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Tecnologia camere Machine Vision

Le ca­me­re Ma­chi­ne Vi­sion svol­go­no un ruolo fon­da­men­ta­le nelle ap­pli­ca­zio­ni di vi­sio­ne, in par­ti­co­la­re nel con­trol­lo qualità au­to­ma­tiz­za­to. In com­bi­na­zio­ne con i con­trol­ler Ma­chi­ne Vi­sion e il soft­ware di ela­bo­ra­zio­ne delle im­ma­gi­ni 2D, i dati delle im­ma­gi­ni ad alta ri­so­lu­zio­ne ven­go­no ana­liz­za­ti e ven­go­no iden­ti­fi­ca­ti er­ro­ri e irregolarità nei pro­ces­si di pro­du­zio­ne.

Definizione
Confronto tra tecnologie
Possibilità d’impiego
Camere di superficie e di linea
Globale e Rolling Shutter
Camera monocromatica vs camera a colori

Cos’è una ca­me­ra Ma­chi­ne Vi­sion?

Una ca­me­ra Ma­chi­ne Vi­sion, detta anche ca­me­ra in­du­stria­le, ap­par­tie­ne alla ca­te­go­ria dei si­ste­mi di ela­bo­ra­zio­ne delle im­ma­gi­ni 2D. La sua fun­zio­ne prin­ci­pa­le è quel­la di ac­qui­si­re im­ma­gi­ni che ven­go­no poi ela­bo­ra­te da una com­bi­na­zio­ne di hard­ware e soft­ware. Le in­for­ma­zio­ni ot­te­nu­te ven­go­no ela­bo­ra­te per di­ver­se ap­pli­ca­zio­ni.

Un ti­pi­co esem­pio di ap­pli­ca­zio­ne di ela­bo­ra­zio­ne delle im­ma­gi­ni in un si­ste­ma di pro­du­zio­ne è il con­trol­lo qualità, il con­trol­lo di pre­sen­za e il con­trol­lo di com­ple­tez­za. In que­sto caso, viene ana­liz­za­ta una de­ter­mi­na­ta ca­rat­te­ri­sti­ca di un pezzo pro­dot­to su una linea di pro­du­zio­ne. In que­sto modo è pos­si­bi­le ve­ri­fi­ca­re se il com­po­nen­te sod­di­sfa i cri­te­ri di qualità o se deve es­se­re scar­ta­to.

La ca­me­ra è parte in­te­gran­te del si­ste­ma di ela­bo­ra­zio­ne delle im­ma­gi­ni. Essa è co­sti­tui­ta dai se­guen­ti com­po­nen­ti:

Com­po­nen­ti prin­ci­pa­li dei si­ste­mi di ela­bo­ra­zio­ne di im­ma­gi­ni 2D

Icona grigia illuminazione
Illuminazione
Obiettivo
Filtro obiettivo
Camera Machine Vision
Controller Machine Vision
Software

Guida alla scel­ta dell’obiet­ti­vo giu­sto

De­ter­mi­na­re l’obiet­ti­vo adat­to per la te­le­ca­me­ra in­du­stria­le in modo sem­pli­ce e au­to­ma­ti­co tra­mi­te il cal­co­la­to­re di vi­sio­ne:

La dif­fe­ren­za tra ca­me­re a vi­sio­ne ar­ti­fi­cia­le e Smart Ca­me­ra

Ca­me­re Ma­chi­ne Vi­sion

  • L’ana­li­si delle im­ma­gi­ni av­vie­ne tra­mi­te i con­trol­ler Ma­chi­ne Vi­sion e il soft­ware di ela­bo­ra­zio­ne di im­ma­gi­ne

  • Possibilità di col­le­ga­re più ca­me­re a un unico con­trol­ler Ma­chi­ne Vi­sion

  • Tempi di pro­ces­so più ra­pi­di gra­zie all’ele­va­ta po­ten­za di cal­co­lo del con­trol­ler Ma­chi­ne Vi­sion

  • Adat­to per attività di ispe­zio­ne ad al­tis­si­ma ri­so­lu­zio­ne

  • Forma ca­me­ra com­pat­ta



 

Smart Ca­me­ra

  • Ac­qui­si­zio­ne e va­lu­ta­zio­ne delle im­ma­gi­ni nella Smart Ca­me­ra

  • Usci­ta dati tra­mi­te in­ter­fac­ce in­te­gra­te

  • Tec­ni­ca di il­lu­mi­na­zio­ne in­te­gra­ta a ri­chie­sta

  • Non è ne­ces­sa­rio un con­trol­ler ag­giun­ti­vo



 

