La logistica e le operazioni di evasione degli ordini nell’e-commerce sono tra i settori di applicazione in più rapida crescita per la Visione Artificiale. Lo smistamento dei pacchi, la Misurazione Dimensionale, la Lettura di Codici a Barre, la Verifica della Presenza delle Etichette e l’Ispezione della Qualità di Stampa vengono tutti automatizzati su larga scala nei centri di distribuzione e negli hub postali di tutto il mondo.
I requisiti di illuminazione nell’automazione logistica differiscono notevolmente da quelli dell’ispezione tradizionale nel settore manifatturiero. I pacchi variano enormemente per dimensioni, finitura superficiale e posizione delle etichette. La velocità dei nastri trasportatori è elevata. La luce ambientale nei magazzini è variabile e difficile da controllare. Il Sistema di Visione deve funzionare in modo affidabile in tutte queste condizioni, senza bisogno di regolazioni manuali tra un pacco e l’altro.
La crescita dell’e-commerce e la domanda di automazione visiva
Negli ultimi dieci anni, i volumi delle spedizioni nell’e-commerce globale sono aumentati in modo vertiginoso. I singoli centri di smistamento dei pacchi gestiscono ormai milioni di articoli al giorno. La scansione manuale dei codici a barre e la Misurazione Dimensionale non riescono a stare al passo con questi volumi, quindi i Sistemi di Visione automatizzati sono diventati l’unico modo praticabile per mantenere la Produttività ai livelli di precisione richiesti.
La tipica cella di visione logistica deve leggere contemporaneamente i codici a barre e i codici QR da diverse facce di un pacco in movimento, misurare le dimensioni del pacco per calcolare le spese di spedizione, verificare che le etichette siano presenti e posizionate correttamente e controllare la qualità di stampa affinché i codici a barre rimangano leggibili dalle macchine. Tutte queste operazioni devono essere completate nel tempo a disposizione mentre il pacco attraversa il tunnel di ispezione alla velocità del nastro trasportatore.
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Smistamento dei pacchi: illuminamento per la lettura omnidirezionale dei codici a barre
I codici a barre dei pacchi possono trovarsi su qualsiasi lato della confezione. Un’etichetta di spedizione potrebbe essere sulla parte superiore, laterale o sul fondo della scatola, e il sistema di smistamento deve riuscire a leggere il codice a barre indipendentemente dal suo orientamento. Questo richiede l’uso di telecamere in grado di coprire contemporaneamente diversi lati del pacco, ognuna con la propria illuminazione.
L’illuminazione per la lettura di codici a barre richiede un elevato contrasto tra le barre scure e gli spazi bianchi del codice. L’illuminazione deve essere sufficientemente intensa da consentire un’esposizione breve della fotocamera alla velocità del nastro trasportatore. A 2 metri al secondo, un elemento del codice a barre di 1 mm percorre 2 mm in 1 millisecondo, quindi di solito serve un’esposizione di 0,5 ms o meno per evitare che l’immagine del codice a barre risulti sfocata a causa del movimento.
Questo richiede un illuminatore continuo ad alta intensità oppure un illuminatore stroboscopico che raggiunga l’intensità massima durante l’esposizione della fotocamera. Gli illuminatori a matrice ad alta intensità di Roder Vision si adattano a entrambe le configurazioni. In modalità Stroboscopica, l’intensità massima può superare di gran lunga quella continua, consentendo esposizioni molto brevi anche per i codici a barre su superfici scure o opache.
Progettazione dell’illuminazione di un tunnel per la lettura su più facce
Un tunnel di lettura di codici a barre di solito è dotato di telecamere e Illuminatori sulla parte superiore, su entrambi i lati e, a volte, anche davanti e dietro l’apertura del nastro trasportatore. La geometria dell’illuminazione deve garantire che ogni lato del pacco riceva una luce adeguata e uniforme, senza creare riflessi speculari che possano abbagliare le telecamere adiacenti.
Per le posizioni superiori e laterali si usano comunemente illuminatori che coprono l’intera larghezza del nastro trasportatore. Questi garantiscono un’illuminazione uniforme su colli di diverse larghezze. Gli illuminatori modulari Roder Vision possono essere configurati in base alla larghezza del nastro trasportatore e allungati o accorciati a seconda delle esigenze di installazione.
Misurazione Dimensionale: illuminamento per il calcolo delle dimensioni dei pacchi
I sistemi di misurazione dei pacchi rilevano la lunghezza, la larghezza e l’altezza di ogni pacco per calcolare il peso volumetrico ai fini del calcolo delle spese di spedizione. Si utilizzano due approcci principali: la Proiezione di Luce Strutturata e la visione stereoscopica per la misurazione della profondità.
I sistemi di Luce Strutturata proiettano un motivo noto — in genere una linea laser o una griglia — sulla superficie del pacco. La distorsione del motivo proiettato, così come viene rilevata dalla fotocamera, permette di ricavare il profilo 3D della superficie. Il livello di illuminamento dello sfondo deve rimanere basso rispetto all’intensità della luce strutturata. Di solito si usa la sincronizzazione stroboscopica tra la sorgente di luce strutturata e la fotocamera per eliminare la luce ambientale.
