Introduzione
I sistemi di visione 2D e 3D sono raggruppati sotto l'ombrello della visione artificiale. La loro origine risale agli anni '60 e alla creazione della prima telecamera CCD. Lentamente, i progressi della tecnologia e della scienza hanno portato ai primi sistemi di visione 2D. Negli anni '80, i leader del settore hanno iniziato a sviluppare intricati sistemi di visione 3D. Tuttavia, questi sistemi erano troppo costosi per essere utilizzati in modo estensivo.
Oggi, i sistemi di visione 2D e 3D sono parte integrante della produzione, dell'automazione e dell'Industria 4.0. In precedenza, i sensori fotoelettrici aiutavano a realizzare l'automazione delle macchine. Tuttavia, erano adatti solo a robot ciechi che eseguivano compiti ripetitivi. La visione 2D e 3D consente alle macchine di eseguire azioni precedentemente ritenute impossibili. Per questo motivo, diverse industrie stanno abbandonando i sensori fotoelettrici. Ma come può una persona che inizia a lavorare in questo settore sapere quale sistema di visione fa al caso suo?
Che cos'è un sistema di visione 2D?
Un sistema di visione 2D cattura l'immagine di un oggetto e la rappresenta su un piano bidimensionale. Misura solo le distanze nelle coordinate x e y, il che significa che può calcolare solo la lunghezza e la larghezza di un oggetto. I sistemi di visione 2D svolgono diverse attività di produzione. Eccellono nelle attività di scansione, come il riconoscimento degli oggetti e l'ispezione delle superfici. Inoltre, i sistemi di visione 2D velocizzano le linee di produzione grazie alla lettura dei codici a barre e al rilevamento degli oggetti.
I sistemi di visione 2D esistono da molto tempo e sono affidabili, efficienti e poco costosi. Molte fabbriche hanno tratto vantaggio dai sistemi di visione 2D e hanno costruito le loro linee di produzione su di essi. Tuttavia, uno dei principali svantaggi dei sistemi di visione 2D è che non sono in grado di percepire la profondità di un oggetto. Pertanto, sono inadeguati per effettuare misurazioni 3D precise. Inoltre, non sono in grado di eseguire attività come l'analisi volumetrica e il pick-and-place.
L'evoluzione della visione 3D ha superato queste sfide. La visione 3D rappresenta una nuova generazione di visione artificiale che può portare l'automazione dell'industria a un nuovo livello.
Che cos'è un sistema di visione 3D?
Un sistema di visione 3D può misurare tutti gli attributi tridimensionali di un oggetto. Utilizza telecamere e tecniche fotogrammetriche per creare un modello 3D. Genera una nuvola di punti che mappa ogni coordinata in un punto esterno dell'oggetto. Gli strumenti software analizzano questa mappatura 3D per misurare le dimensioni dell'oggetto.
I sistemi di visione 3D utilizzano quattro tecniche principali: luce strutturata, tempo di volo, visione stereo e triangolazione laser. Questi metodi utilizzano strumenti e configurazioni diverse per raccogliere informazioni per un modello 3D. La visione artificiale 3D consente un nuovo livello di automazione rispetto alla visione 2D. Mentre prima i robot erano limitati a compiti ripetitivi, ora possono eseguire lavori complessi in ambienti diversi.
I sistemi di visione 3D sono utilizzati nelle fabbriche per limitare il coinvolgimento umano, aumentare l'efficienza e la produttività e garantire la sicurezza degli operatori. Eseguono misurazioni precise, analisi delle forme, guida dei robot, operazioni di pick-and-place, raccolta dei contenitori e verifica dell'assemblaggio.
