Tecnologie di Visione Industriale per il Settore Automotive: Rivoluzionare la Produzione e la Logistica

I sistemi di visione artificiale hanno rivoluzionato la produzione e la logistica, soprattutto nel settore automobilistico. Con l'ausilio della robotica, hanno permesso l'automazione delle attività industriali, rendendo possibili processi di controllo qualità e di assemblaggio più efficienti, sicuri e accurati. La visione artificiale è una tecnologia che analizza gli oggetti del mondo reale mediante immagini digitali, fornendo dati in tempo reale a dispositivi di produzione come robot, nastri trasportatori e strumenti di ispezione. Questa interazione tra tecnologia digitale e mondo reale è la chiave per l'automazione industriale moderna.

La Classificazione dei Sistemi di Visione Industriale in Base alle Dimensioni Analizzate

Il numero di dimensioni analizzate da un sistema di visione industriale ne determina la categoria, ciascuna con caratteristiche e vantaggi specifici.

Sistemi di Visione Monodimensionale (1D)

Un sistema di visione artificiale monodimensionale analizza una singola linea alla volta. Utilizza una telecamera a scansione lineare per catturare i pixel in modo lineare. La visione industriale monodimensionale è eccellente per analizzare la superficie di oggetti continui. È in grado di identificare deviazioni e modelli per eseguire il rilevamento dei bordi e l'ispezione delle superfici. I sistemi di visione industriale monodimensionale sono ideali per l'acquisizione di dati su nastri trasportatori in movimento, dove la velocità e la precisione lineare sono cruciali.

Sistemi di Visione Bidimensionale (2D)

Esistono due principali tipi di sistemi di visione industriale 2D:

• Scanner 2D ad area: Questo tipo di sistema acquisisce un'immagine 2D dell'oggetto con una telecamera CCD o CMOS. Un array di pixel rappresenta l'immagine disposta su un piano 2D. I sistemi di scansione ad area forniscono immagini ad alta risoluzione con misure precise. I sensori delle telecamere possono variare da 5 a 30 megapixel e hanno vari livelli di zoom. Gli scanner 2D sono efficienti nel rilevamento dei difetti, nel riconoscimento dei modelli e nell'analisi dei testi.
• Scanner lineare 2D: Un sistema di scansione lineare 2D costruisce un'immagine acquisendo i dati in sezioni lineari. L'immagine viene acquisita con una telecamera a scansione lineare che comprende una singola linea di pixel. L'immagine viene costruita da una serie di scansioni lineari utilizzando un software di sincronizzazione. Sono ideali per attività ad alta velocità che richiedono l'acquisizione di dati da oggetti in movimento.

Sistemi di Visione Tridimensionale (3D)

Un sistema di visione artificiale 3D modella un oggetto in tre dimensioni, riportandone i parametri di lunghezza, larghezza e altezza. Esistono diverse tecniche per la visione 3D:

• Sistemi stereo: Questi sistemi sono costituiti da due telecamere che riprendono un oggetto con angolazioni diverse. Il software di sincronizzazione utilizza queste immagini per costruire un modello 3D dell'oggetto.
• Sensori di spostamento laser: Sono costituiti da emettitori laser e telecamere, che misurano la distanza basandosi sulla triangolazione.
• Scanner a luce strutturata: Questi scanner proiettano una griglia di fasci di luce su un oggetto e analizzano la luce riflessa con una telecamera per ricostruire la forma 3D.
• Sensori a tempo di volo (ToF): Proiettano raggi infrarossi su un oggetto e determinano la distanza misurando il tempo di ritorno della luce.

Benefici e Applicazioni della Visione Artificiale nell'Automotive

La visione artificiale è un pilastro fondamentale per le fabbriche digitali e connesse, offrendo numerosi vantaggi che si traducono in un aumento dell'efficienza, della qualità e della sicurezza.

Controllo Qualità Automatizzato e in Tempo Reale

La visione artificiale consente alle fabbriche di rilevare rapidamente i difetti in campioni di grandi dimensioni. Questo tipo di screening ad ampio raggio aiuta a conservare la manodopera per i casi speciali di difetti insoliti. Il software di visione industriale consente alle linee di assemblaggio di prendere decisioni automatiche, come i controlli "pass/fail", che fanno risparmiare molto tempo e fatica alla produzione. L'analisi degli oggetti attraverso la visione artificiale è molto più rapida dei metodi manuali. È in grado di determinare la quantità dei lotti in modo molto più rapida e accurata di quanto possa fare un essere umano. I sistemi di visione industriale sono tecnologie essenziali per automatizzare il controllo qualità direttamente all’interno delle linee di produzione, ispezionando il 100% dei lotti e garantendo il rispetto delle tolleranze dimensionali anche ad alte velocità produttive.

