La visione artificiale a supporto dei processi produttivi

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Potenti, affidabili e personalizzabili: sono le caratteristiche della nuova generazione di sensori di visione da cui il mercato si aspetta performance sempre più elevate a costi inferiori.

Il loro impiego è in grado di influenzare in modo positivo la qualità del prodotto finito, la flessibilità gestionale e la diminuzione dei costi di produzione: stiamo parlando dell’utilizzo dei sistemi di visione artificiale o forse, sarebbe più corretto parlare, di piattaforme di sensori. Sempre più spesso, infatti, l’inserimento di queste soluzioni è previsto come integrazione e supporto ad altre tecnologie per monitorare, controllare, verificare condizioni applicative e ambienti di lavoro. In ambito industriale i sistemi di visione vengono ampiamente impiegati per controllare la qualità e garantire la ripetibilità della stessa, effettuare verifiche di dimensioni, parametri, misurazioni e particolari, monitorare robot e macchine utensili e il posizionamento di pezzi sui nastri delle linee di produzione, per gestire documenti e classificare i materiali. Rispetto al controllo dell’occhio umano l’impiego dei sensori di visione consente di ridurre i costi legati alla manodopera, garantire il controllo sul cento per cento della produzione e effettuare verifiche in base a criteri oggettivi e ripetibili. Ma i fruitori di queste tecnologie cosa si aspettano dai produttori di questi dispositivi e dai system integrator? Secondo una ricerca recente il mercato chiede prodotti modulari, integrabili e scalabili sempre più performanti in termini di ottica, illuminazione e d’intelligenza a bordo. Alcuni sistemi di visione artificiale di alta gamma già oggi consentono di acquisire e analizzare le immagini, comunicare le informazioni e modificare la configurazione del sensore tramite Ethernet o un’interfaccia web server. L’altra sfida sempre più sentita dai costruttori di queste soluzioni è di renderle sempre più personalizzabili e gestibili le piattaforme di sensori per nicchie di applicazioni specifiche, a prezzi equi. Sicuramente, come in tutti i settori tecnologici il superamento di una certa massa critica, consentirà di far scendere i prezzi di queste soluzioni e di conseguenza di estenderne l’impiego a un numero di settori produttivi sempre più ampio. A fare da traino nello sviluppo di queste soluzioni è stato sicuramente il mercato consumer dell’informatica e dell’elettronica: portatili, tablet, smartphone sono dotati di minuscole telecamere con milioni di pixel racchiusi in pochi millimetri. Gli operatori del settore concordano nel ritenere che la visione artificiale è ormai una tecnologia che ha raggiunto una fase di maturità, con il mercato che propone soluzioni più solide e meno sperimentali: questo però non significa che non ci possano essere ancora sviluppi molto interessanti su più fronti.

Potenzialità e limiti

Inizialmente e per lungo tempo i sensori di visione sono stati considerati come componenti di basso livello da utilizzare per applicazioni elementari, quali la verifica dei processi di assemblaggio e l’assenza di difetti. L’implementazione delle prestazioni tecnologiche e d’immagine ha consentito di ampliare progressivamente impieghi e ambiti applicativi. Con quali vantaggi? Innanzitutto garantire l’adozione di criteri oggettivi e ripetibili nel controllo ad esempio dei pezzi che scorrono sul  nastro trasportatore di una linea produttiva. Ancora più prezioso è il contributo dei sensori di visione quando si tratta di oggetti che si muovono velocemente. Oltre al fatto che possono essere impiegati in ambienti ostili per le condizioni atmosferiche o difficili da raggiungere, ad esempio su impianti in mezzo al mare o ad altezze notevoli. L’altro punto chiave è che l’evoluzione di queste tecnologie consente di memorizzare i dati di processo per poi valutare quali interventi attuare per implementare l’efficienza. In generale l’adozione di una piattaforma di visione artificiale è un investimento che si ripaga nel tempo in quanto consente di rendere un’azienda più competitiva, aumentando la produttività, riducendo gli scarti, le lavorazioni pericolose, gli infortuni, gli stop dei cicli industriali, ecc…Ci sono però ancora degli aspetti che andranno migliorati ovvero il riconoscimento di forme complesse e tridimensionali da analizzare su più lati, oppure la necessità di distinguere una grande varietà di pezzi, con caratteristiche, forme e colori differenti. Altri fattori critici che possono condizionare l’affidabilità dei sistemi di visione sono il loro impiego in ambienti sporchi e polverosi o scarsamente illuminati. Infine un’altra sfida per consentire un maggior utilizzo dei sistemi di visione artificiale è riuscire a rendere intuitiva e facilmente accessibile questa tecnologia che è intrinsecamente complessa. Questo comporterà da una parte lo sviluppo di software con applicativi sempre più semplici da utilizzare e lato hardware la creazione di soluzioni più performanti.