Possibilità di im­pie­go delle ca­me­re Ma­chi­ne Vi­sion

Con­trol­lo della po­si­zio­ne

Po­si­zio­na­men­to di robot

Mi­su­ra­zio­ne delle parti

Con­trol­lo qualità

Con­trol­lo di pre­sen­za

Con­trol­lo di pro­ces­si

Let­tu­ra co­di­ce

So­lu­zio­ne af­fi­da­bi­le per ap­pli­ca­zio­ni mul­ti­set­to­ria­li

In­du­stria au­to­mo­bi­li­sti­ca

  • Ispe­zio­ne della qualità delle porte in­ter­ne delle au­to­vet­tu­re

  • Ispe­zio­ne della qualità dei bloc­chi mo­to­re

  • Ri­le­va­men­to della po­si­zio­ne per l’av­vi­ta­men­to au­to­ma­ti­co

In­du­stria elet­tro­tec­ni­ca

  • Con­trol­lo po­si­zio­ne cir­cui­to stam­pa­to

  • Con­trol­lo dell’al­li­nea­men­to dei com­po­nen­ti

  • Ispe­zio­ne di con­net­to­re a spina e cavo

In­du­stria dell’im­bal­lag­gio

  • Ispe­zio­ne di con­fe­zio­ni dan­neg­gia­te, spor­che o con eti­chet­te man­can­ti

  • Con­trol­lo delle eti­chet­te delle con­fe­zio­ni

  • Ve­ri­fi­ca della du­ra­ta mi­ni­ma di con­ser­va­zio­ne delle bot­ti­glie in PET

In­du­stria ali­men­ta­re

  • Al­li­nea­men­to delle lat­ti­ne 

  • Con­trol­lo delle eti­chet­te sulle con­fe­zio­ni

  • Ispe­zio­ne dei tappi fis­sa­ti

Que­sta è la dif­fe­ren­za tra le ca­me­re di su­per­fi­cie e le ca­me­re di linea

La se­guen­te ta­bel­la rias­su­me le prin­ci­pa­li dif­fe­ren­ze tra le ca­me­re di su­per­fi­cie e le ca­me­re di linea:

Ca­me­re di su­per­fi­cie

Ac­qui­si­zio­ne di im­ma­gi­ni di in­te­re aree 2D (con una sola ac­qui­si­zio­ne)
Ele­va­ta qualità dell’im­ma­gi­ne
Idea­le per og­get­ti fissi
Adat­to per l’ela­bo­ra­zio­ne di im­ma­gi­ne ge­ne­ri­ca



Ca­me­re di linea

L’ac­qui­si­zio­ne dell’im­ma­gi­ne av­vie­ne riga per riga (il mo­vi­men­to è ne­ces­sa­rio per ac­qui­si­re l’og­get­to)
Qualità dell’im­ma­gi­ne in fun­zio­ne del mo­vi­men­to e del mo­men­to di ac­qui­si­zio­ne dell’im­ma­gi­ne
Idea­le per ap­pli­ca­zio­ni con og­get­ti in mo­vi­men­to e ma­te­ria­li con­ti­nui 
Alta velocità

Fun­zio­na­men­to dei sen­so­ri CMOS con Glo­bal o Rol­ling Shut­ter

Per i sen­so­ri di im­ma­gi­ne CMOS esi­sto­no due me­to­di di espo­si­zio­ne che con­trol­la­no il modo in cui un’im­ma­gi­ne viene ac­qui­si­ta e letta. Que­ste pro­ce­du­re de­ter­mi­na­no il tempo di il­lu­mi­na­zio­ne e quin­di la quantità di luce che viene emes­sa come va­lo­re nel sen­so­re della te­le­ca­me­ra con­ver­ti­ta in elet­tro­ni. Si di­stin­gue tra Glo­bal Shut­ter e Rol­ling Shut­ter:

Glo­bal Shut­ter

L’in­te­ra su­per­fi­cie dell’im­ma­gi­ne viene espo­sta con­tem­po­ra­nea­men­te 
Per ap­pli­ca­zio­ni sta­ti­che e di­na­mi­che
Nes­su­na di­stor­sio­ne dell’im­ma­gi­ne in pre­sen­za di og­get­ti in mo­vi­men­to

