Sistemi di visione artificiale, leve per Industria 5.0: ecco quali sono

Il paradigma di Industria 5.0 rappresenta una trasformazione radicale del sistema produttivo in cui l’intelligenza artificiale permette di integrare prodotti, processi e sistemi in modo innovativo, insieme ad altre innovazioni come big data e IoT: un contesto in cui i sistemi di visione artificiale hanno un ruolo chiave nello sviluppo della fabbrica del futuro.

Questi sistemi consentono di acquisire ed elaborare grandi quantità di dati in modo intelligente e permettono l’ottimizzazione dei processi produttivi. I sistemi di visione artificiale si intrecciano strettamente con il concetto di Industria 5.0, poiché facilitano l’interazione uomo-macchina e abilitano nuove opportunità di lavoro a misura d’uomo, aumentando la competitività e l’efficienza.

Cosa sono i sistemi di visione artificiale

I sistemi di visione artificiale sono dispositivi essenziali dei sistemi di automazione industriale evoluti.

Gli elementi dei sistemi di visione artificiale

Un tipico sistema di visione industriale si basa su alcuni elementi fondamentali: l’illuminazione, le lenti, le telecamere che contengono il sensore di acquisizione e, infine, il software per  l’elaborazione dell’informazione acquisita e la comunicazione verso gli impianti di produzione.

1. Illuminazione – L’illuminazione è fondamentale per ottenere buoni risultati dalla visione industriale. Questi sistemi creano immagini analizzando la luce riflessa di un oggetto. La tecnica di illuminazione prevede una fonte luminosa e il suo posizionamento rispetto all’oggetto e alla telecamera. Una particolare tecnica può modificare l’aspetto dell’immagine, nascondendone alcune caratteristiche o accentuandone altre.Tra le principali tipologie si annoverano: retroilluminazione, illuminazione strutturata, illuminazione in campo chiaro, illuminazione stroboscopica, etc .
2. Lenti – Le lenti catturano l’immagine e la inviano al sensore nella telecamera. La maggior parte delle telecamere utilizzate nei sistemi di visione offre due tipi di lenti: intercambiabili e fisse. La lente fissa usa di solito la messa a fuoco automatica, che può essere a regolazione meccanica o a lente liquida.
3. Telecamere e sensore di acquisizione – La capacità della telecamera di catturare un’immagine dell’oggetto ispezionato correttamente illuminata dipende non solo dalla lente, ma anche dal sensore di acquisizione all’interno della telecamera. Il ruolo del sensore è essenzialmente quello di catturare la luce e convertirla in un’immagine digitale bilanciando disturbo, sensibilità e dinamica. L’immagine diventa quindi un insieme di pixel. È importante assicurarsi che la telecamera abbia la giusta risoluzione del sensore per l’applicazione. Più elevata è la risoluzione, più dettagli avrà l’immagine e più precise saranno le misurazioni.
4. Elaborazione delle immagini – L’elaborazione è il meccanismo per estrarre informazioni da un’immagine digitale e può avvenire esternamente in un sistema basato su PC, oppure internamente in un sistema di visione autonomo. L’elaborazione è eseguita da un software che identifica le caratteristiche specifiche, svolge le misurazioni e le confronta con le specifiche. Viene quindi presa una decisione e vengono comunicati i risultati. A seconda dell’applicazione specifica, il software di visione configura i parametri della telecamera, prende una decisione di tipo accettazione-rifiuto, comunica con la linea produttiva e supporta lo sviluppo HMI.

Cosa fa il software di elaborazione delle immagini

Il software di elaborazione svolge funzioni come:

• Filtraggio e miglioramento: per aumentare il contrasto e la nitidezza delle immagini.
• Riconoscimento e classificazione: per identificare oggetti, volti o anomalie.
• Analisi del movimento: per il monitoraggio e la sorveglianza.

• Interfaccia utente: per la configurazione e il controllo del sistema.
• Gestione dei dati: per il salvataggio, l’archiviazione e l’analisi delle immagini.
• Integrazione con altri sistemi: come quelli di automazione industriale o di sicurezza.

