La visione industriale rappresenta la soluzione meno intrusiva per integrare nei sistemi di produzione industriale misure e controlli sui manufatti prodotti.
Mentre la Machine Vision trova campi di applicazione sempre più ampi e diversificati, 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 determinante il supporto di aziende che seguano il cliente dall’analisi iniziale alla proposta della soluzione più adeguata. Parlano gli esperti.
a cura di Luigi Ortese
La visione industriale rappresenta la soluzione meno intrusiva per integrare nei sistemi di produzione industriale misure e controlli sui manufatti prodotti. Tali sistemi infatti, al pari del sistema di visione umano, svolgono tutte le loro operazioni di controllo “a distanza”, cioè senza nessun contatto con l’oggetto da analizzare.
Questo premesso, l’integrazione efficace di un sistema di visione in un impianto industriale va affrontata con il giusto bagaglio di conoscenze e in un clima di totale collaborazione tra chi realizza il sistema (nel seguito integratore) e l’utente del sistema stesso. L’approccio aureo prevede che l’utente cataloghi in modo esaustivo tutte le situazioni che dovranno essere affrontate dal sistema di visione e trasferisca queste informazioni all’integratore. Da parte sua l’integratore dovrà spiegare all’utente in che modo lavora il sistema di visione affinché quest’ultimo sia in grado di capirne il comportamento.
La chiave generale che permette di realizzare applicazioni di sistemi di visione di successo è quindi quella della cooperazione e della competenza: l’utente deve conoscere i principi di base con cui lavora il sistema di visione e l’integratore deve apprendere le basi del processo industriale su cui sta lavorando.
Quanto sopra descritto ha validità del tutto generale, sia che si tratti di un semplice sistema di visione bidimensionale in bianco e nero sia che si tratti di un complesso sistema di visione tridimensionale o multispettrale; sia che il sistema di analisi utilizzi un semplice algoritmo sia che utilizzi le più avanzate tecniche di intelligenza artificiale. (Remo Sala www.polimi.it)
Remo Sala, docente di Misure e Strumentazione industriale e Misure di Forma senza Contatto, Politecnico di Milano.
APPLICAZIONI SEMPRE PIÙ SFIDANTI
Le tecnologie afferenti al mondo della visione industriale hanno subito negli ultimi dieci anni una forte accelerazione in termini di innovazione. Alcuni segmenti industriali strategici hanno contribuito in maniera determinante all’evoluzione di questa tecnologia poiché, in particolare, il controllo qualità al 100% della produzione è diventato via via una necessità e non più un’opzione, una possibilità. Settori come l’Automotive e l’industria farmaceutica hanno dato un grande contributo a tale evoluzione.
Recentemente stiamo osservando come il rapido sviluppo, sia hardware che software, di tecnologie di visione per il mercato consumer stia facendosi largo anche nelle tecnologie industriali. Si pensi al caso emblematico del mercato della telefonia mobile o della videosorveglianza. A tal proposito, l’economia di scala di questi due settori, unitamente alla richiesta da parte del mercato di prestazioni sempre più elevate, ha portato il comparto industriale ad attingere ampiamente da questi due bacini. E credo che in futuro questo accadrà sempre più spesso.
Il concetto di Smart Factory non potrà dunque prescindere dalle tecnologie di elaborazione di immagini. Molti processi saranno controllati, monitorati e perfino gestiti attraverso la “visione”, pertanto, chi opera nell’acquisizione, nella trasmissione e nell’elaborazione delle immagini troverà via via applicazioni sempre più sfidanti. Il forte interesse che negli ultimi tempi sta maturando attorno al Deep Learning ne è la testimonianza: d’altronde, la vista e l’interpretazione di ciò che si vede rappresentano uno dei meccanismi sensoriali più complessi di cui l’essere umano dispone. In una Smart Factory che tenderà sempre più a simulare in maniera automatizzata il comportamento umano, la vista delle macchine, e dunque la visione, la farà da padrona. (Matteo Ferronato www.baumer.com/it)
Matteo Ferronato, Vision Technologies and Advanced Sensors Product Marketing Manager di Baumer Italia.
