Le nuove frontiere dei sistemi di visione

Nell’ultimo decennio, la visione artificiale ha attraversato una fase di crescita ed evoluzione sia nell’industria che nei servizi, divenendo un settore maturo ma con ampie potenzialità di sviluppo grazie ai nuovi trend tecnologici legati all’Advanced Manufacturing e all’Intelligenza Artificiale.

I sistemi e i sensori di visione stanno oggi vivendo una nuova primavera grazie allo sviluppo di Industria 4.0 nell’ambito della quale svolgono un ruolo decisivo per i numerosi benefici che garantiscono. I dispositivi di visione sono, infatti, componenti essenziali dei sistemi di automazione evoluti. Nessun altro elemento della linea di produzione cattura più informazioni o è più prezioso nella valutazione dei prodotti e nella ricerca dei difetti, nella raccolta di dati per dirigere le operazioni e ottimizzare la produttività dei robot e di altre attrezzature. A differenza dei semplici sensori, i sistemi di visione generano grandi quantità di dati di immagine da utilizzare per identificare e contrassegnare prodotti difettosi, capire le loro carenze e consentire un intervento efficace ed efficiente.

In Italia si assiste all’introduzione di queste tecnologie in aree applicative sempre più ampie. La produzione a zero difetti, la riduzione delle dimensioni dei componenti e il ricorso a metodologie produttive sempre più automatizzate e flessibili rappresentano una prospettiva molto favorevole per un’ulteriore diffusione dei sistemi di visione nella realtà industriale italiana. Nel frattempo emergono nuovi approcci, nuove metodologie e soluzioni tecnologiche innovative e si aprono notevoli spazi di miglioramento delle prestazioni mentre nuove applicazioni diventano possibili.

Ma quali sono le principali sfide per le aziende? Secondo quanto emerge da uno studio realizzato da Anie Automazione e AIdAM, le sfide che le imprese devono affrontare riguardano la complessità nell’integrazione di sistemi di visione artificiale e la non piena consapevolezza degli utenti della rapida evoluzione di queste tecnologie. Bisogna anche tenere in conto che automazione e meccatronica, sempre più innovative, non possono essere considerate in modo disgiunto dalle tecnologie di misura e di visione. Strumenti sempre più evoluti, precisi ed affidabili permettono oggi lo sviluppo di nuovi prodotti e processi sempre più digitali.

Cos’è un sistema di visione

Entrando nel cuore dell’argomento, è interessante ricordare che cosa si intende con il termine “visione artificiale“. Si tratta dell’insieme dei processi che mirano a creare un modello approssimato del mondo reale partendo da immagini bidimensionali. Lo scopo principale è quello di riprodurre le funzionalità della visione umana. Un sistema di visione 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…). Le immagini possono anche essere derivate da sistemi di acquisizione non ottici come, per esempio, i sistemi ad ultrasuoni.

Il risultato dell’elaborazione è il riconoscimento di determinate caratteristiche dell’immagine per varie finalità di controllo, classificazione, selezione, ecc. Da questa definizione sono, quindi, esclusi tutti i sistemi di pura acquisizione o memorizzazione delle immagini, sia in formato analogico che digitale. 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 e illuminati in modo 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 comprensibile da un calcolatore, potrà essere elaborata con un apposito software che comprende particolari algoritmi di calcolo e analisi, in grado di individuare le caratteristiche dell’immagine e amplificarne alcuni aspetti – per, 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 (per esempio, potrà decidere se scartarlo) e fornirà le informazioni opportune al resto del sistema produttivo. Nell’automazione industriale i sensori di visione sono oggi parte integrante del controllo montaggio, produzione e qualità. Nel corpo robusto dei sensori di visione, adatto ad applicazioni industriali, sono integrati illuminazione, ottica, chip di una telecamera, amplificatore di controllo e raccordi a processo per l’integrazione nel sistema di controllo superiore.

I vantaggi dei sistemi di visione

Ma come possono essere utilizzate le soluzioni di visione artificiale? A chi servono? Quali sono i vantaggi? La visione artificiale è una tecnologia che sostituisce la visione umana con telecamere digitali e tecniche di elaborazione di immagini. Può essere utilizzata in una varietà di settori industriali per automatizzare o velocizzare la produzione, per migliorare la qualità del prodotto e per aumentare la soddisfazione del cliente. L’introduzione di un sistema di visione artificiale ha come principali effetti il miglioramento della produttività, la riduzione dei costi di manodopera, il controllo totale della qualità e della produzione secondo criteri oggettivi e ripetibili.

In pochi anni è divenuta una delle tecnologie chiave nel campo  dell’automazione industriale, in quanto può trovare applicazione virtualmente in tutte le industrie sia manifatturiere che di processo. I vantaggi più rilevanti dovuti al suo utilizzo si ottengono nell’esecuzione di verifiche di conformità e nell’implementazione di sistemi di guida per robot. Le caratteristiche peculiari dei sistemi di visione industriale sono, prima di tutto, l’assenza di contatto: l’unica sorgente di informazione è rappresentata dalle immagini e quindi gli oggetti non vengono interessati da nessun tipo di contatto di tipo meccanico. Secondariamente, l’assenza di limite alle potenzialità applicative: tutte le informazioni che possono essere estratte da un’immagine possono essere recuperate tramite un sistema di visione opportunamente programmato.

L’esperienza delle aziende  

La visione artificiale offre allo staff di produzione la capacità di vedere e identificare gli oggetti proprio come l’occhio umano, ma con una velocità e una precisione decisamente maggiori. I sistemi che incorporano la visione artificiale sono in grado di esaminare un numero enorme di parti in pochi secondi e fornire risultati di ispezione costantemente affidabili e accurati nonostante lunghe ore di operazioni ripetitive. Aiutati da telecamere ad alta risoluzione e ottiche estremamente sofisticate, i sistemi di visione artificiale possono distinguere differenze anche minime troppo piccole per essere individuate dall’uomo. Secondo Massimo Rizzi, direttore commerciale di Axiomtek Italia, «Il settore della machine vision deve essere modernizzato per raggiungere una maggiore efficienza e qualità. È necessario trovare soluzioni integrate tra hardware e software per soddisfare le sempre più svariate esigenze dei clienti: alta precisione e controllo in tempo reale, compatibilità con la visione GigE e la visione USB 3.0, fornendo ai clienti servizi affidabili e soluzioni preziose».

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