Differenze tra sistemi di visione 2D e 3D
La tecnologia della visione artificiale registra ogni anno una rapida crescita e innovazione. Sebbene possa sembrare che la visione 3D sostituisca quella 2D, non è così. Confrontando questi attributi, capiremo meglio cosa significa,
| Sistema di visione 2D | Sistema di visione 3D | |
| Capacità di misurazione | Può misurare la lunghezza e la larghezza di un oggetto. Può anche eseguire l'analisi dell'area. La misurazione dipende dall'osservazione del contrasto e delle deviazioni della superficie. La misurazione può essere influenzata da una mancanza di illuminazione o da superfici irregolari. | Può misurare lunghezza, larghezza e profondità. È in grado di eseguire analisi volumetriche. Lo strumento di simulazione crea una rappresentazione a nuvola di punti dell'oggetto. Il software e gli strumenti di intelligenza artificiale prendono le misure da questa rappresentazione. Non è influenzato da incongruenze ambientali. |
| Accuratezza e precisione | Offre una buona accuratezza e precisione in ambienti controllati. Le prestazioni possono essere influenzate dalle condizioni di illuminazione. Se l'oggetto è lucido e manca di contrasto, i sistemi di visione 2D possono avere difficoltà a riconoscerlo. | Sono eccezionalmente accurati e precisi. I sistemi di visione 3D sono in grado di modellare le dimensioni di un oggetto. Sono in grado di funzionare bene anche in situazioni di scarsa illuminazione e di basso contrasto. |
| Velocità di ispezione | Hanno una velocità di ispezione più elevata. Sono adatti per l'analisi di oggetti su linee di assemblaggio e in ambienti di produzione rapida. | L'ispezione 3D è un processo che richiede molto tempo. La mappatura e la creazione di un modello 3D sono computazionalmente costose. |
| Produzione e analisi dei dati | Le macchine di visione 2D generano una vista in pianta dell'oggetto sul piano x e y. Confrontando il contrasto in diverse sezioni dell'immagine, si definiscono i contorni. Le misure vengono eseguite su un piano 2D. | Le macchine di visione 3D producono una rappresentazione a nuvola di punti dell'oggetto che lo mappa in un sistema di coordinate. Ogni punto è rappresentato sul sistema di coordinate tridimensionale. La misurazione viene eseguita sugli assi x, y e z. |
| Considerazioni sui costi | La visione 2D è economica e facile da installare. Utilizza apparecchiature hardware e software semplici. | La visione 3D è costosa e complessa da configurare. I sofisticati strumenti di simulazione hardware e software aumentano il prezzo dei sistemi di visione 3D. |
| Facilità d'uso e requisiti di formazione | La visione 2D è relativamente facile da usare. Il tempo di formazione degli operatori è breve. L'attrezzatura è semplice e facile da usare. | I sistemi di visione 3D sono complessi e richiedono una formazione completa dell'operatore. Le apparecchiature possono essere diverse e difficili da usare. |
Domande frequenti sui sistemi di visione 2D e 3D
Quali sono i vantaggi dei sistemi di visione 2D e 3D?
L'adozione di sistemi di visione 2D e 3D ha rivoluzionato l'industria manifatturiera. I sistemi di visione 2D consentono alle macchine di svolgere alcune attività ripetitive come il controllo qualità, il rilevamento dei difetti e la lettura dei codici a barre. I sistemi di visione 3D consentono ai robot di prendere decisioni autonome e di eseguire attività ad alta complessità come il pick-and-drop, l'ispezione 3D e la misurazione volumetrica. Nel complesso, i sistemi di visione 2D e 3D hanno migliorato l'efficienza e la produttività delle fabbriche, riducendo i costi di manodopera e gli sprechi.
Sistema di visione 2D o sistema di visione 3D, quale scegliere?
Sebbene possa sembrare che i sistemi di visione 3D possano conquistare il mercato, ciò non è vero. Sia i sistemi di visione 2D che quelli 3D eccellono in aree diverse e rimarranno importanti per i produttori. Alcuni elementi da tenere presenti al momento dell'acquisto di un sistema di visione sono:
- I sistemi di visione 2D eccellono nelle attività a bassa complessità e ad alta velocità. Sono particolarmente adatti per la lettura di codici a barre, il controllo delle etichette, l'ispezione della qualità e il monitoraggio dei nastri trasportatori.