L’UNIONE TRA HARDWARE E SOFTWARE
“Industry 4.0” è un concetto che accorpa diverse evoluzioni tecnologiche, in primis la robotica ed il Machine Learning. Da queste non possono essere disgiunte le tecnologie di visione e il Deep Learning, cioè la capacità dei sistemi automatizzati di “vedere” ed interpretare gli elementi con cui interagiscono. Le potenzialità della visione vengono messe al servizio di varie applicazioni: ispezione di componenti, sicurezza, sorting, assemblaggio automatizzato, confezionamento, logistica e molto altro.
Il concetto di sviluppo ed evoluzione seguito da Cognex è l’unione tra hardware e software all’avanguardia, che unisca i sistemi di visione alle piattaforme dei clienti per scambiare dati fra sistemi e arrivare ad un’architettura unificata delle informazioni raccolte in fabbrica. Per Cognex lo sviluppo dei prodotti è legato a doppio filo alle attività di R&D. Questo per mantenere la sua leadership sul mercato e per offrire al settore della Machine Vision sempre nuove e profonde evoluzioni. Il Deep Learning ne è un esempio lampante e necessario allo sviluppo di Industry 4.0. Il sistema di visione impara da solo cosa sia un difetto o un’anomalia anche senza personale umano che lo assista sul campo.
Cognex ha recentemente annunciato di aver reso disponibile, a livello mondiale, VisionPro® ViDi™, software di analisi delle immagini basato proprio sul Deep Learning e ottimizzato per l’automazione industriale. VisionPro ViDi amalgama l’intelligenza artificiale con il software di visione VisionPro di Cognex per affrontare e risolvere le applicazioni più impegnative. Durante la fase produttiva spesso si eseguono manualmente ispezioni complesse a causa di difetti non prevedibili e troppo difficili da identificare, utilizzando la visione artificiale tradizionale. VisionPro ViDi unisce le capacità di ispezione visiva umana con l’affidabilità, la replicabilità e la velocità di un sistema evoluto per risolvere tutte quelle applicazioni in precedenza troppo complesse da automatizzare. (Michele Giannoni www.cognex.com)
Michele Giannoni, District Sales Manager di Cognex International Inc. Italia.
ALLA BASE DI INDUSTRY 4.0
La visione artificiale ha vissuto negli ultimi anni – e sta vivendo tuttora – una fase di forte espansione all’interno del panorama industriale, proponendosi come una delle principali “tecnologie abilitanti” nel contesto della Smart Factory.
Alla base del paradigma dell’Industry 4.0, infatti, troviamo concetti quali sistemi cyber-fisici (CPS) o Digital Twin che partono dal presupposto di riuscire a creare una sorta di “copia digitale” di oggetti fisici. Inutile sottolineare quindi come la visione artificiale, con la sua capacità di identificare oggetti e da essi di estrarre informazioni significative quali la forma, le dimensioni, il colore, la posizione nello spazio… sia alla base di questa rivoluzione tecnologica.
Non deve pertanto sorprendere che le aziende si stiano sempre più equipaggiando con tecnologie che consentano il costante monitoraggio e l’identificazione dei prodotti lungo l’intera Supply Chain. Ciò significa seguire il processo dall’acquisto delle materie prime al prodotto finito, attraversando le fasi di produzione, immagazzinamento e distribuzione dei beni.
Dall’altro lato, gli investimenti in ambito Machine Vision degli ultimi anni hanno permesso di incrementare in modo esponenziale le performance e le potenzialità dei sistemi di visione. Ciò rende possibili alcune applicazioni che fino a qualche anno fa erano impensabili. Questa spinta innovativa non si è ancora esaurita, ma anzi si rinnova di continuo con nuovi filoni di sviluppo, come i più recenti ambiti dell’analisi di immagini 3D o delle tecniche di elaborazione Deep Learning. (Michele Leoni www.datalogic.com)
Michele Leoni, Global Product Business Developer Manufacturing di Datalogic.