Misurazione Senza Contatto e Precisione

Uno dei vantaggi principali della visione industriale è la misurazione senza contatto. I sistemi di visione industriale utilizzano strumenti software per analizzare le dimensioni di un oggetto a partire dalla sua immagine. Sono quindi adatti alla progettazione e all'ispezione di tutti i tipi di pezzi, garantendo una precisione e una ripetibilità superiori rispetto ai metodi manuali.

Guida Robot e Automazione Avanzata

I sistemi di visione artificiale consentono ai robot di prendere decisioni autonome in base all'ambiente circostante. Operazioni robotiche come il prelievo e il posizionamento (pick-and-place), lo smistamento, l'ispezione e la navigazione dipendono dai sistemi di visione artificiale. Inoltre, il software di visione industriale fornisce ai robot un feedback in tempo reale. I sistemi di visione industriale più complessi possono essere montati su robot per avere una maggiore flessibilità di movimento, come dimostrato da integrazioni in linee con gruppi di robot per pick-and-place combinato a ispezione di qualità, a velocità di oltre 1000 pezzi/min.

Tracciabilità Completa del Prodotto

Attraverso il riconoscimento di codici, etichette e caratteristiche uniche, i sistemi di visione permettono di tracciare ogni singolo pezzo lungo tutta la catena produttiva. La lettura dei codici a barre è una delle applicazioni più diffuse della visione artificiale. I sensori a scansione lineare possono leggere i dati criptati dei codici a barre e aggiornare il sistema informativo. Grazie alle tecniche di riconoscimento ottico dei caratteri (OCR), i sistemi di visione artificiale estraggono il testo da un'immagine e lo elaborano in un formato leggibile dalla macchina. L'OCR è di grande utilità per le industrie, poiché consente ai dispositivi di riconoscere le informazioni stampate sui prodotti.

Manutenzione Predittiva

L'analisi continua delle immagini può rivelare segni precoci di usura negli utensili, deformazioni nei macchinari o accumuli di sporco che potrebbero compromettere la produzione. Questo approccio proattivo alla manutenzione riduce le interruzioni operative e prolunga la vita utile degli impianti.

Integrazione con i Sistemi Industria 4.0

La visione artificiale si inserisce perfettamente nell'ecosistema della fabbrica connessa, comunicando direttamente con Mes (Manufacturing Execution Systems), Scada (Supervisory Control and Data Acquisition) ed ERP (Enterprise Resource Planning). Per garantire la massima efficienza, i sistemi di visione per automazione industriale non devono limitarsi ad analizzare visivamente il prodotto, ma devono dialogare in tempo reale con il cuore dell’impianto. Attraverso i principali protocolli di comunicazione industriale (come Modbus, OPC UA o Profinet), il sistema elabora il dato visivo e invia un segnale immediato ai PLC o ai bracci robotici, guidandoli ad esempio nello smistamento o nello scarto automatico del pezzo. I sistemi sono inoltre predisposti per il supporto remoto e connessione con i sistemi di gestione della produzione abilitanti per l’Industria 4.0.

L'Automazione nell'Industria Automobilistica: Un Imperativo Strategico

L'industria automobilistica è in continua evoluzione, guidata da una spinta incessante verso l'efficienza, la sicurezza e la sostenibilità. In questo scenario, l'automazione industriale rappresenta un fattore chiave, capace di rivoluzionare i processi aziendali e di plasmare il futuro dei processi produttivi e della mobilità in auto. Nell’industria automobilistica questi processi sono fondamentali per affrontare la crescente domanda di veicoli con standard di sicurezza e prestazioni sempre più elevati.

Vantaggi dell'Automazione nel Settore Automotive

L'automazione nell’industria automobilistica offre alle aziende nuove opportunità di produzione e contribuisce alla creazione di componenti e veicoli più sicuri ed efficienti, tra cui:

• Aumento della produttività: L’automazione consente di eseguire operazioni 24/7 senza interruzioni, aumentando significativamente la capacità produttiva delle linee di montaggio.
• Miglioramento della qualità: Grazie all’utilizzo di sistemi automatizzati, le aziende possono garantire una qualità costante dei prodotti finiti. I robot e i sensori avanzati eseguono controlli di qualità in tempo reale, rilevando eventuali difetti o incongruenze nel processo produttivo e intervenendo tempestivamente per correggerli.
• Riduzione dei costi operativi: Sebbene l’implementazione dell’automazione richieda un investimento iniziale elevato, i costi operativi a lungo termine diminuiscono significativamente. L’automazione riduce la necessità di manodopera, gli errori e il conseguente spreco di materiali.
• Miglioramento della sicurezza: L’automazione consente di svolgere in modo sicuro operazioni rischiose per i lavoratori, come la movimentazione di carichi pesanti o l’esposizione a sostanze nocive.
• Flessibilità e personalizzazione: Le linee produttive automatizzate, supportate da software di controllo avanzati, permettono di adattare rapidamente i processi alle nuove esigenze di produzione, come la realizzazione di componenti su misura.
• Riduzione dei tempi di produzione: Grazie all’automazione, i tempi di ciclo per ciascuna fase produttiva si riducono notevolmente, consentendo di accelerare i tempi complessivi per portare un nuovo veicolo dalla fase di progettazione a quella di produzione su larga scala.

