Giugno 2009 - Nell'attuale difficile congiuntura economica le aziende, siano esse multinazionali o piccole imprese, devono migliorare l'efficienza produttiva mantenendo elevati standard di qualità in misura ancora maggiore rispetto al recente passato. La visione industriale può contribuire a ridurre i costi di produzione automatizzando alcune attività ripetitive e a garantire un livello di qualità del prodotto finito assai elevato. Combinando queste due condizioni le aziende occidentali potranno mantenere quote di mercato in settori dove è ormai massiccia la presenza di produttori a basso costo.
La visione industriale è una branca della visione artificiale (la capacità di elaborare un modello tridimensionale della realtà che possa essere riprodotto e interpretato emulando il comportamento della vista umana) che consente di sostituire o affiancare l'operatore nello svolgimento di alcuni compiti all'interno di un sistema di produzione. Le principali applicazioni industriali della visione sono: il riconoscimento dei difetti di un prodotto; la classificazione e la scelta di prodotti in base a regole predefinite e la verifica del rispetto delle tolleranze; l'orientamento, il posizionamento e la guida di robot; la lettura di caratteri e codici e le verifiche su nastri in continuo; le misure non a contatto. Molte difettosità di un prodotto possono essere riconosciute mediante ispezione visiva (presenza o assenza di componenti, verifiche dimensionali, riconoscimento di colori, conteggi); essa può anche guidare una classificazione e una selezione dei prodotti per pezzatura, colore e così via. Un sistema di visione può in molti casi sostituire un operatore specializzato garantendo la possibilità di controlli a tappeto anziché a campione, l'affidabilità e l'applicazione di criteri sempre uniformi e, ovviamente, la riduzione dei costi di manodopera. Tali sistemi possono inoltre essere un componente di sistemi più complessi (manipolatori, robot antropomorfi, carrelli) a cui forniscono le informazioni di posizionamento nello spazio necessarie per l'esecuzione di compiti in un contesto non statico: oggetti non perfettamente posizionati, aree di lavoro dove si muovono operatori e altri macchinari, aree di carico e scarico merci. Essi possono inoltre essere impiegati per riconoscere automaticamente parti e prodotti attraverso la lettura di caratteri e codici identificativi mono e bidimensionali (barcode e data matrix). I sistemi che sfruttano le tecnologie di visione offrono maggiori possibilità di personalizzazione della produzione e consentono di seguire l'intero iter produttivo dei componenti, requisito essenziale in settori come l'alimentare o il farmaceutico nei quali è fondamentale garantire la tracciabilità ed eseguire onerosi controlli sui prodotti in uscita (data di scadenza, lotto di produzione, correttezza di contenuto e posizionamento delle etichette). Un caso particolare di ispezione e di riconoscimento dei codici è la cosiddetta lettura in continuo, ovvero la possibilità di effettuare letture o rilevare difetti su oggetti in scorrimento veloce (pezzi su nastri trasportatori o prodotti su bobine quali laminati e stampe su carta o su tessuto). I sistemi di visione possono infine essere impiegati per effettuare misurazioni non a contatto, siano esse lineari (diametri, lunghezze, altezze), di superficie o di volume (attraverso l'analisi di immagini acquisite da più angolazioni). In questo contesto, oltre a fornire elevata precisione e alta velocità, risultano convenienti (a volte indispensabili) per misurare oggetti fragili, a temperature elevate, difficili da raggiungere in quanto contenuti in altri oggetti e di forme complesse, la cui rilevazione risulta laboriosa utilizzando sistemi convenzionali.
