Sistemi di visione
AL PASSO DEL CLIENTE
01/04/2018

Anche grazie alla spinta di Industry 4.0, lo sviluppo delle aziende manifatturiere è fortemente condizionato dall’impiego di tecnologie digitali e sistemi di visione.

Nel campo della machine vision è più che mai indispensabile il supporto di imprese che seguano il cliente dall’analisi iniziale dell’applicazione alla proposta finale della soluzione più adeguata: è questa, in sintesi, la mission di iMAGE S.

di Remo Sala (*)

La machine vision trova campi di applicazione sempre più ampi e i fornitori di soluzioni puntano a una crescente standardizzazione dei componenti e del loro utilizzo. La complessità dei compiti da svolgere e le esigenze dei clienti in termini di massima qualità e affidabilità dei risultati rendono indispensabile il supporto di aziende che seguano il cliente dall’analisi iniziale della sua applicazione alla proposta finale della soluzione più adeguata: ecco la missione di iMAGE S (www.imagesspa.it), che dal 1994 si fa promotrice di una cultura diffusa dei sistemi di visione artificiale nel nostro Paese.

Anche grazie alla spinta di Industry 4.0, lo sviluppo delle aziende manifatturiere è fortemente condizionato dall’impiego di tecnologie digitali e sistemi di visione. Le imprese si sviluppano puntando all’obiettivo dell’ispezione totale, cioè sul 100% dei prodotti. E non solo. In questo cammino, la machine vision occupa un ruolo di primo piano e trova applicazione in un numero di settori in costante espansione. La visione industriale permette di rilevare difetti e imperfezioni, monitorare e migliorare costantemente i processi produttivi, e infine ottimizzare l’impiego delle risorse, sia macchine e impianti, sia materie prime e semilavorati. L’impiego di queste tecnologie apporta come conseguenza benefici ben definiti: ripetibilità dei risultati, affidabilità dei prodotti, velocità delle procedure di ispezione e controllo, miglioramento della qualità e, in ultima analisi, soddisfazione e quindi fidelizzazione della clientela.

Abbiamo chiesto a Marco Diani, socio fondatore di iMAGE S insieme a Paolo Longoni, le tendenze tecnologiche del comparto e le nuove applicazioni.

“Il 2018 sarà l’anno di tutte le soluzioni legate alla visione artificiale”, ci spiega Marco Diani. “Siamo di fronte a un mercato in crescita; iMAGE S non si rivolge a un settore dominante, ma opera sia in ambito industriale che medicale. Questo rappresenta indubbiamente un vantaggio, in quanto ci permette di cogliere al meglio le diverse opportunità offerte dalle tecnologie abilitanti. L’evoluzione dei prodotti, per quanto rapida, si misura in ogni caso su tempi dell’ordine di alcuni anni”.

La visione artificiale è alla base dei principi fondamentali di Industria 4.0. Le sue applicazioni consolidate possono essere raggruppate in due categorie principali: le verifiche di conformità e la guida di robot.

Le telecamere con interfaccia GigE Vision® Genie Nano di Teledyne DALSA uniscono i sensori CMOS più avanzati del settore a una telecamera ottimizzata per velocità elevate.

TECNOLOGIE DI DEEP LEARNING

“Attualmente la novità di maggiore peso è costituita dai primi utilizzi di tecniche di Deep Learning – area del Machine Learning che fa uso delle Reti Neurali Profonde, ossia dotate di molti strati e algoritmi per il pre-processamento dei dati per la regolarizzazione del modello – nella realizzazione di applicazioni industriali”, spiega Diani. “Va comunque sottolineato che, da tempo, sono disponibili delle librerie basate su tali tecniche, ad esempio quelle legate al riconoscimento ottico dei caratteri; non si tratta quindi di una novità assoluta, ma piuttosto dell’evoluzione di una tendenza. Tale approccio è molto promettente soprattutto laddove quello algoritmico tradizionale mostra tutti i suoi limiti. Il numero di applicazioni è comunque tuttora modesto a causa della limitata disponibilità di librerie per implementare applicazioni di questo tipo e anche per la diffidenza che alcuni clienti mostrano ancora verso queste tecnologie”.