Componenti e Funzionamento dei Sistemi di Visione Artificiale per l'Industria

I sistemi di visione artificiale integrano componenti hardware e software per ottimizzare i processi industriali e logistici, offrendo un alto livello di automazione e precisione.

Hardware dei Sistemi di Visione

Gli elementi hardware includono telecamere intelligenti ad alta risoluzione, scanner 3D e sensori di temperatura. Questi strumenti sono capaci di rilevare variazioni nelle condizioni ambientali, assicurando una consegna rapida e ottimale dei prodotti sensibili, monitorando in tempo reale la qualità di prodotti freschi e medicinali durante il trasporto. Le principali attrezzature utilizzate nei laboratori elettro-ottici per studi di fattibilità includono telecamere 2D e 3D, obiettivi, illuminatori, filtri ottici e assi per la movimentazione. I principali brand impiegati nel settore sono KEYENCE, NATIONAL INSTRUMENTS e BASLER, scelti per le loro prestazioni, robustezza e reperibilità nel tempo.

Software e Algoritmi di Visione Artificiale

La parte software si basa su algoritmi di deep learning e machine learning, capaci di elaborare immagini e video per trasformarli in dati significativi. L’uso di algoritmi di visione artificiale consente di identificare difetti, monitorare la qualità e migliorare la gestione degli inventari, intervenendo rapidamente in caso di anomalie. Questo è particolarmente rilevante nell’ambito dell’automazione logistica, dove la visione artificiale industriale permette di ottimizzare le operazioni di picking, imballaggio e stoccaggio. La combinazione di deep learning per visione artificiale e tecniche di machine learning consente ai sistemi di adattarsi a nuovi scenari, rendendo l’automazione ancora più versatile e intelligente. L'intelligenza artificiale applicata alla visione industriale può trovare benefici in particolar modo per l’individuazione di anomalie (anomaly detection) e di difetti superficiali.

L'Evoluzione verso l'Industria 5.0 e la Visione Artificiale

Le soluzioni di computer vision e visione computazionale offrono vantaggi significativi per l’Industria 5.0, dove le macchine collaborano con gli operatori umani per personalizzare la produzione in base alle esigenze del mercato. L’integrazione della visione artificiale robot con sistemi di automazione avanzati permette ai robot industriali di interagire in modo autonomo con gli oggetti presenti in un ambiente di lavoro. Questo tipo di automazione industriale visione è cruciale per il passaggio verso l’Industria 5.0, ponendo l’accento sul lavoro collaborativo tra esseri umani e macchine intelligenti. L’obiettivo principale è creare un ambiente produttivo più umano-centrico, dove le tecnologie avanzate come intelligenza artificiale e robotica collaborativa lavorano insieme alle persone per la flessibilità e l’adattabilità dei processi produttivi, migliorare creatività, la personalizzazione e sostenibilità dei processi produttivi. È dunque necessario per le imprese sfruttare queste tecnologie per restare competitive nel mercato globale.

Applicazioni Specifiche nell'Automotive e Oltre

Diversi attori nel panorama industriale offrono soluzioni innovative basate sulla visione artificiale, dimostrando la versatilità e l'efficacia di queste tecnologie.