La retroilluminazione è utile in alcuni metodi di misurazione in cui si usa la sagoma del pacco per determinarne le dimensioni della base. Una retroilluminazione ad alta uniformità posizionata sotto il nastro trasportatore, abbinata a una telecamera rivolta verso il basso, produce una sagoma nitida della base del pacco. Le retroilluminazioni della serie BL di Roder Vision garantiscono l’alta uniformità necessaria per un rilevamento accurato dei bordi della sagoma.
Verifica della presenza delle etichette e della qualità di stampa
Ogni pacco in un’operazione logistica deve avere un’etichetta di spedizione posizionata correttamente e leggibile da un dispositivo elettronico. Se l’etichetta manca o il codice a barre non viene letto bene, il pacco viene escluso dal flusso di smistamento e dirottato verso la gestione manuale, il che è costoso nelle operazioni ad alto volume.
La verifica della presenza dell’etichetta utilizza l’illuminazione riflessa per rilevare la superficie dell’etichetta sul pacco. Il materiale dell’etichetta presenta solitamente caratteristiche di riflettanza diverse rispetto alla superficie del pacco. Una lunghezza d’onda e un angolo di illuminazione ben scelti massimizzano il contrasto di riflettanza tra l’etichetta e lo sfondo.
L’ispezione della qualità di stampa verifica che le barre del codice a barre siano stampate correttamente, con una densità di inchiostro adeguata e senza sbavature o difetti di mancanza di inchiostro. Questo controllo richiede immagini ad alta risoluzione con un’illuminazione ad alto contrasto. Di solito si usano illuminatori ad anello o coassiali per ridurre le ombre causate dal rilievo dell’inchiostro o dagli elementi in rilievo dell’etichetta.
Illuminazione dei nastri trasportatori su grandi distanze: considerazioni chiave sulla progettazione
Uniformità dell’illuminamento su parcelle di dimensioni variabili
I pacchi nell’e-commerce vanno dai piccoli pacchetti alle grandi scatole. Il sistema di illuminazione deve garantire una luce adeguata e uniforme su tutta la gamma di dimensioni dei pacchi che passano attraverso la zona di ispezione. Un illuminatore progettato per un pacchettino potrebbe non essere sufficiente per una scatola grande, mentre un unico illuminatore ad ampio raggio potrebbe sporgere dai lati di un pacchettino e creare un’illuminazione non uniforme.
Per gli impianti a nastro con pacchi di dimensioni variabili, sono preferibili configurazioni modulari di illuminatori regolabili in larghezza e lunghezza. Roder Vision realizza configurazioni a barre e a matrice di lunghezza personalizzata che permettono di adattare l’area di illuminazione attiva alla larghezza del nastro e alla distribuzione delle dimensioni dei pacchi.
Gestione della luce ambientale nei magazzini
L’illuminazione dei magazzini e dei centri di distribuzione varia notevolmente. Gli apparecchi LED ad alta portata, i lucernari e le luci di lavoro dei carrelli elevatori contribuiscono tutti a creare un’illuminazione ambientale la cui intensità e direzione cambiano nel corso della giornata. L’illuminatore del Sistema di Visione deve prevalere su questa luce ambientale per mantenere costante la qualità dell’immagine.
La modalità stroboscopica con tempi di esposizione brevi della fotocamera è la strategia principale per la Reiezione della Luce Ambiente nelle applicazioni logistiche. L’impulso stroboscopico emette un flash ad alta intensità durante il periodo di esposizione della fotocamera. La luce ambientale, che contribuisce in modo continuo con un’intensità molto inferiore rispetto al picco dello stroboscopio, ha un effetto trascurabile sull’immagine con tempi di esposizione brevi.
Funzionamento senza sfarfallio per la sincronizzazione della fotocamera
In modalità di funzionamento continuo, l’illuminatore deve essere privo di sfarfallio. Lo sfarfallio dell’illuminazione provoca variazioni periodiche nella luminosità dell’immagine, che a loro volta generano risultati di ispezione incostanti. Gli illuminatori LED alimentati da driver a corrente costante con un filtraggio dell’alimentatore ben progettato sono intrinsecamente privi di sfarfallio. Gli illuminatori RODER Vision utilizzano un sistema elettronico di pilotaggio a corrente costante per garantire un funzionamento stabile e privo di sfarfallio in modalità continua.
Integrazione su linee ad alta velocità: sincronizzazione tra trigger ed encoder
Sulle linee logistiche ad alta velocità, l’attivazione della telecamera e lo strobo dell’illuminatore sono solitamente sincronizzati con un segnale dell’encoder proveniente dal nastro trasportatore. Man mano che il pacco si sposta sotto un sensore fisso, l’encoder genera un impulso a intervalli di distanza definiti. Il Sistema di Visione attiva la fotocamera e l’Illuminatore nel momento esatto in cui il pacco si trova nella posizione corretta rispetto al Campo di Vista della fotocamera.