Avete esempi di applicazioni già sviluppate con questa tecnica? “Inizia a essercene qualcuna, in particolare nei settori in cui l’approccio algoritmico non può essere utilizzato proficuamente. Mi riferisco in particolare all’ambito della selezione della frutta, dove lo scopo è riconoscere ed eliminare il materiale estraneo alla frutta stessa, quali foglie e rametti. Anche nel mondo del manifatturiero si stanno sviluppando applicazioni con questa tecnica, ad esempio per valutare la qualità delle saldature. In entrambi i casi i risultati sono promettenti e comunque migliori rispetto alle metodologie tradizionali. La difficoltà principale sta nel reperire un insieme sufficientemente ampio (dell’ordine di parecchie migliaia) di immagini significative per addestrare il sistema”.

Quanto pesa il Deep Learning nel mercato? “Al momento una frazione di un punto percentuale, ma con ottime probabilità di crescere. Pensiamo sia corretto il paragone con le auto elettriche: oggi sono pochissime, tuttavia ci si aspetta che crescano molto rapidamente nei prossimi anni. Noi ci stiamo attrezzando per essere pronti a rispondere nel modo migliore alle richieste dei nostri clienti”.

I cofondatori di iMAGE S Marco Diani (a sinistra) e Paolo Longoni, con Milena Longoni, Responsabile Marketing e Comunicazione

I TREND DI CRESCITA

“Come abbiamo detto, il 2018 sarà l’anno d’elezione per tutti i prodotti legati alla visione artificiale. Tendenze ne possiamo evidenziare diverse: le telecamere multispettrali e iperspettrali, la visione tridimensionale, la diffusione delle applicazioni con sistemi embedded, i progressi nell’ambito delle lenti liquide e nei sistemi di ripresa HDR”, dice Diani.

Ci può fornire qualche dettaglio in più? “La tecnologia multi/iperspettrale sarà a nostro avviso molto importante in un prossimo futuro, in quanto la possibilità di lavorare su immagini che riprendono contemporaneamente la luce emessa/riflessa a diverse frequenze permette di eseguire analisi funzionali impossibili con l’utilizzo delle classiche immagini, anche a colori”, afferma Marco Diani.

“La visione tridimensionale continuerà la sua crescita, già avviata da alcuni anni. Il successo è dovuto alla disponibilità di sistemi in grado di acquisire immagini 3D, cioè nuvole di punti tridimensionali pronti all’uso e quindi immediatamente integrabili nelle applicazioni da parte dei clienti. I vantaggi dell’analisi sono molto evidenti, ma i costi ancora elevati di questi dispositivi portano ad utilizzare ancora la visione 2D quando i vantaggi del 3D non sono risolutivi. Va segnalato, dal punto di vista strettamente tecnologico, un pesante ritorno della stereoscopia a discapito delle soluzioni a tempo di volo, che spesso non permettono di raggiungere la risoluzione necessaria per le applicazioni industriali. Nel mondo automotive, e in particolare nel settore della guida autonoma, i sistemi basati sull’utilizzo di ‘lidar’ sono chiaramente la soluzione attualmente vincente. Da ultimo segnaliamo che la disponibilità di processori potenti e a basso consumo sta aprendo la strada allo sviluppo di applicazioni embedded, nelle quali il sistema di visione è realizzato con schede molto piccole e quindi può essere integrato molto più semplicemente nelle differenti applicazioni”.

Le telecamere a infrarosso (LWIR) non raffreddate Calibir™ di Teledyne DALSA offrono prestazioni eccellenti per l’acquisizione di immagini e massima flessibilità.

