I sistemi di visione artificiale per misura e ispezione sono dispositivi metrologici che utilizzano telecamere digitali, illuminazione dedicata e algoritmi di image processing per acquisire informazioni dimensionali e qualitative su componenti industriali, senza necessità di contatto fisico. Permettono il controllo di centinaia di pezzi al minuto, l’ispezione visiva automatica di difetti, la misura dimensionale 2D e 3D, il riconoscimento di codici, la guida di robot. Sono ormai una tecnologia chiave del controllo qualità in linea e dell’automazione industriale 4.0.
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Architettura di un sistema di visione
Un sistema di visione tipico è composto da una o più telecamere (CCD o CMOS, monocromatiche o a colori, con risoluzioni da pochi MP a decine di MP), un’ottica adeguata alla scena (lenti telecentriche per misure di alta precisione, lenti macro, obiettivi standard), un sistema di illuminazione (LED a luce diffusa, ad anello, dome, retroilluminazione, luce strutturata, luce polarizzata) e un’unità di elaborazione (smart camera embedded, PC industriale o sistema dedicato) con software di image processing. La sincronizzazione con il trigger di processo permette l’acquisizione di immagini su pezzi in movimento.
Algoritmi e funzioni
Le funzioni di image processing più utilizzate sono il rilevamento di bordi con accuratezza sub-pixel (edge detection per misure dimensionali), il pattern matching (riconoscimento e localizzazione di geometrie note), il blob analysis (analisi di aree connesse per conteggio difetti), l’OCR/OCV per riconoscimento di caratteri, il color matching per controllo cromatico, l’analisi morfologica. I sistemi più evoluti integrano deep learning e reti neurali convoluzionali per ispezioni qualitative complesse difficilmente codificabili con algoritmi classici.
Applicazioni
I sistemi di visione sono utilizzati nel controllo dimensionale di componenti metallici, plastici e elettronici, nell’ispezione di completezza e correttezza di assemblati, nella verifica di etichette e codici, nel controllo di stampe e packaging, nell’ispezione di tappi, capsule, contenitori farmaceutici, nella misura di geometrie di stampaggio plastico, nella verifica di saldature laser, nel controllo di componenti SMD su PCB, nella guida di robot per pick-and-place. Le smart camera in particolare offrono soluzioni autonome compatte per linee di assemblaggio.
Norme e classificazione
Per i sistemi di visione utilizzati come strumenti di misura si applicano le norme VDI/VDE 2617 e VDI/VDE 2634 (sistemi di misura ottici 3D), ISO 10360-7 (CMM con tastatori ottici), ISO 14406 (caratterizzazione di sistemi optomeccanici). La calibrazione utilizza maschere di precisione con marcature certificate ISO 17025. Per applicazioni di ispezione qualitativa la verifica di prestazione si esegue con campioni rappresentativi e analisi MSA (Measurement System Analysis).
Criteri di scelta
La selezione di un sistema di visione richiede analisi del campo inquadrato (FOV), della risoluzione richiesta (dimensione del pixel rispetto al difetto da rilevare), della velocità del processo, delle condizioni di illuminazione, dell’integrazione con il PLC e con il MES, della scalabilità per futuri controlli aggiuntivi. È raccomandato uno studio di fattibilità su campioni reali prima del dimensionamento finale del sistema.
L’evoluzione dei sistemi di visione 3D mediante luce strutturata e fringe projection permette oggi il controllo dimensionale di superfici complesse e free-form con accuratezze paragonabili a quelle delle CMM a tastatore, ma con tempi di acquisizione molto inferiori. Questa tecnologia si sta diffondendo nel settore aerospaziale, medicale e nel controllo di componenti stampati in 3D.