comprensibile" da un calcolatore, potrà quindi essere elaborata con un apposito software che comprende particolari algoritmi di calcolo ed analisi, in grado di individuare le caratteristiche dell’immagine e amplificarne alcuni aspetti - ad esempio contorni, spigoli, forme, strutture - allo scopo di eseguire i controlli e le verifiche per i quali il sistema è stato concepito.
Sulla base dei risultati dell’elaborazione il sistema prenderà decisioni in merito alla destinazione dell’oggetto, ad esempio smistarlo fra i "buoni" o scartarlo e fornirà le informazioni opportune al resto del sistema produttivo.
[modifica] Le applicazioni in campo industriale
Grazie alle funzionalità e alla elevata potenza di calcolo i sistemi di visione possono trovare campi di applicazione virtualmente illimitati.
Fra le applicazioni in campo industriale figurano:
• Riconoscimento difetti e rispetto delle tolleranze
• Orientamento,posizionamento e guida robot
• Misure non a contatto
• Verifiche su nastri in continuo (Web Inspection)
• Classificazione e scelta
• Lettura di caratteri e codici
Riconoscimento difetti e rispetto delle tolleranze
Si tratta di una delle applicazioni più diffuse, in quanto nessuna produzione industriale può dirsi esente da difetti e gran parte dei difetti è riscontrabile visivamente. Spesso l’ispezione della produzione è condotta da operatori specializzati, con elevati costi per la movimentazione dei pezzi e di risorse umane.
L’applicazione di un sistema di controllo basato sulla visione artificiale presenta numerosi vantaggi:
• Riduzione costi legati alla manodopera
• Controllo della produzione al 100%
• Controllo in base a criteri oggettivi e ripetibili
I principali controlli di qualità sono riconducibili a molte delle tipiche funzionalità della visione artificiale: controlli superficiali, controlli di presenza/assenza parti, conteggi, verifiche di colore, ecc.
Orientamento, posizionamento e guida robot
I nostri sistemi consentono di dirigere manipolatori, robot antropomorfi o carrelli in ambienti industriali non noti a priori. Ad esempio robot di carico e scarico che devono individuare la posizione esatta di oggetti diversi e posizionarli su pallet o in contenitori o ad un sistema di movimentazione intelligente, in grado di muoversi in uno stabilimento dove circolano persone, altri mezzi di movimentazione e spesso le aree sono occupate da merci.
Misure non a contatto
Si distinguono in genere misure ad una o due dimensioni: diametri, lunghezze, altezze eccentricità, linearità, misure a tre dimensioni, calcoli di volume (attraverso l’analisi di immagini acquisite da più angolazioni). L’utilizzo del SdV risulta particolarmente indicato per misurare oggetti fragili, difficili da raggiungere contenuti in altri oggetti, a temperature elevate: ad esempio colate di acciaio fuso in laminatoi, ecc. Un vantaggio della visione artificiale consiste anche nella possibilità di effettuare misure non convenzionali e superiori a quelle fatte con i sistemi tradizionali, ad esempio misurando aree di forme complesse.
Lettura in continuo (web inspection)
Consiste nella rilevazione di difetti o letture di caratteri su nastri o lastre poste in scorrimento veloce. Questa analisi viene fatta tipicamente con telecamere lineari. Esempi di questa applicazione sono la verifica della correttezza della stampa, l’assenza di difetti su laminati, su tessuti, ecc.
Classificazione e scelta
Si tratta di una delle applicazioni più complesse in quanto spesso i meccanismi di scelta non sono facilmente codificabili. Un tipico settore è quello della scelta delle piastrelle di ceramica o di marmo o di tavole di legno.
Lettura di caratteri e codici
Si tratta di funzionalità molto diffuse in settori come l’alimentare o il farmaceutico per eseguire tutta una serie di controlli sui prodotti in uscita come ad esempio la data di scadenza dei prodotti, i lotti di produzione, la correttezza dei fogli di istruzione allegati, ecc.
[modifica] I benefici della tecnologia
Costanza, affidabilità, oggettività dei controlli
Un operatore umano che lavora su un nastro trasportatore per il controllo difettosità dei pezzi non può eseguire un controllo al 100% su tutti i pezzi e mantenere nel tempo la costanza dei criteri di valutazione, mentre un sistema di visione può operare per intere giornate senza alcuna variazione delle prestazioni. Anche la omogeneità del giudizio fra operatori diversi costituisce un elemento che porta a preferire un controllo automatizzato: è virtualmente impossibile ottenere da operatori umani la costanza ed omogeneità dei criteri di valutazione.
Operabilità in ambienti ostili
In condizioni ambientali limite come ambienti molto rumorosi, esposti ad agenti chimici, temperature molto elevate o molto fredde, aree nel raggio di azione di macchine o sistemi di movimentazione, spazi ristretti, un sistema di visione può operare in tranquillità senza mettere a rischio la vita dei lavoratori o sottoporli a stress fisici inutili.
Elevate velocità di controllo
Un Sistema di Visione è in grado di svolgere operazioni di verifica in frazioni di secondo anche su oggetti in movimento molto veloce, come su nastri trasportatori.
La velocità di controllo genera due importanti opportunità fra loro correlate: è possibile ripensare il sistema di controllo qualità passando da verifiche a campione a controlli totali (100% dei prodotti) con tutti i vantaggi che ne conseguono;
è possibile ridisegnare i processi e le linee di produzione, introducendo sistemi di movimentazione automatici ed evitando i polmoni intermedi dedicati precedentemente ai controlli qualità e al trasferimento dei pezzi da una fase all’altra.
Piccole dimensioni degli oggetti da controllare
La dimensione degli oggetti è una variabile che spesso limita la verifica e il controllo umano nel processo produttivo. I sistemi di visione consentono di analizzare particolari non visibili o difficilmente identificabili dall’uomo grazie a ottiche e software specifici.
Elevata precisione del controllo
Anche in presenza di oggetti caratterizzati da tolleranze molto ristrette, i Sistemi di Visione consentono di raggiungere una precisione ed un’accuratezza del controllo di gran lunga superiore a quella umana. Questo permette di ottenere prodotti sempre più conformi alle esigenze del mercato.
Generazione di dati sul processo
Oltre ad assolvere ai compiti di controllo – ad esempio individuando e scartando pezzi difettosi – i nostri sistemi di visione sono in grado di generare e memorizzare dati sul processo in tempo reale, evidenziando scostamenti dai parametri ottimali.
Questo consente di individuare eventuali segnali o trend di peggioramento del processo (derive), aiutando così i gestori della linea di produzione ad intraprendere le azioni correttive prima che si esca dalle soglie di tolleranza previste.
