Riduzione dei costi nei progetti di visione artificiale attraverso scelte di illuminazione più intelligenti

I sistemi di visione artificiale costituiscono investimenti di capitale. Il costo totale del progetto comprende telecamere, obiettivi, illuminazione, hardware di elaborazione, software, manodopera per l’integrazione, messa in servizio e manutenzione continua. Tra questi elementi, l’illuminazione viene spesso sottovalutata sia per il suo contributo alle prestazioni del sistema sia per il suo impatto sul costo totale del progetto. Scelte di illuminazione inadeguate aggiungono costi in diversi modi: spingono il team verso telecamere e obiettivi dalle specifiche più elevate per compensare la scarsa qualità dell’immagine, allungano i tempi di integrazione attraverso ripetute iterazioni di regolazione e generano chiamate di assistenza sul campo quando il sistema non riesce a funzionare in modo affidabile in produzione.

Optare per un’illuminazione più intelligente riduce il costo del progetto in ogni fase: specifica, integrazione, messa in servizio ed esercizio. Le decisioni più importanti riguardano la geometria di illuminazione, la lunghezza d’onda, il margine di intensità, la gestione termica e la modularità della piattaforma. Ciascuna di esse comporta conseguenze dirette e misurabili sul budget complessivo del progetto e sul costo continuo per mantenere il sistema di visione in funzione durante tutta la sua vita utile.

Il costo reale di un’illuminazione sottodimensionata

L’errore di illuminazione più comune nei progetti di visione artificiale è il sottodimensionamento. Il team seleziona l’illuminatore più economico che sembra funzionare durante i test di laboratorio e passa all’integrazione. Sul campo, il sistema presenta guasti intermittenti. I guasti vengono attribuiti all’algoritmo di visione, alle impostazioni della telecamera o alla variazione dei pezzi ispezionati. Trascorrono ore di ricerca guasti prima che la causa radice venga individuata in un’illuminazione insufficiente o incostante.

Un’illuminazione sottodimensionata si manifesta solitamente come un margine di intensità insufficiente. Se l’illuminatore eroga alla telecamera la luce appena sufficiente per una corretta esposizione in condizioni ideali, qualsiasi variazione della distanza di lavoro, della finitura superficiale del pezzo, del livello di luce ambientale o dell’emissione LED dovuta a deriva termica porterà il sistema al di sotto della sua soglia operativa. Il risultato è un rendimento incostante e un’elevata percentuale di falsi scarti o difetti non rilevati, difficili da diagnosticare e costosi da correggere una volta installato il sistema.

Specificare il margine di intensità in fase di progettazione

Un sistema di illuminazione ben progettato mantiene un margine di intensità minimo compreso tra il 30% e il 50% al di sopra della soglia minima di funzionamento nelle peggiori condizioni possibili. Questo margine assorbe gli effetti combinati dell’invecchiamento dei LED, della riduzione dell’emissione termica, delle variazioni nella riflettanza superficiale dei pezzi e della tolleranza sulla distanza di lavoro. Inserire questo margine in fase di progettazione non costa nulla: significa semplicemente scegliere la taglia successiva nella gamma di illuminatori o ridurre leggermente la distanza di lavoro. Scoprire che il margine è troppo ridotto dopo l’installazione costa molto di più in termini di ricerca guasti, modifiche e tempi di inattività.

Geometria dell’Illuminazione: Come fare la prima volta

La geometria dell’illuminazione determina ciò che la telecamera può vedere. Scegliere la geometria errata impedirà alla telecamera di vedere i difetti o le caratteristiche che l’ispezione deve rilevare. Nessuna elaborazione di immagine può recuperare informazioni che non sono mai state acquisite. Sbagliare la geometria nella fase di prototipo significa riprogettare e sostituire l’illuminatore prima dell’integrazione, aggiungendo costi e ritardi.

Prototipazione con flessibilità della geometria

Le famiglie di illuminatori RODER Vision includono diverse opzioni geometriche: matrice diretta, ad anello, flat dome (cupola piatta), campo oscuro, retroilluminatore e illuminatori a barra. Effettuare la prototipazione con campioni rappresentativi di ciascuna categoria geometrica prima di impegnarsi in un ordine di produzione si rivela altamente conveniente. Il tempo dedicato nella fase di prototipo a testare diverse geometrie è minimo rispetto al costo di rielaborare un sistema integrato dopo che un errore geometrico emerge in produzione.