DATECI UN PROBLEMA: CI DIVERTIAMO A RISOLVERLO

Com’è percepita la visione industriale nel mercato? “Gli inizi della visione industriale”, dice Diani, “sono stati caratterizzati da sistemi le cui prestazioni spesso non coincidevano con le aspettative dei clienti e questo ha lasciato una certa diffidenza. I sistemi di visione ovviamente non sono perfetti ma i loro limiti non sono diversi in modo significativo rispetto ai sistemi tradizionali. Ad esempio, in un sistema automatico, i malfunzionamenti sono legati ai sistemi di visione ma anche ai sistemi di trasporto, ai vibratori, alle pinze…eppure sono percepiti in modo diverso. Una mancata presa da parte di una pinza è infatti qualcosa di visibile e quindi l’utente capisce immediatamente il problema; diverso è un malfunzionamento da parte di un sistema di visione che non è immediatamente comprensibile all’utente. Va segnalato con forza che ogni giorno che passa i limiti dei sistemi di visione sono sempre minori grazie alla genialità delle aziende italiane le quali sembrano dire: ‘Dateci un problema e noi ci divertiamo a risolverlo’. Nei convegni ricordiamo sempre che noi italiani siamo i discendenti di Leonardo: siamo convinti che la capacità creativa delle aziende italiane sia la migliore al mondo e che questo permetta loro di sopravvivere, anche quando sono di piccole dimensioni e inserite in un sistema-Paese che non aiuta certo la competitività”.

I sensori intelligenti Gocator 3109 di LMI Technologies sono destinati ai costruttori di linee di assemblaggio che devono effettuare ispezioni tridimensionali in linea su oggetti statici montando il sensore su un robot.

IL CLIENTE PRIMA DI TUTTO

Quando si realizza un’applicazione è fondamentale che chi progetta il sistema di visione abbia capito perfettamente che cosa si aspetta il cliente. È d’accordo?

“Certamente. Questo fatto rappresenta tuttora un grosso problema. Solitamente è un passaggio critico e lo è perché chi commissiona il sistema esprime delle esigenze, ma quasi sempre non ha conoscenze neppure generiche sui sistemi di visione. Tipicamente il cliente si crea delle aspettative in termini di costo dell’applicazione e, quando viene delineata la soluzione ideale, che spesso ha un costo superiore a quello atteso, si tendono a mettere in atto troppi compromessi. Il committente aspira a una soluzione in grado di risolvere tutti i suoi problemi, anche se questo si rivela difficile e soprattutto non conveniente dal punto di vista economico. Inoltre, bisogna segnalare che poche aziende descrivono bene le caratteristiche e le specifiche di ciò che si aspettano: è un problema di conoscenza, che spetta anche a noi colmare. Tuttavia, rispetto a 20 anni fa registriamo notevoli progressi in termini di cultura della visione; inoltre la tecnologia, ovvero la risoluzione e la velocità delle telecamere, la sensibilità del sensore, la riduzione dei costi hanno certamente contribuito a una maggiore consapevolezza sulle attese”.

Le telecamere dell’azienda tedesca Raytrix, basate sulla tecnologia 3D Light Field, sono in grado di acquisire un’immagine bidimensionale corredata dalle informazioni relative alla profondità dell’immagine inquadrata.

SOLUZIONI GRADUALI

Si può dire che l’approccio corretto sarebbe quello di una gradualità nella risoluzione dei problemi applicativi? “Sarebbe l’ideale. Scomporre difficoltà complesse in questioni basilari di cui si conosce la soluzione è la metodologia più indicata. Anche noi, quando è possibile, usiamo l’esperienza che ci deriva da tanti studi di fattibilità eseguiti... In Italia, a differenza di molti altri Paesi, i sistemi di visione trovano applicazione in tutte le industrie, e va tenuto conto che buona parte di ciò che viene utilizzato nell’ambito della visione viene poi esportato, in quanto contenuto delle soluzioni di automazione vendute all’estero”, dice Diani.

