La visione artificiale è un grande passo avanti nella ricerca di un'automazione industriale completa. In parole povere, consente ai sistemi macchina di "vedere" l'ambiente circostante come fanno gli esseri umani. Consentendo ai robot di percepire gli oggetti fisici attraverso la visione, li mettiamo in grado di svolgere attività autonome. Dagli anni '80, la visione artificiale ha rapidamente trasformato i moderni processi produttivi. Le macchine possono ora svolgere funzioni critiche come l'ispezione, la misurazione, il posizionamento e lo smistamento dei prodotti.
Definizione di visione artificiale
La visione artificiale è una combinazione di tecnologie di imaging e di ispezione automatica. Acquisisce ed elabora i dati delle immagini in tempo reale. Le macchine possono quindi analizzare, verificare, misurare e lavorare i pezzi. Come sistema di visione, contiene diversi componenti di imaging. I sistemi di visione industriale contengono lenti ottiche, sistemi di illuminazione, telecamere, controller e software. Grazie a questi componenti, un sistema di visione industriale monitora continuamente l'ambiente circostante. L'automazione delle catene di montaggio e l'ispezione robotica dei prodotti hanno trasformato il settore.
Come funziona la visione artificiale
Un sistema di visione ha componenti hardware e software. Essi si uniscono per elaborare le immagini. La visione artificiale avviene secondo il seguente schema:
Catturare l'immagine
Il sistema di visione può contenere una o più telecamere o sensori digitali. Sono montate sul braccio mobile, sulla linea di trasporto o su un altro componente. Le telecamere acquisiscono immagini dell'area di lavoro da diverse angolazioni.
Pre-elaborazione dell'immagine
Questa fase prevede la rimozione del rumore, la regolazione dell'illuminazione e la correzione della distorsione. L'immagine grezza può contenere una serie di irregolarità che rendono difficile l'elaborazione delle immagini. La preelaborazione pulisce l'immagine e migliora le caratteristiche di interesse. La pre-elaborazione rende più efficiente l'analisi delle immagini.
Estrazione degli attributi
L'immagine pre-elaborata viene fornita al software di visione artificiale. Questo utilizza algoritmi di apprendimento automatico per estrarre le caratteristiche significative. I bordi, gli angoli e gli spigoli vengono identificati e classificati. Tutto ciò è reso possibile dagli algoritmi di rilevamento e segmentazione dei bordi.
Identificazione dei modelli
L'apprendimento automatico funziona secondo il principio del riconoscimento dei modelli. L'immagine analizzata viene etichettata sulla base di milioni di input simili provenienti da un set di addestramento.
Categorizzazione e conferma
Gli algoritmi di ML classificano e valutano gli oggetti sulla base dei dati di addestramento. Se l'oggetto supera tutti i test, viene approvato per l'ulteriore elaborazione. Se l'algoritmo rileva un errore, l'oggetto viene rimandato indietro per essere modificato o scartato.
Componenti chiave di un sistema di visione industriale
I sistemi di visione industriale comprendono diversi componenti chiave. Ogni componente svolge un ruolo importante.
Strumenti di illuminazione
L'illuminazione è importante per i sistemi di visione perché le immagini di alta qualità richiedono l'illuminazione. I produttori specificano la potenza e i lumen di luce necessari per una corretta saturazione della telecamera.
Lente ottica
Un obiettivo ottico ottiene l'immagine del pezzo. Trasferisce l'immagine al sensore della fotocamera sotto forma di luce.
Sensore della telecamera/scheda di acquisizione
I sensori delle fotocamere ricevono l'immagine catturata sotto forma di luce. Convertono l'immagine in forma digitale attraverso semiconduttori o dispositivi ad accoppiamento di carica. L'immagine fisica viene tradotta in forma digitale, rappresentata dai pixel.
Processore
L'immagine digitale viene analizzata dal software di deep learning. Il processore esegue questa fase. Il processore, o il computer, estrae le caratteristiche chiave dell'oggetto dall'immagine.
Comunicazione
I componenti del sistema di visione interagiscono tra loro attraverso questo canale. Il componente di comunicazione comprende generalmente segnali i/o, connessioni seriali e connessioni wireless.