Rol­ling Shut­ter

Le righe ven­go­no espo­ste in modo sfal­sa­to
Per ap­pli­ca­zio­ni sta­ti­che
Di­stor­sio­ni dell’im­ma­gi­ne in caso di ra­pi­do mo­vi­men­to dell’og­get­to (ef­fet­to Rol­ling Shut­ter)
Ac­qui­si­zio­ne di im­ma­gi­ni fisse 

L’ef­fet­to Rol­ling Shut­ter

Con l’ot­tu­ra­to­re ro­tan­te, il tempo di il­lu­mi­na­zio­ne è ugua­le per tutti i pixel del sen­so­re, ma le sin­go­le righe ven­go­no espo­ste in suc­ces­sio­ne con un ri­tar­do tem­po­ra­le. L’ef­fet­to Rol­ling Shut­ter si ve­ri­fi­ca quan­do un og­get­to si muove più ve­lo­ce­men­te del tempo di espo­si­zio­ne e let­tu­ra, cau­san­do una di­stor­sio­ne dell’im­ma­gi­ne do­vu­ta all’espo­si­zio­ne.

Si­ni­stra: Glo­bal Shut­ter, de­stra: Rol­ling Shut­ter

Ca­me­ra mo­no­cro­ma­ti­ca o a co­lo­ri? Quan­do devo usar­lo?

Im­ma­gi­ne reale

Ac­qui­si­zio­ne di im­ma­gi­ni con una ca­me­ra mo­no­cro­ma­ti­ca

Una ca­me­ra mo­no­cro­ma­ti­ca è in grado di di­stin­gue­re gli og­get­ti dallo sfon­do.

Ac­qui­si­zio­ne di im­ma­gi­ni con una ca­me­ra a co­lo­ri

Una ca­me­ra a co­lo­ri è in grado di di­stin­gue­re gli og­get­ti tra loro e dallo sfon­do.

Nell’ela­bo­ra­zio­ne in­du­stria­le delle im­ma­gi­ni si di­stin­gue tra ca­me­re mo­no­cro­ma­ti­che e a co­lo­ri. Le ca­me­re mo­no­cro­ma­ti­che ri­le­va­no i li­vel­li di gri­gio e si con­cen­tra­no sulle dif­fe­ren­ze di luminosità dell’im­ma­gi­ne. Ciò le rende par­ti­co­lar­men­te adat­te ad ap­pli­ca­zio­ni che ri­chie­do­no con­tra­sti e det­ta­gli fini, come l’ispe­zio­ne di su­per­fi­ci o la mi­su­ra di og­get­ti.

Le ca­me­re a co­lo­ri, in­ve­ce, sono in grado di ac­qui­si­re in­for­ma­zio­ni sui co­lo­ri, con­sen­ten­do loro di ac­qui­si­re le su­per­fi­ci con mag­gio­re pre­ci­sio­ne. Ana­liz­za­no l’in­te­ro spet­tro cro­ma­ti­co, for­nen­do una ri­pro­du­zio­ne più det­ta­glia­ta e ver­sa­ti­le delle im­ma­gi­ni. Ciò la rende idea­le per le ap­pli­ca­zio­ni in cui il co­lo­re gioca un ruolo im­por­tan­te, come nel con­trol­lo qualità dei pro­dot­ti, dove le dif­fe­ren­ze di co­lo­re pos­so­no in­di­ca­re di­fet­ti nei ma­te­ria­li.

Ciò è im­por­tan­te quan­do si in­stal­la­no le ca­me­re Ma­chi­ne Vi­sion

Per ga­ran­ti­re una re­gi­stra­zio­ne af­fi­da­bi­le delle im­ma­gi­ni, du­ran­te la re­go­la­zio­ne della te­le­ca­me­ra in­du­stria­le os­ser­va­re le se­guen­ti av­ver­ten­ze.
Oltre all’orien­ta­men­to ot­ti­ma­le della te­le­ca­me­ra, il po­si­zio­na­men­to dell’il­lu­mi­na­zio­ne gioca un ruolo im­por­tan­te. La forma dell’og­get­to da esa­mi­na­re è fon­da­men­ta­le per il modo in cui la luce rag­giun­ge la te­le­ca­me­ra per ot­te­ne­re il mas­si­mo con­tra­sto pos­si­bi­le. È im­por­tan­te con­si­de­ra­re, ad esem­pio, l’an­go­lo e le ri­fles­sio­ni che ne de­ri­va­no. 