SEMPLICEMENTE TRIDIMENSIONALI
L’elaborazione delle immagini industriali è considerata una tecnologia chiave per Industria 4.0. In particolar modo, l’elaborazione di immagini 3D offre nuove possibilità in numerose applicazioni difficili da implementare utilizzando sensori 2D convenzionali. Produzione, logistica, confezionamento, robotica sono solo alcuni dei settori in cui una soluzione di automazione ha bisogno di rilevare le dimensioni degli oggetti e la loro posizione nello spazio. Inoltre, oggi più che mai il mondo industriale si sta evolvendo con l’obiettivo di ottimizzare il lavoro degli operatori in termini non solo di prestazioni, ma anche di qualità del lavoro stesso, integrando l’automazione con tecnologie semplici e precise, capaci di alleggerire e ridurre i carichi di lavoro grazie ad ambienti di lavoro ottimizzati dal punto di vista ergonomico.
La visione artificiale, a servizio dell’uomo, viene incontro e risponde a tutte queste esigenze. In questo contesto, la semplicità d’installazione, di configurazione e d'integrazione dei sistemi 3D nelle applicazioni è un requisito, a mio avviso, indispensabile.
ifm propone una gamma di prodotti basati sulla tecnologia ToF PMD, che permette di analizzare le immagini in 3D. Questi nuovi dispositivi 3D sono in grado di assistere la produzione integrandosi ad esempio con un robot, dando un’informazione importante della distanza Z oltre ad X e Y.
Inoltre, la tecnologia ToF 3D è pronta per rendere autonomi i mezzi come macchine spazzatrici oppure robot assistenziali, guidandoli nello spazio con precisione e affidabilità. (Lorenzo Benassi www.ifm.com/it)
Lorenzo Benassi, Product Specialist Posizione & Visione di ifm electronic Italia.
INTELLIGENZA ARTIFICIALE, NUOVA FRONTIERA
La nuova frontiera tecnologica della visione industriale è sicuramente l’intelligenza artificiale. L’IA esiste già dagli anni ’70 ma il “Deep Learning”, cioè l’utilizzo di una rete neurale convoluzionale (CNN) a più strati, oltre all’aumento di prestazioni dei computer, ha cambiato il tipo di approccio a questa tecnologia e l’ha resa molto più affidabile. Già da qualche anno le applicazioni in campo industriale che utilizzano soluzioni basate sull’intelligenza artificiale hanno cominciato a prendere piede nei settori più disparati, dal Food & Beverage alla saldatura, fino all’Automotive. Il software RETINA sviluppato dall’azienda bresciana SqueezeBrains, ad esempio, fornisce una libreria basata sull’intelligenza artificiale per l’analisi delle immagini, che ha la capacità di apprendere e poi di riconoscere oggetti presenti in un’immagine attraverso una procedura guidata che richiede poche immagini per classe. MVTec Software propone invece HALCON, che offre un set completo di funzioni avanzate di Deep Learning, immediatamente applicabili in contesti industriali. Le aziende possono addestrare reti neurali convoluzionali (CNN) con HALCON, sfruttando algoritmi di apprendimento e immagini campione della loro applicazione specifica. Le reti così ottenute possono essere ottimizzate per le specifiche esigenze di ciascuna azienda. Questa tecnologia consente di classificare in modo semplice e preciso i dati delle immagini, riducendo i requisiti di programmazione e risparmiando tempo e denaro. (Marco Diani www.imagesspa.it)
Marco Diani, Presidente e co-fondatore di iMAGE S.
TRACCIABILITÀ TOTALE DEL FLUSSO PRODUTTIVO
L’evoluzione delle tecnologie in ambito di automazione industriale recentemente ha reso possibile la realizzazione delle Smart Factories; il principale contributo fornito dalle nuove tecnologie disponibili nell’ambito della visione artificiale è legato alla tracciabilità totale del flusso produttivo. Infatti l’evoluzione dei supporti tecnologici a livello sia hardware che software permette la creazione di database di immagini e dati di dimensioni molto superiori a quelli realizzabili fino a pochissimo tempo fa.
