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.
Varianti di camera dei sistemi di elaborazione delle immagini 2D
Camere di linea
Le camere di linea vengono utilizzate principalmente nei processi di verifica continua. Sono particolarmente adatte per applicazioni in cui gli oggetti si muovono su nastri trasportatori o vengono lavorati materiali senza fine. A differenza delle camere di superficie, le camere di linea non acquisiscono l’immagine in una sola volta, ma riga per riga. Per creare un’immagine completa, l’oggetto deve muoversi nel campo visivo della camera durante la registrazione. Il software compone quindi le singole righe in un’immagine complessiva. In queste applicazioni, sono molto più veloci delle camere 2D tradizionali e sono quindi particolarmente adatte per applicazioni ad alta velocità.
Le loro prestazioni spesso superano quelle delle camere 2D, soprattutto nei processi in continuo. La qualità dell’immagine dipende essenzialmente da fattori come il movimento uniforme dell’oggetto, il momento della registrazione, la risoluzione delle righe e il tempo di illuminazione. Esempi di applicazioni tipiche sono il controllo qualità di tessuti, carta, tessuti e altri materiali continui che richiedono un’acquisizione di immagini completa e accurata.
Camere di superficie
A differenza della camera di linea che acquisisce un’immagine riga per riga, la camera di superficie utilizza un sensore di immagine che acquisisce l’intera immagine in una sola volta. Ciò significa che è in grado di creare un’immagine bidimensionale completa con una sola acquisizione.
Le camere di superficie sono ampiamente utilizzate ovunque sia necessaria un’immagine completa e immediata, come nel controllo qualità industriale, nell’imaging medico, nei sistemi di sorveglianza e in molti altri settori in cui sono necessarie un’elevata precisione e una rapida elaborazione di immagini. Sono particolarmente adatti per oggetti fissi, in quanto non è necessario alcun movimento relativo tra camera e oggetto.
Il loro vantaggio è quello di acquisire immagini 2D dettagliate e ad alta risoluzione con precisione. Soprattutto per le applicazioni che richiedono una qualità di immagine molto elevata, vengono utilizzate le camere di superficie.
Differenza tra le camere di superficie: Camere Machine Vision e Smart Camera
Camere Machine Vision
L’analisi delle immagini avviene tramite il controller Machine Vision e il software di elaborazione di immagini o come soluzione autonoma con l’ausilio di un software di terze parti
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 direttamente nella Smart Camera tramite il software di elaborazione di immagini
L’emissione dei risultati avviene tramite interfacce di comunicazione integrate come Profinet, TCP, ecc.
Tecnica di illuminazione integrata a richiesta
- Non è necessario un controller aggiuntivo
La selezione della camera inizia dal chip di immagine
Cos’è un chip di immagine?
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 i valori di grigio.
Acquisizione di immagini con una camera a colori
Una camera a colori è in grado di distinguere i valori di tonalità dagli oggetti.
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
Sinistra: Global Shutter, destra: Rolling ShutterNell’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.
Una camera a colori è in grado di distinguere gli oggetti tra loro e dallo sfondo. I filtri rosso, verde e blu sui pixel consentono di acquisire uno spettro di colori fino a 16,7 milioni di colori. In questo modo è possibile riconoscere oggetti con colori diversi che non sarebbero distinbili con le camere monocromatiche.
Altre proprietà del sensore
I sensori di immagine o chip di immagine si distinguono per numerose caratteristiche, tra cui le dimensioni del sensore, la risoluzione, la dimensione dei pixel, la velocità in fotogrammi, la sensibilità alla luce e la gamma dinamica. A seconda della risoluzione, nell’elaborazione di immagini industriale vengono utilizzati sensori di diverse dimensioni. I modelli più grandi offrono generalmente prestazioni più elevate, ma sono meno adatti a sistemi di camere compatti con spazio limitato.
A causa dei processi di produzione sempre migliori, che riducono al minimo gli svantaggi dei chip di immagine più piccoli, il mercato tende a ridurre sempre più le dimensioni dei sensori. Man mano che le dimensioni del sensore diminuiscono, anche lo spazio per i singoli pixel si riduce. Più grande è un pixel, più luce può assorbire, riducendo di conseguenza il fabbisogno di luce aggiuntiva dell’applicazione.
Soprattutto nelle applicazioni industriali con tempi di illuminazione brevi, ad esempio in processi dinamici rapidi, un rapporto equilibrato tra numero e dimensione dei pixel è quindi decisivo per una qualità dell’immagine affidabile.
Poiché nell’elaborazione di immagine spesso i tempi di esposizione sono brevi, ad es. in applicazioni dinamiche rapide, è necessario prestare particolare attenzione all’equilibrio tra numero e dimensione dei pixel.
Risoluzione
Frequenza immagine
Tempo di illuminazione
La risoluzione giusta per ogni applicazione
| Risoluzione | Precisione | Esempi |
|---|---|---|
| 1,6 MP | Applicazioni che non richiedono una risoluzione estremamente elevata | Riconoscimento ottico dei caratteri, controllo del montaggio, controllo di presenza |
| 5 MP | Applicazioni che richiedono un livello medio di dettaglio | Ispezioni di imballaggi |
| 12 MP | Applicazioni che richiedono un’elevata precisione | Ispezione di parti meccaniche fini |
| 24 MP | Applicazioni che richiedono una risoluzione e una precisione dei dettagli molto elevate | Controllo dei circuiti stampati per componenti difettosi |
Componenti principali dei sistemi di elaborazione di immagini 2D
Obiettivo
Insieme alla camera e all’illuminazione, gli obiettivi sono determinanti per la qualità delle immagini. Gli obiettivi consentono un’immagine accurata, facilitando non solo l’analisi delle strutture più sottili. La scelta dell’obiettivo giusto e di alta qualità può ottimizzare il rilevamento e il tempo di elaborazione.
L’interfaccia delle camere Machine Vision
Gigabit Ethernet (GigE)
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.
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