Sistemi di visione artificiale, perché spingono la fabbrica del futuro

I sistemi di visione sono una tecnologia chiave per lo sviluppo del progetto “fabbrica del futuro”.

In tale contesto i sistemi di visione svolgono un ruolo cruciale grazie alla capacità di acquisire/elaborare una sempre maggior quantità di dati ottimizzando i processi produttivi.

Come i sistemi di visione supportano questa evoluzione:

• Controllo qualità avanzato: i sistemi di visione consentono di ispezionare i prodotti con una precisione inimmaginabile, identificando difetti impercettibili all’occhio umano e garantendo che solo i prodotti conformi vengano imballati e spediti. Questo riduce gli sprechi, aumenta la soddisfazione del cliente e migliora la reputazione aziendale grazie alla dimostrata sensibilità alle problematiche ambientali.
• Automazione intelligente: integrati con robot tradizionali ed anche collaborativi, adattandosi quindi in tempo reale ai vari elementi e condizioni della linea di produzione, i sistemi di visione permettono di automatizzare compiti ripetitivi e pericolosi, liberando gli operatori per attività a più alto valore aggiunto.
• Ottimizzazione dei processi: grazie all’analisi delle immagini, è possibile monitorare in tempo reale lo stato delle macchine e dei prodotti, identificando potenziali problemi e intervenendo tempestivamente, riducendo così i tempi di inattività. Accanto al controllo di qualità, la gestione intelligente dei dati acquisiti permette di sviluppare un eco-sistema sempre più preciso in termini di manutenzione predittiva degli impianti, in grado di anticipare problematiche tipiche di un processo produttivo (scostamento da riferimenti ottimali) fino ad arrivare alla segnalazione di segnali di warning in caso di usura. Di fatto si eliminano così gli interventi di manutenzione e riparazione non programmati e si abbattono i costi per i componenti di ricambio. Prolungando il ciclo di vita dei componenti di automazione si riducono drasticamente anche gli sprechi e l’impatto sull’ambiente.
• Personalizzazione di massa: i sistemi di visione supportano la produzione di prodotti personalizzati su larga scala, rispondendo meglio alle esigenze dei singoli consumatori, consentendo di tracciare e identificare ogni singolo pezzo durante tutto il processo produttivo.
• Sostenibilità: attraverso il monitoraggio dei consumi energetici e la riduzione degli scarti, i sistemi di visione contribuiscono a rendere i processi produttivi più sostenibili.
• Interazione Uomo-Macchina: i sistemi di visioneaiutano anche a migliorare l’interazione tra operatori umani e macchine riconoscendo le azioni umane per poi adattare il loro comportamento, rendendo la collaborazione più efficace e sicura.

Intelligenza artificiale e sistemi di visione

Grazie alla sempre maggiore capacità di calcolo, alla disponibilità di enormi quantità di dati e allo sviluppo di reti neurali sempre più sofisticate utilizzate principalmente in applicazioni di visione artificiale per la classificazione delle immagini, le attività di indagine (rilevamento e  riconoscimento) delle immagini  sono divenute sempre più accurate.  Ciò ha reso i sistemi di visione una delle tecnologie più promettenti nel campo dell’IA, contribuendo al loro sviluppo in numerosi settori.

I sistemi di visione in grado di fornire informazioni importanti sul prodotto e sul processo produttivo (qualità dei prodotti, tracciabilità, movimentazione, analisi guasti in tempo reale quindi feedback sul processo, etc.), grazie all’intelligenza artificiale (algoritmi, tecniche computazionali, soluzioni in grado dunque di replicare il comportamento umano) saranno esponenzialmente più utili ed efficaci nella misura in cui ci si inoltrerà nel percorso di digitalizzazione degli ambienti produttivi.

La vera sfida consiste nel creare modelli previsionali capaci di apprendere e fare previsioni automaticamente a partire da dataset sempre più piccoli, riducendo progressivamente il margine di errore in ogni fase di apprendimento.

In sintesi, la visione artificiale è un elemento cruciale per realizzare la fabbrica del futuro, che mira a migliorare l’efficienza produttiva, ridurre i costi e garantire standard di qualità più elevati.