L’evoluzione definitiva della tracciabilità permette di generare database legati a codici univoci di prodotto, numeri seriali in formato readable e codici datamatrix in grado di contenere un numero elevato di dati; mediante l’utilizzo di software gestionali è possibile associare univocamente immagini e dati ed eseguire un’analisi legata all’intero processo produttivo.
Inoltre, gli algoritmi di analisi qualitativa legati all’elaborazione di immagini permettono di ottenere basi di dati utilizzabili per analisi a posteriori del processo produttivo in ogni step, individuando quali e quante sono le fasi del processo da ottimizzare e come.
In definitiva la Smart Factory sfrutta la flessibilità dei sistemi di visione e di lettura codici per fornire all’utente finale un prodotto di maggiore qualità, mentre a livello produttivo permette di ottimizzare gli step di processo in modo da massimizzare l’efficienza. (Paolo Fabbri www.keyence.it)
Paolo Fabbri, Vision Consultant Engineer di Keyence Italia.
ANCHE MEGLIO DEI PROPRI OCCHI
Le telecamere vengono già utilizzate in quasi tutti i processi produttivi per automatizzare l’ispezione di qualità e per garantire la sicurezza. Ciò significa che la quantità di informazioni in formato immagine è in aumento. Inoltre, la produzione flessibile richiede dai sistemi di visione dei livelli di prestazione molto più alti di quelli previsti nell’automazione.
La flessibilità delle linee di produzione è una tendenza globale in molti settori. A causa delle esigenze dei singoli clienti e della struttura delle catene logistiche e di fornitura di oggi, i cambi di linea diventano sempre più frequenti. Ciò significa che il design e la forma dei prodotti lavorati sulla stessa linea di produzione possono variare considerevolmente, arrivando anche ad usare altri componenti hardware dei sistemi di visione, come ad esempio l’illuminatore. Ciò non determina solo una perdita di tempo, ma aumenta anche il rischio di errore umano. Il nuovo sistema di illuminazione MDMC (multidirezionale e multicolore) di Omron è utile per i produttori e gli OEM che gestiscono diverse attività di ispezione. Ad esempio, gli ingegneri del settore automobilistico devono spesso esaminare le parti in base al tipo di ispezione, e fare quindi tentativi per trovare ogni volta l’hardware di illuminazione giusto. Grazie al sistema di illuminazione MDMC possono esaminare diverse condizioni ottiche semplicemente cambiando le impostazioni del software. In questo modo, sarà molto più semplice e veloce trovare le condizioni di illuminazione ideali.
Nella produzione di componenti elettronici, l’illuminazione è ideale per l’analisi dei materiali compositi. Con l’illuminazione MDMC, è possibile scegliere sia il colore sia l’angolazione giusti per il materiale di base e per il metallo, come ad esempio per il cablaggio disposto alla base. Questi possono essere irradiati anche contemporaneamente, in modo da impostare l’esposizione una sola volta. Ciò semplifica e velocizza il processo di ispezione. (Jan Nieswandt www.omron.it)
Jan Nieswandt, Product Marketing Manager Vision, AOS & RFID per la regione EMEA di Omron.
MONITORARE I PROCESSI IN REAL TIME
Uno dei trend attuali dell’automazione industriale riguarda proprio la visione. Fino a poco tempo fa è stata utilizzata con dispositivi classici dedicati unicamente all’ispezione del controllo qualità e alla tracciabilità dei prodotti lungo tutta la filiera produttiva. Ora, invece, anche la visione è diventata intelligente e permette di andare oltre, monitorando i processi in real time. I nuovi sistemi sono capaci di elaborare le informazioni direttamente a bordo macchina, per poi trasmettere quelle realmente utili al cloud. Inoltre, sono flessibili, ossia si adattano automaticamente al cambio degli oggetti da ispezionare. Questo perché la “produzione lotto 1” è sempre più frequente ed è ormai impensabile dover interrompere il processo produttivo per continui set-up.
Sempre in un’ottica smart, abbiamo reso interamente programmabili le nostre camere di visione. In questo modo l’utente può programmarle in base alle sue specifiche esigenze, utilizzando il nostro ambiente di sviluppo SICK AppSpace.