Gli sbocchi applicativi

Non è possibile fare un elenco di tutti i possibili campi di applicazione in cui ci potranno esserci dei benefici con l’impiego dei sistemi di visione artificiale. Anche perché man mano che le potenze di calcolo crescono, gli algoritmi di elaborazione migliorano e i costi scendono, nuove applicazioni diventano realizzabili tecnicamente e convenienti dal punto di vista economico. Oggi i sensori di visione vengono impiegati nel riconoscimento di caratteri, nella lettura di codici a barre, nel controllo delle superfici, nelle misure non a contatto, per la verifica presenza/assenza di parti, di colori e tonalità e la rilevazione di particolari e dimensioni. Ad esempio vengono ampiamente impiegati nel settore alimentare per effettuare numerose verifiche: l’ispezione sull’integrità dei prodotti, sul conteggio dei pezzi in una confezione, il rilevamento del livello di liquido in un contenitore, ecc…Nel settore medicale e farmaceutico vengono usati per verificare il controllo delle miscele in polvere, la completezza e la colorazione dei rivestimenti delle pastiglie, ispezionare le confezioni blister, la convalida delle informazioni e dei codici a barre sulle boccette dei medicali.  Nel comparto automotive, con l’introduzione di processi produttivi ispirati ai principi della lean production e del world class manufacturing, è stato inevitabile l’inserimento di avanzate soluzioni robotizzate dotate di sistemi di visione di ultima generazione per garantire il raggiungimento del target: zero difetti. Così come nell’agricoltura di precisione, l’impiego dei sistemi di visione artificiale wireless consente di ottimizzare la gestione delle colture, evitando ad esempio sprechi di acqua. Tra i settori innovativi in cui le piattaforme di sensori svolgeranno un ruolo chiave ci sono i dispositivi indossabili. Secondo un’indagine di Frost & Sullivan, intitolata “Wearable Electronics Enabled by Sensors”, il mercato di questi sensori ha prodotto entrate per 108 milioni di dollari nel 2014 e si stima che questa cifra raggiungerà quota 800 milioni di dollari nel 2020. Un altro ambito in cui verranno sempre più usati i sensori di visione è quello delle missioni spaziali: è di pochi mesi fa la notizia che la Nasa utilizzerà calamari robot per nuotare negli oceani nascosti nel sottosuolo di pianeti lontani e nanosensori per sondare i segreti di asteroidi e comete. Senza dimenticare l’uso sempre più massiccio dei droni, dotati di sensori di visione e di prossimità on board, per controllare, ispezionare, mappare. La miniaturizzazione di questi strumenti, l’integrazione in spazi ridotti, la maggiore precisione nelle rilevazioni, la velocità nell’acquisizione e nell’elaborazione delle immagini, gli algoritmi di identificazione e lettura più evoluti e le soluzioni per la ricostruzione 3D sono proprio i driver che stanno guidando alcuni filoni di sviluppo.

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