Tipi di sistemi di visione
Sistemi di visione 2D
Quando si parla di visione artificiale, spesso si pensa che si tratti di visione 3D. Tuttavia, i sistemi di visione 2D sono gli strumenti più utilizzati per l'ispezione e il riconoscimento dei modelli. Il software dei sistemi di visione 2D analizza le immagini in due dimensioni. Una delle applicazioni più diffuse della visione 2D è la scansione di codici a barre e codici QR. I sistemi di visione 2D sono economici, dinamici e semplici.
Sistemi di visione 3D
I sistemi di visione artificiale 3D analizzano la profondità attraverso più sensori. Interpretano le informazioni acquisite come una nuvola di punti 3D. Tecniche ricorrenti: luce strutturata, visione stereo, triangolazione laser e tempo di volo. La visione 3D trova immense applicazioni nella robotica, nell'analisi delle superfici, nell'automazione e nell'ispezione dei prodotti.
Sistemi di visione intelligenti basati su telecamere
I sistemi di visione intelligenti basati su telecamere possono soddisfare i requisiti fondamentali di misura e ispezione. Sono semplici, economici e facilmente reperibili. Le configurazioni delle telecamere intelligenti prevedono generalmente un obiettivo ottico di lunghezza focale fissa e l'illuminazione. Sono compatti e si integrano perfettamente nell'infrastruttura di misura esistente.
Sistemi di visione compatti
Come si può capire dal nome, i sistemi di visione compatti sono una versione più piccola dei sistemi basati su PC. Contengono un'unità di elaborazione grafica che viene inviata a un terminale periferico per la visualizzazione. I sistemi di visione compatti sono ideali per applicazioni e scenari leggeri. In questi casi, la portabilità è fondamentale.
Sistemi di visione basati su PC
La maggior parte dei sistemi di visione industriale utilizza un computer come processore centrale per tutti i componenti. Un PC industriale è responsabile della comunicazione con le periferiche. Elabora le immagini e gestisce l'automazione. I sistemi basati su PC sono soluzioni affidabili per le fabbriche con elevati requisiti di automazione e produzione.
Imaging multispettrale
I sistemi di visione artificiale con immagini multispettrali possono acquisire una grande quantità di informazioni. Vanno oltre i tipici schemi di luce RGB, catturando la luce al di fuori dello spettro visibile. Se avete bisogno di analizzare il vicino infrarosso o l'ultravioletto, questa è una soluzione eccellente.
Imaging iperspettrale
I sistemi di visione a immagini iperspettrali ottengono lunghezze d'onda in centinaia di bande strette e adiacenti. Si tratta di una versione avanzata dell'imaging multispettrale. I sistemi di visione con questa tecnologia possono identificare le proprietà e le caratteristiche dei materiali.
Lenti a ingrandimento variabile
Avete mai avuto il problema di richiedere diversi livelli di zoom per i vostri prodotti? Le lenti a ingrandimento variabile risolvono proprio questo problema. Fornendo valori di ingrandimento modificabili, possono aumentare la gamma di prodotti da analizzare.
Visione artificiale nell'IA
L'interazione tra visione artificiale e intelligenza artificiale ha rimodellato le operazioni industriali. Probabilmente conoscete le applicazioni degli algoritmi di deep learning nei modelli linguistici di grandi dimensioni. L'intelligenza artificiale porta la potenza delle reti neurali nella visione artificiale. Ciò significa che le fabbriche possono eseguire elaborazioni avanzate in loco. Con lo sviluppo dell'edge computing, i sistemi di visione possono prendere decisioni autonome in loco. Un'applicazione è il rilevamento dei pixel morti. I sistemi di visione artificiale possono anche identificare i difetti di saldatura. Un'altra applicazione ad alta intensità di elaborazione è l'analisi dei tessuti.