Esempi di Soluzioni e Casi Studio

• MXP crea sistemi di visione artificiale per soddisfare i più elevati standard industriali, con oltre 15 brevetti principali e 20 paesi di esportazione. Offre macchine completamente automatiche, semiautomatiche, CNC e a controllo manuale, adatte a tutti i tipi di stabilimenti, dotate del software di visione artificiale composito External-Array RationalVue, in grado di gestire tutte le misure 2D e 3D.
• Specialvideo è un partner ideale per il monitoraggio della produzione con misure istantanee senza contatto. Con oltre 1.000 sistemi di visione installati nel mondo, l’elenco completo dei componenti per automobili controllati da sistemi di visione Specialvideo potrebbe quasi ricostruire un veicolo. L’industria automobilistica richiede livelli di qualità estremamente elevati, oltre a robustezza, ripetibilità e tracciabilità dei processi. Implementano sistemi di misura ottica senza contatto per garantire il rispetto delle tolleranze dimensionali anche ad alte velocità produttive. Nel campo della guida robot, Specialvideo collabora attivamente con i tecnici del cliente in una fase di co-progettazione mirata all’ottimizzazione della linea produttiva.
• Vision-e è specializzata in sistemi di visione industriale su misura, per automatizzare processi di controllo qualità. L'azienda realizza algoritmi di controllo prodotto su misura per trovare esattamente il difetto che si vuole cercare con estrema precisione e creare un sistema di controllo qualità affidabile e ripetibile. Il sistema VeInspector, ad esempio, riesce automaticamente a configurare i parametri ottimali per trovare i difetti, supporta qualsiasi telecamera industriale e si integra con diversi tipi di PLC e protocolli di comunicazione, salvando i dati di produzione in un database. VeInspector è applicato in diversi settori:
  • Controllo Graffi su mattonelle (Ceramiche): Applicato da anni su linee di automazione per il controllo graffi, crepe e molto altro nel settore ceramico, lavorando prima e dopo il processo di cottura per individuare eventuali anomalie.
  • Controllo difetti Filtri per il sangue (Biomedicale): Controlla la presenza di inquinanti nei filtri utilizzati per il sangue, individuando anomalie di diverse forme e dimensioni che dipendono dal processo di fusione durante la creazione del filtro.
  • Controllo chiusura vaschette per salumi (Alimentare): Verifica la chiusura delle vaschette dei salumi e fornisce diverse tipologie di controllo oltre alla chiusura.
• Zebra Technologies, attraverso la sua visione di "Connected Factory", integra sistemi di machine vision come "gli occhi della factory". L'azienda è stata tra le prime a sperimentare l’integrazione di algoritmi di intelligenza artificiale (AI) nelle loro piattaforme software. Tutti i prodotti Zebra in ambito machine vision includono tool di AI. Esempi concreti includono:
  • Un sistema OCR di riconoscimento ottico dei caratteri basato su deep learning e integrato con sensore 3D serie Zebra AltiZ.
  • La soluzione di Anomaly Detection (rilevamento anomalie) basata su deep learning con il nuovo sensore NS42 Smart Vision, che permette di addestrare le telecamere su un set di immagini di prodotto anche molto ridotto (10 o 20 foto al massimo per prodotto) per individuare difetti e anomalie.
  • I.D.E.A., un fornitore nazionale di soluzioni per l’automazione industriale nel settore automotive, è in grado di ispezionare 200 diversi modelli di dischi freno attraverso un unico sistema di machine vision sviluppato con il software Aurora Design Assistant di Zebra.
  • TAS, un fornitore che lavora con OEM automobilistici di alta gamma, utilizza tecnologie Zebra.
  • Pollini, che si occupa di riciclo di veicoli fuori uso, ha ridotto il numero delle interruzioni operative del 20% grazie ai dispositivi rugged Zebra e al software di manutenzione predittiva VisibilityIQ Foresight, basato su machine learning.
  • Marexi, nell’ambito dell’ispezione con machine vision nell’industria ittica e conserviera, ha raggiunto tassi di ispezione visiva che si avvicinano al 100% di precisione, processando fino a 20 tonnellate di tonno surgelato all’ora.
• Ferrero Automotive produce contenitori metallici specifici e contenitori metallici con colonne finalizzati alla movimentazione e lo stoccaggio dei componenti auto, specificamente studiati per integrarsi con le linee robotizzate dell’industria automobilistica. I contenitori metallici con colonne, in particolare, sono progettati per il carico e scarico dei pezzi mediante robot, eliminando così la necessità di intervento manuale.
• Lexter si propone come partner per le imprese, offrendo soluzioni tecnologiche su misura e una consulenza mirata per implementare le migliori tecnologie disponibili sul mercato. Con oltre 20 anni di esperienza, supporta le aziende nella realizzazione di infrastrutture personalizzate, integrando hardware come telecamere intelligenti e scanner, insieme a software per l’analisi video visione artificiale.
• Novasis Innovazione progetta, sviluppa e integra sistemi di visione chiavi in mano come tool in ambito meccatronico per il controllo di processo in molteplici settori industriali i.e. automotive e industriale (packaging, alimentare, etc). L’azienda, supportata da una decennale esperienza sulle tecniche di illuminazione e sul motion control, si occupa di sviluppare algoritmi innovativi sia sequenziali sia basati su deep learning per l’image processing. Operando come integratore, fornisce le soluzioni tecnologiche più adatte a soddisfare le esigenze applicative dei clienti, selezionando telecamere, illuminatori e controllori tenendo conto delle prestazioni e dei requisiti industriali di robustezza e reperibilità nel tempo. Laddove richiesto, grazie ad un forte know-how in progettazione meccanica, Novasis è in grado di fornire sistemi completi di piccole automazioni, movimentazione (assi e robot), pneumatica fino alla programmazione di controllori di linea (PLC). Normalmente i sistemi di visione artificiale vengono forniti completi di quadro elettrico con monitor per interfaccia operatore, PC industriale o controllori embedded, UPS, I/O e interfacce per la comunicazione verso il PLC.

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