“Come fornitori di soluzioni di machine vision anche noi contribuiamo a promuovere e diffondere la cultura dell’innovazione nel mondo manifatturiero”, afferma Marco Diani. “I nostri prodotti, in particolare, aiutano a produrre meglio e a ridurre o ottimizzare i costi. I controlli di qualità e conformità dei prodotti alle specifiche svolti durante la produzione, e non alla fine del ciclo, consentono di ‘aggiustare’ il processo in corsa, evitando di produrre inutilmente intere serie di pezzi che non rispettano gli standard qualitativi previsti e concordati con il cliente”.

Quali sono i vostri progetti nel breve periodo?

“Innanzitutto, una nuova sede molto più ampia e funzionale di quella attuale, nella quale inizieremo a dare vita a molte attività. Tra le tante citiamo la possibilità di sviluppare idee innovative e particolarmente interessanti proprio attraverso nostri prodotti. Ma ci impegneremo anche nella messa a punto di corsi di formazione dedicati sia ai nostri prodotti che alle nuove tecnologie che stanno per essere lanciate sul mercato”, conclude Marco Diani.

Dalla propria posizione privilegiata di azienda con una “visione a tutto tondo” del mercato, iMAGE S ha la possibilità di seguire con attenzione l’evoluzione tecnologica in atto e adeguare di conseguenza i propri orientamenti strategici per rispondere sempre con puntualità alle richieste del mondo produttivo.

La soluzione di guida robot 3D Robeye è dedicata a PC industriali di alta potenza per progetti ad elevata affidabilità.

INFO 1: PIÙ ROBOT, PIÙ SISTEMI DI VISIONE

“Secondo le statistiche, a livello mondiale, c’è stata, negli ultimi tre anni, una crescita media del mercato della visione pari a un 10% annuo. Nel 2018 è previsto un ulteriore incremento dell’8%”, afferma Marco Diani. “La visione cresce perché aumentano le soluzioni di automazione che la integrano, in particolare la robotica. Bisogna considerare che tutti i processi produttivi necessitano di un sistema di visione per controllare la qualità in un preciso momento del processo e non alla fine dello stesso. I robot sono in aumento e quindi anche la visione: il robot sempre più spesso viene dotato di sistemi di visione per eseguire i diversi compiti da svolgere. Anche i robot collaborativi, i cobot, necessiteranno di sistemi di visione per le loro funzioni operative”.

INFO 2: IMPRESA 4.0 E VISIONE

“Il fenomeno Industria 4.0 sta avendo un impatto positivo sui numeri della visione e sta modificando il punto di vista dei fornitori, in quanto gli utenti finali stanno iniziando a chiedere non tanto l’acquisto di un’applicazione ma l’affitto di un servizio”, commenta Diani. “Le diverse competenze necessarie per la realizzazione di sistemi di visione artificiale (commerciali, tecniche, di installazione, di manutenzione…) non sono tuttavia sempre disponibili sul mercato del lavoro, perché in Italia manca ancora una collaborazione efficace tra mondo dell’industria e della formazione tecnica, sia a livello di scuola secondaria che di università. Al momento la situazione più comune è che il sistema formativo prepara persone capaci, le quali tuttavia devono ricevere una preparazione specifica che solo l’azienda è in grado di fornire. Tra l’altro, il mercato del lavoro italiano sarebbe certamente in grado di assorbire più risorse di quelle disponibili…se ci fossero. È comunque in atto una crescita sia del mercato che del personale; molte imprese del settore hanno ordini da evadere fino alla fine del 2019. Noi guardiamo al futuro: se ci fossero più giovani specializzati, anche la cultura della visione sarebbe più diffusa, e questo sarebbe sicuramente un bene per tutti, competitor compresi”, dice Marco Diani. ©ÈUREKA!

(*) Remo Sala, Dipartimento di Meccanica-Misure e Strumentazione Industriale, Politecnico di Milano.

Disponibili con due diverse architetture (“ruggedized” e “high-performance”), i processori di visione AIIS di Advantech sono idonei per le più svariate esigenze di automazione.



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