L’in­ter­fac­cia delle ca­me­re Ma­chi­ne Vi­sion

Un’in­ter­fac­cia Ether­net per ca­me­re in­du­stria­li con­sen­te il tra­sfe­ri­men­to dei dati di im­ma­gi­ne at­tra­ver­so una rete. Que­sta in­ter­fac­cia viene spes­so uti­liz­za­ta nell’ela­bo­ra­zio­ne di im­ma­gi­ni in­du­stria­li per col­le­ga­re ca­me­re a con­trol­ler Ma­chi­ne Vi­sion o ad altri di­spo­si­ti­vi.

Gi­ga­bit Ether­net (GigE)

Gi­ga­bit Ether­net (GigE) è una tec­no­lo­gia Ether­net che con­sen­te velocità di tra­sfe­ri­men­to dati fino a 1 Gi­ga­bit al se­con­do (1 Gbit/s). Le prin­ci­pa­li ca­rat­te­ri­sti­che di Gi­ga­bit Ether­net as­so­cia­te alle ca­me­re in­du­stria­li sono:
 

  • Tra­sfe­ri­men­to ra­pi­do di gran­di quantità di dati di im­ma­gi­ne

  • In­te­gra­zio­ne sem­pli­ce gra­zie allo stan­dard di pro­to­col­lo

  • Possibilità di uti­liz­za­re più ca­me­re in una rete


Inol­tre, è pos­si­bi­le col­le­ga­re la ca­me­ra Ma­chi­ne Vi­sion tra­mi­te cavo tra­mi­te PoE (Power over Ether­net), in modo che sia l’ali­men­ta­zio­ne elet­tri­ca che la tra­smis­sio­ne dei dati av­ven­ga­no tra­mi­te un unico col­le­ga­men­to.


Ri­so­lu­zio­ne

La ri­so­lu­zio­ne di un sen­so­re in­di­ca il nu­me­ro di pixel: Mag­gio­re è la ri­so­lu­zio­ne, mi­no­re è la di­men­sio­ne dei pixel a parità di di­men­sio­ni del sen­so­re e più fini sono i det­ta­gli ri­co­no­sci­bi­li. I sen­so­ri pos­so­no avere ri­so­lu­zio­ni di­ver­se con le stes­se di­men­sio­ni, poiché le di­men­sio­ni dei pixel pos­so­no va­ria­re. 

Fre­quen­za im­ma­gi­ne

La fre­quen­za im­ma­gi­ni in­di­ca il nu­me­ro di im­ma­gi­ni com­ple­te ac­qui­si­te da una ca­me­ra al se­con­do. Una fre­quen­za im­ma­gi­ne più ele­va­ta con­sen­te di ac­qui­si­re molte im­ma­gi­ni in ap­pli­ca­zio­ni ve­lo­ci.

Tempo di il­lu­mi­na­zio­ne

Il tempo di espo­si­zio­ne de­ter­mi­na la quantità di luce che cade sul sen­so­re CMOS e quin­di in­fluen­za la luminosità dell’im­ma­gi­ne cat­tu­ra­ta. Un tempo di il­lu­mi­na­zio­ne più lungo pro­du­ce im­ma­gi­ni più chia­re, ma può anche cau­sa­re sfo­ca­tu­ra da mo­vi­men­to e un au­men­to del ru­mo­re dell’im­ma­gi­ne. Un breve tempo di il­lu­mi­na­zio­ne con­sen­te ap­pli­ca­zio­ni ra­pi­de e ri­du­ce la con­se­guen­te sfo­ca­tu­ra del mo­vi­men­to. 

La ri­so­lu­zio­ne giu­sta per ogni ap­pli­ca­zio­ne

Ri­so­lu­zio­nePre­ci­sio­neEsem­pi
1,6 MPAp­pli­ca­zio­ni che non ri­chie­do­no una ri­so­lu­zio­ne estre­ma­men­te ele­va­taRi­co­no­sci­men­to ot­ti­co dei ca­rat­te­ri, con­trol­lo del mon­tag­gio, con­trol­lo di pre­sen­za
5 MPAp­pli­ca­zio­ni che ri­chie­do­no un li­vel­lo medio di det­ta­glioIspe­zio­ni di im­bal­lag­gi
12 MPAp­pli­ca­zio­ni che ri­chie­do­no un’ele­va­ta pre­ci­sio­neIspe­zio­ne di parti mec­ca­ni­che fini
24 MPAp­pli­ca­zio­ni che ri­chie­do­no una ri­so­lu­zio­ne e una pre­ci­sio­ne dei det­ta­gli molto ele­va­teCon­trol­lo dei cir­cui­ti stam­pa­ti per com­po­nen­ti di­fet­to­si
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