- I sistemi di visione 3D sono estremamente accurati e precisi. Sono in grado di fornire un livello superiore di automazione in applicazioni come la stampa 3D, la guida robotica, il picking dei contenitori e la misurazione volumetrica.
- In ambienti dinamici e con scarsa illuminazione, i sistemi di visione 2D non funzionano bene.
- I fattori ambientali non influiscono sulle prestazioni dei sistemi di visione 3D.
- I sistemi di visione 2D sono più economici da acquistare. Sono più facili da installare e aggiornare, dato che sono molto diffusi nelle fabbriche.
- I sistemi di visione 3D sono molto più costosi da acquistare. Sono anche difficili da installare e mantenere.
Quali settori industriali utilizzano comunemente i sistemi di misura con visione?
I sistemi di visione sono utilizzati da diversi settori industriali, come si evince dalle quote di mercato delle principali aziende di visione industriale. Ciononostante, rimane un mercato altamente competitivo e frammentato, con molti attori chiave. Ecco i principali settori industriali in cui è possibile vedere i sistemi di visione:
- Produzione: La visione artificiale automatizza le attività di fabbrica e di magazzino, come il controllo qualità, il pick-and-drop, la verifica delle etichette, la lettura dei codici a barre, ecc.
- Assistenza sanitaria: L'industria medica ha visto una grande implementazione della visione artificiale. I sistemi di visione 3D ad alta precisione sono impiegati in macchine chirurgiche, dispositivi di scansione, stazioni di test, ecc.
- Vendita al dettaglio: Il settore della vendita al dettaglio ha adottato sistemi di visione sia 2D che 3D. La visione 2D ha permesso di velocizzare le casse e la raccolta degli ordini nei negozi. La visione 3D ha permesso il mirroring virtuale e l'analisi avanzata dei clienti.
- Trasporti e logistica: I sistemi di visione 2D e 3D consentono un monitoraggio efficiente e coerente della catena di fornitura.
Quali sono i vantaggi della visione artificiale rispetto ai metodi di misura tradizionali?
I vantaggi che la visione artificiale offre rispetto ai metodi di misura convenzionali sono molteplici, come ad esempio:
- Misura senza contatto: La visione artificiale può analizzare efficacemente oggetti deformabili o delicati, poiché non si basa su sonde fisiche.
- Diversi scansione: I sistemi di visione 2D e 3D sono in grado di analizzare vari oggetti, tra cui superfici piane, curve, sferiche, irregolari o deformabili.
- Riconoscimento dei difetti: A volte, dalla produzione possono emergere minuscoli difetti. Individuarli a occhio è difficile. La visione artificiale può rilevare anche gli errori più piccoli utilizzando un software di simulazione.
- Controllo robotico: Uno degli aspetti migliori della visione artificiale è che si interfaccia perfettamente con la robotica. Ciò consente l'automazione e il controllo delle macchine in un'ampia gamma di attività.
- Più produttività, meno sprechi: La robotica consente ai produttori di raggiungere un elevato livello di precisione e accuratezza. La visione 2D e 3D contribuisce ad aumentare la produzione della fabbrica e a ridurre i costi operativi e gli sprechi.
Conclusione
Grazie all'avvento dei sistemi di visione 2D e 3D, l'umanità ha fatto un passo avanti verso l'era dell'automazione e della robotica.
A prima vista, potrebbe sembrare che i sistemi di visione 3D prenderanno il sopravvento sulla tecnologia 2D. Tuttavia, ciò non è vero. Entrambe le tecnologie di visione hanno i loro punti di forza e di debolezza.
Se avete bisogno di un'integrazione semplice, di un'ispezione rapida e di un funzionamento facile, scegliete un sistema di visione 2D. Se invece avete bisogno di analisi tridimensionale, automazione complessa o analisi volumetrica, scegliete un sistema di visione 3D.
Considerare i concetti chiave alla base di queste tecnologie vi permetterà di prendere la decisione migliore per la vostra azienda.