Logiche di funzionamento
I fattori fondamentali che determinano qualità e costi di un sistema di visione sono cinque: il 'field of view', ovvero la qualità della visione, che dipende principalmente dalle caratteristiche dell'obiettivo e dalla sua distanza dall'oggetto di interesse; l'illuminazione; l'acquisizione dell'immagine; i 'tool' di visione (il software che manipola l'immagine effettuando misurazioni, riconoscimenti ecc.); la comunicazione, ovvero l'interfacciamento con sistemi quali personal computer, plc, robot e altri dispositivi automatici. L'illuminazione è in genere l'aspetto più critico, da una parte infatti deve 'smorzare' gli effetti della variazione della luce naturale lungo la giornata garantendo l'uniformità dei risultati delle verifiche, dall'altra consente di evidenziare gli spigoli degli oggetti, agevolando le valutazioni. Esistono diversi modi di utilizzare la luce, dalla 'ring light' emessa da un anello intorno all'obiettivo, alla luce 'assiale', ovvero con la sorgente sullo stesso asse della camera per ottenere risultati di alta qualità anche in presenza di oggetti riflettenti. Il laser permette di effettuare misurazioni ad alta precisione; lo sfondo scuro è invece indicato per l'individuazione di difetti superficiali. Anche le fonti di luce devono essere selezionate in base alla tipologia di applicazione. Il led è molto comune in quanto garantisce una lunga durata (100mila ore) e la lettura di molti colori; la fluorescente consente di illuminare grandi superfici ed è economica, ma soggetta ad una più rapida degradazione della qualità (richiede frequenti sostituzioni) oltre a produrre sfarfallii essendo ad alta frequenza; l'alogena garantisce un'alta velocità di acquisizione, ma ha una durata inferiore ai sei mesi, quindi induce maggiori costi. Altro aspetto critico è l'acquisizione dell'immagine che dipende dalle caratteristiche della fotocamera. In questo caso ci si 'scontra' con i compromessi ben noti agli appassionati di fotografia: il rapporto focale (una maggior luminosità dell'obiettivo consente di ridurre il tempo di esposizione), il tempo di apertura (un tempo maggiore incrementa l'area che è possibile mettere a fuoco), il bilanciamento del 'field of view' che consente di ottenere un'illuminazione ben distribuita anche nel caso di utilizzo di 'ring light'. Il terzo elemento chiave è la qualità del software che deve elaborare una rappresentazione utile agli scopi del sistema di visione. La visione industriale presenta differenze fondamentali rispetto alle riprese fotografiche o cinematografiche: il 70% di ciò che noi 'vediamo' non è effettiva informazione, ma una rielaborazione del nostro cervello, mentre il sistema opera ovviamente solo su informazioni codificate. Ai fini della visione inoltre non interessa un'immagine di qualità che descriva tutti i dettagli, ma solo quanto di specifico interesse: tutto il resto è 'rumore' e deve essere filtrato.
I benefici
I vantaggi ottenibili dall'utilizzo di sistemi di visione industriale possono essere riassunti brevemente: elevate velocità di controllo, compatibili anche con sistemi automatici di movimentazione, ad esempio nastri trasportatori, e con una verifica al 100% piuttosto che a campione; accuratezza superiore a quella di un operatore e uniformità di comportamento; possibilità di essere utilizzati in ambienti ostili (a temperature troppo elevate o troppo basse, in aree a rischio per la presenza di macchine operatrici, sostanze chimiche, elevata rumorosità); possibilità d'ispezionare anche oggetti molto piccoli o difficilmente accessibili. Tali caratteristiche hanno un immediato riscontro economico su diverse tipologie di indicatori: la riduzione degli scarti, sia a livello del singolo componente sia dell'assemblaggio su cui è stato erroneamente montato, e dei 'falsi scarti', cioè prodotti scartati anche se rientranti in soglie predeterminate; la riduzione dei costi di manodopera; una maggior efficienza degli impianti produttivi (un difetto viene rilevato immediatamente e gli eventuali interventi di manutenzione dell'impianto vengono attivati tempestivamente); il danneggiamento dei prodotti causato da misuratori a contatto. Tra i benefici non quantificabili sono fondamentali la qualità del prodotto e la sua completa tracciabilità. Il 'return on investment' di una applicazione di visione industriale è solitamente abbastanza a breve termine. Un sistema di media complessità rappresenta circa il 50% del costo aziendale di un operatore addetto alla verifica.
Il mercato della visione industriale
Nonostante le gravi difficoltà attualmente attraversate dal settore automobilistico, principale cliente di sistemi di visione industriale per la gestione dei propri impianti produttivi, i dati su trend di mercato nel 2008 e le previsioni a cinque anni sono interessanti. Lo studio 'Machine Vision Markets 2008' pubblicato dall'Aia (Automated Imaging Association) valuta in 5,74 miliardi di dollari il mercato nel 2008, prevede nel 2009 un incremento modesto (5,87 miliardi di dollari, + 2,5%) e una ripresa a partire dal 2010, anno in cui i tassi di crescita saranno nuovamente a due cifre, come negli anni passati. Il mercato tiene anche in questa fase di recessione sia perché i sistemi di visione sono spesso componenti di forniture più complesse (oggetto di contratti pluriennali meno influenzati dalla crisi), ma soprattutto perché anche nei settori che oggi si trovano in difficoltà la pressione a ridurre ulteriormente i costi rappresenta un forte incentivo agli investimenti in automazione.