Visione artificiale in robotica
I robot pick-and-place e i bracci di prestazione automatizzati sono oggi componenti essenziali delle fabbriche moderne. L'automazione delle catene di montaggio non sarebbe possibile senza la visione artificiale. Questo dimostra l'impatto dei sistemi di visione nella robotica. I robot di visione intelligenti sono in grado di svolgere compiti tipicamente svolti da lavoratori umani. Ciò significa meno sforzo umano, rischio di infortuni e inefficienza. I robot possono smistare le forme, identificare i difetti e gestire autonomamente l'inventario. Grazie alla visione artificiale, la produttività delle fabbriche sta raggiungendo nuovi livelli.
Applicazioni della visione artificiale
Controllo qualità
L'individuazione dei difetti di fabbricazione nei prodotti elettronici, automobilistici e farmaceutici è un processo che richiede molto tempo. Storicamente, le aziende hanno investito milioni di dollari in salari dei lavoratori per l'ispezione dei prodotti. Con le catene di montaggio automatizzate e gli operai robotizzati, i costi si sono ridotti. La produttività, d'altro canto, è salita alle stelle. I sistemi di ispezione sono assistiti dalla visione artificiale. Eccellono nei controlli pass/fail, nelle misurazioni e nella tracciabilità. Consentono alle linee di assemblaggio di funzionare senza interruzioni.
Misurazione
I sistemi di visione 2D e 3D misurano con precisione le dimensioni degli oggetti, anche in modo quasi istantaneo. Ciò ha permesso di snellire le operazioni di fabbrica. In molti casi, ciò significa che le officine possono eliminare intere stazioni di misura!
Automazione
Uno dei vantaggi apprezzabili della visione artificiale è la possibilità di automazione. Possono eseguire compiti ripetitivi come l'assemblaggio e l'ispezione. In passato queste operazioni costavano tempo e fatica. Ora possono essere eseguiti facilmente grazie a robot intelligenti. In questo modo non solo si aumenta la produttività, ma si libera il personale umano per le preziose attività decisionali.
Riconoscimento
La visione artificiale semplifica notevolmente l'identificazione dei prodotti. Le industrie sfruttano l'edge computing e i database cloud. Un sistema di visione 2D può scansionare un semplice codice a barre per rivelare i dettagli del prodotto. Grazie a tecnologie come l'OCR, i sistemi di visione possono leggere i dettagli dei prodotti sulla loro confezione. Inoltre, i sistemi di visione industriale possono eseguire queste operazioni contemporaneamente per più pezzi.
Casi d'uso emergenti
Grazie all'immenso valore fornito dai sistemi di visione artificiale, un numero sempre maggiore di industrie li sta adottando. Negli ultimi anni abbiamo assistito a un cambiamento in settori critici come l'agricoltura, la medicina e l'automotive. La visione artificiale costituisce la spina dorsale dei sistemi automatizzati di irrigazione, ispezione delle colture e raccolta. I robot medici si affidano alla visione artificiale per le attività operative e chirurgiche. L'ascesa delle auto a guida autonoma è un'altra applicazione significativa della visione artificiale.
Vantaggi della visione industriale
Nel panorama industriale in rapida evoluzione, la visione industriale è un motore fondamentale del progresso. È un vantaggio per i produttori, in quanto migliora la qualità dei prodotti, la produttività e l'efficienza delle apparecchiature. Sta rimodellando la catena di fornitura introducendo il tracciamento ad alta velocità. Ovunque venga implementata, riduce gli sprechi, supera la carenza di personale e migliora i processi. Ridurre la dipendenza dal lavoro manuale non solo aggiunge valore alle vite, ma migliora anche la sicurezza dei lavoratori.
Conclusione
La visione artificiale è diventata una tecnologia di base nel settore per una buona ragione. Gli immensi vantaggi che offre possono essere paragonati a poche altre tecnologie. Tuttavia, è fondamentale ricordare che non si tratta di una pallottola d'argento per risolvere le cattive pratiche amministrative. È necessario tenere a mente gli obiettivi aziendali principali. L'infrastruttura della fabbrica e le procedure operative sono altrettanto importanti. La visione industriale riunisce tutti questi componenti di una buona azienda. Se implementata nel modo giusto, offre immensi vantaggi. Per ulteriori domande sulla visione industriale e su come applicarla alla vostra attività, contattate il nostro team di professionisti.