Infine non si può non citare la tecnologia 3D. L’uso massivo di robot, soprattutto per le operazioni di picking, ha dato ulteriore slancio a questa modalità di visione, a cui lavoriamo già da svariati anni. Per guidare i bracci robotici non serve solo grande precisione, ma anche la capacità di lavorare ad alte velocità, caratteristiche spesso inconciliabili tra loro. Per superare questo gap abbiamo da poco lanciato una nuova camera, Ranger3, che detta un nuovo standard per le immagini 3D ad alta velocità, per una fabbrica intelligente, sì, ma anche rapida. (Marco Catizone www.sick.com/it)
Marco Catizone, Head of Industrial Integration Space di SICK.
“IL PETROLIO” DEL TERZO MILLENNIO
L’impresa intelligente, la smart factory sembrava un’idea irrealizzabile, ma oggi, grazie anche agli investimenti europei e al piano Industry 4.0, l’idea sta diventando realtà. Automazione, robot e visione artificiale sono argomenti sempre più concreti e tangibili; viviamo in un mondo produttivo con robot intuitivi e sistemi di visione semplici da installare e sempre più efficaci.
L’evoluzione dei sistemi di visione è impressionante, solo dieci anni fa le tecnologie di visione sembravano un futuro lontano e solo dopo un lustro qualcosa di più concreto, ma costoso e difficile da realizzare.
Attualmente ogni processo e ogni produzione può usare la tecnologia di visione non solo come controllo, monitoraggio o semplicemente quale strumento per la garanzia della qualità di un manufatto. La tecnologia di visione può generare “il petrolio” del terzo millennio: una quantità immensa di dati indispensabili per una produzione sempre più veloce, precisa, efficiente, efficace. Senza dati generati dalle tecnologie di visione la produzione tenderebbe al fermo.
Turck Banner propone sistemi di visione entry level, sviluppati dal partner americano Banner Engineering, per la smart factory di oggi; rapidi nell’utilizzo, intuitivi e soprattutto supportati dai sistemi di illuminazione sviluppati e prodotti dalla stessa Banner Engineering.
Turck Banner Italia propone soluzioni di visione artificiale grazie ad un sistema di formazione d’immagine originale e proprietario, di grande flessibilità, applicabilità e precisione.
In qualità di uno tra i principali fornitori di tecnologia per l’automazione industriale, Turck Banner ha recentemente introdotto sul mercato la fotocamera Smart da 5 megapixel della serie VE per il rilevamento di dettagli fini su obiettivi grandi o complessi. Quest’ultima nata della serie VE ha grandi facilità d’uso, come peraltro gli altri modelli della stessa serie; vanta un alloggiamento compatto e robusto ed un intuitivo display a bordo e offre livelli di rilevamento molto più raffinati e un campo visivo molto più ampio dei modelli precedenti della serie. (Giuliano Collodel www.turckbanner.it)
Giuliano Collodel, Managing Director di Turck Banner Italia.
OLTRE LA PREVENZIONE DI DIFETTOSITÀ
Negli ultimi tempi sentiamo sempre più parlare di Smart Factory che ci consente di disporre di informazioni “trasparenti” in tempo reale sull’andamento della produzione per ottenere migliori performance e flessibilità in termini di volumi, efficienza e costi e per mantenere alto il livello di competitività aziendale. Una delle caratteristiche peculiari della Smart Factory è l’interoperabilità tra sistemi di lavorazione automatizzati e intelligenti, supportati dall’elaborazione di grandi quantità di dati.
Tra le tecnologie abilitanti a realizzare il paradigma della Smart Factory un ruolo fondamentale è rivestito dalla visione artificiale, che non si limita all’acquisizione fotografica ma che consente l’interpretazione del contenuto e la normalizzazione di quantità enormi di dati.
I dati raccolti e contestualizzati sono in grado di supportare gli operatori umani nel prendere decisioni informate e risolvere rapidamente problemi urgenti, inoltre consentono ai sistemi stessi di prendere decisioni, grazie a software che li abilita ad effettuare scelte e svolgere attività in autonomia, creando così una decentralizzazione delle decisioni.
