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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.

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

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
Confronto dei prodotti