Gli illuminatori Roder Vision accettano un ingresso di trigger digitale standard compatibile con i livelli logici PNP e NPN. Il tempo di risposta dal trigger all’accensione è inferiore a 10 microsecondi, quindi l’accensione dell’illuminatore rimane perfettamente sincronizzata con l’esposizione della telecamera anche a velocità del nastro trasportatore molto elevate.
Prodotti e tecnologie
Famiglie di illuminatori Roder Vision per applicazioni logistiche
Le famiglie di prodotti Roder Vision qui sotto sono pensate per la logistica, lo smistamento dei pacchi, la Lettura di Codici a Barre e la gestione degli ordini e-commerce. Ognuna supporta la modalità strobo ed è disponibile in configurazioni adatte all’integrazione con i nastri trasportatori.
DL5 – Matrice di LED ad Alta Intensità
Intensità di picco molto elevata in modalità stroboscopica. Risposta di attivazione rapida. Ideale per la Lettura di Codici a Barre ad Alta Velocità e la verifica delle etichette su Nastro Trasportatore ad Alta Velocità.
DL6 – Matrice di LED ad alta densità
Stabilità termica HTTM per un funzionamento continuo su più turni. Illuminazione uniforme su un’ampia area per l’ispezione della superficie superiore dei pacchi e il rilevamento della presenza di etichette.
BL3 — Retroilluminatori a LED
Retroilluminazione ad alta uniformità per il rilevamento delle dimensioni della sagoma dei pacchi e la misurazione dell’ingombro. Prestazioni stabili indipendentemente dalle dimensioni variabili dei pacchi e dalla velocità del nastro trasportatore.
DC6 — High Density LED Ring
Illuminazione ad anello quasi coassiale per la verifica della qualità di stampa e dei codici a barre. Illuminazione senza ombre sulle superfici delle etichette. Design compatto, ideale per spazi di installazione ristretti.
Domande frequenti
Gli illuminatori LED ad Alta Intensità in modalità stroboscopica sono i più efficaci per la Lettura di Codici a Barre su nastri trasportatori veloci. Lo stroboscopio emette un impulso breve e ad alta intensità sincronizzato con l’esposizione della telecamera, congelando il movimento sull’immagine del codice a barre ed eliminando la luce ambientale del magazzino. I tempi di risposta dell’attivazione inferiori a 10 microsecondi garantiscono una sincronizzazione precisa anche a velocità del nastro superiori a 2 metri al secondo.
Un tunnel di lettura di codici a barre con più telecamere è dotato di telecamere e illuminatori che coprono la parte superiore, entrambi i lati e la parte anteriore dell’apertura del nastro trasportatore. Ogni telecamera ha il proprio illuminatore, posizionato in modo da garantire un contrasto adeguato sulla superficie che copre. Per le posizioni superiori e laterali si usano solitamente illuminatori a barra che coprono l’intera larghezza del nastro trasportatore. Gli angoli di illuminazione sono studiati in modo che i riflessi speculari provenienti da un illuminatore non entrino nel Campo di Vista di una telecamera adiacente.
Il rilevamento delle dimensioni dei pacchi utilizza diversi approcci di illuminazione a seconda del metodo di misurazione. I sistemi a Luce Strutturata proiettano un motivo noto e ne sfruttano la distorsione per calcolare il profilo 3D. I sistemi di Retroilluminazione illuminano la sagoma del pacco dal basso per misurarne le dimensioni dell’ingombro. I sistemi di Visione stereo utilizzano un’illuminazione Diffusa per fornire la texture necessaria al riconoscimento delle caratteristiche tra coppie di immagini stereo.
La strategia principale è la modalità stroboscopica con tempi di esposizione brevi della fotocamera. L’impulso stroboscopico fornisce un’elevata intensità di picco durante la finestra di esposizione. Con tempi di esposizione brevi, solitamente inferiori a 1 millisecondo, il contributo della luce ambientale è trascurabile rispetto al segnale stroboscopico. Gli alloggiamenti parziali intorno alla zona di ispezione riducono ulteriormente l’ingresso di luce ambientale proveniente dagli impianti di illuminazione dei magazzini a soffitto alto e dai lucernari.
Per velocità del nastro trasportatore superiori a 1 metro al secondo, sono necessari tempi di risposta dell’attivazione inferiori a 10 microsecondi per garantire una sincronizzazione precisa tra l’accensione dell’Illuminatore e l’esposizione della fotocamera. Tempi di risposta più lunghi aumentano l’incertezza di posizione: a 2 m/s, un ritardo di 100 microsecondi corrisponde a uno spostamento del pacco di 0,2 mm durante il ritardo, il che può causare sfocature o disallineamenti nell’immagine acquisita.
Contatti e informazioni
Contatto per informazioni generali: info@roder.it
Partner per l’integrazione di sistemi e sensori: www.roder.it
Divisione Visione Artificiale RODER: www.visiotronix.com
Divisione Strumenti RODER: www.innovacheck.com
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