La straordinaria e rapida evoluzione tecnologica dei sistemi di visione artificiale renderà sempre più sofisticata la funzione di controllo e prevenzione delle difettosità, qualche esempio: la possibilità di acquisire immagini iperspettrali, illuminazioni “intelligenti”, ovvero con maggiore densità, costi inferiori e facilità di integrazione, algoritmi “embedded” in grado di imparare il modello ottimale da utilizzare ed infine PC industriali sviluppati ad hoc per sistemi di visione artificiale. (Nicola Lo Russo www.visionsys.it)
Nicola Lo Russo, Managing Director di VISION.
VERSO SOLUZIONI EMBEDDED
La nostra visione e le richieste del mercato italiano coincidono: ci stiamo sempre più spostando dalle classiche soluzioni di visione artificiale PC based verso soluzioni Embedded, in cui il sistema di visione incorpora la parte di acquisizione, l’elaborazione e la componente di comunicazione in una singola unità.
Il passo successivo e necessario sarà di inserire in questo tipo di sistemi delle funzionalità di intelligenza artificiale e di apprendimento automatico per poter affrontare e risolvere problematiche che fin ora non erano affrontabili con gli algoritmi classici adottati nella Machine Vision. Un classico esempio è costituito dalla selezione di prodotti alimentari come i biscotti. Questa nuova tecnologia, nota come Deep Learning, associata alle tradizionali funzioni di elaborazione immagini ed inserita in unità embedded di facile installazione ed integrazione sulle linee di produzione, nel prossimo futuro costituirà la soluzione ideale per affiancare e sostituire l’operatore umano nel controllo della produzione di qualsiasi settore manifatturiero. (Andrea Rossi www.visionlink.it)
Andrea Rossi, Amministratore Delegato di Visionlink.
BUONE POTENZIALITÀ DELLA LUCE STRUTTURATA
La semplicità di approccio che, rispetto solo ad alcuni anni fa, oggi la visione offre ha consentito di renderla una disciplina tecnica non più appannaggio di pochi ma alla portata di molti. Emblematica, in tal senso, è l’innovazione espressa dal sistema uniVision, che, insieme alle nostre Smart Camera weQube, consente ad un tecnico di implementare applicazioni di visione in pochi semplici passaggi.
Guardando in prospettiva, fra le tecnologie emergenti da ritenersi tra le più interessanti per il prossimo futuro direi che la luce strutturata mostra senz’altro delle buone potenzialità. Si tratta di una tecnologia con la quale i sistemi di visione potrebbero potenzialmente compiere un decisivo passo in avanti verso la visione 3D, un campo che ad oggi, a differenza del 2D, è ancora prevalentemente confinato nei laboratori di ricerca e sviluppo. A questo proposito, wenglor ha recentemente lanciato il sistema ShapeDrive, capace di rilevare fino a 2 milioni di punti 3D al secondo, per ricostruire in tempi eccezionali oggetti reali nella loro tridimensionalità. Per la diffusione di tali tecnologie un driver decisivo sarà rappresentato dai costi, i quali però andranno vieppiù verso il basso, verosimilmente pilotati dal costante aumento delle richieste da parte dei mercati industriali, come del resto sta già accadendo parlando di visione “tradizionale”.
Elio Bolsi, General Manager di wenglor sensoric italiana.
Assemblaggio robotizzato, produzioni meccaniche in serie, ma anche Food e Packaging, il mondo delle applicazioni industriali oggi è sempre più teso ad assicurarsi non solo velocità produttiva, ma qualità del prodotto: e i sistemi di visione rivestiranno un ruolo sempre più importante nella realizzazione della Smart Factory. In questo senso, la principale sfida per i fornitori è quella di offrire piattaforme software e tool di sviluppo non solo intelligenti e aperti alla comunicazione, ma soprattutto semplici da usare e configurare, al fine di rendere sempre più veloce ed efficace l’integrazione dei sistemi di visione nei processi di gestione della produzione. (Elio Bolsi www.wenglor.com/it) ©ÈUREKA!
La chiave generale che permette di realizzare applicazioni di sistemi di visione di successo è quella della cooperazione e della competenza.