Molti progetti traggono beneficio dalla combinazione di due modalità di illuminazione: una per il compito di ispezione principale e una seconda per un compito secondario come il rilevamento delle pieghe o l’aumento del contrasto superficiale. Progettare fin dall’inizio un’illuminazione doppia, con illuminatori separati attivati da strobo per ciascuna modalità, è decisamente più economico rispetto al retrofitting di un secondo canale di illuminazione a sistema già costruito.

Selezione della lunghezza d’onda e compatibilità con la fotocamera

La selezione della lunghezza d’onda modella sia la qualità dell’immagine che il costo del sistema. Utilizzare la lunghezza d’onda corretta per il compito di ispezione specifico può consentire a una telecamera dal costo inferiore di raggiungere le medesime prestazioni di rilevamento di una telecamera più costosa operante sotto illuminazione sub-ottimale. Il sensore al silicio di una telecamera monocromatica standard raggiunge la massima sensibilità nella banda del rosso e del vicino infrarosso, tra 600 nm e 900 nm. Un illuminatore a luce rossa o vicino infrarosso sfrutta appieno tale sensibilità di picco e massimizza il rapporto segnale-rumore nell’immagine.

Evitare le telecamere troppo specifiche grazie a una migliore illuminazione

Un fattore di costo comune nei progetti di visione artificiale è il sovradimensionamento della telecamera per compensare un’illuminazione scarsa. Se la luce è troppo debole o genera un rumore d’immagine eccessivo, il team potrebbe optare per l’aggiornamento a una telecamera con un sensore più grande, un rumore di lettura inferiore o un numero di pixel più elevato per recuperare la qualità dell’immagine. Un illuminatore dalle specifiche più elevate e adatto alla sensibilità del sensore rappresenta quasi sempre la via meno costosa. L’incremento del costo dell’illuminatore è una frazione del costo di aggiornamento della telecamera e il guadagno di qualità dell’immagine risultante è solitamente superiore.

Illuminazione Stroboscopica: Efficienza e riduzione dei costi

L’illuminazione stroboscopica riduce l’assorbimento di potenza elettrica del sistema di illuminazione garantendo al contempo un’intensità di picco superiore rispetto a un illuminatore in modalità continua delle stesse dimensioni fisiche. Per l’ispezione su linee di produzione in movimento, la modalità stroboscopica è quasi sempre la scelta corretta. La combinazione di un minore consumo energetico medio, una maggiore durata operativa dei LED dovuta al ridotto stress termico e una maggiore intensità di picco per compiti di congelamento del movimento rende l’illuminazione stroboscopica la modalità operativa più conveniente nella maggior parte delle applicazioni di visione industriale.

Durata e costi di sostituzione dei LED

La durata operativa dei LED negli illuminatori per visione artificiale dipende fortemente dalla temperatura di funzionamento. Un LED che funziona a una temperatura di giunzione di 10 °C superiore al massimo nominale dura circa la metà rispetto a uno che lavora all’interno del proprio margine termico nominale. I sistemi di visione artificiale industriale funzionano solitamente 24 ore al giorno, 365 giorni all’anno. Con questi cicli di lavoro, una differenza del doppio nella vita utile dei LED si traduce direttamente nel raddoppio dei costi di sostituzione e manutenzione nell’arco di vita del sistema.

La tecnologia HTTM di RODER Vision controlla attivamente la temperatura di giunzione dei LED, mantenendola all’interno dell’intervallo ottimale indipendentemente dalla temperatura ambiente o dalla variazione della corrente di pilotaggio. Ciò prolunga la vita utile dei LED e riduce la frequenza di sostituzione dell’illuminatore. Per un sistema di produzione in funzione continua per un periodo da cinque a dieci anni, il risparmio manutentivo derivante dalla maggiore durata dei LED è notevole e rientra a pieno titolo nel calcolo del costo totale di proprietà quando si confrontano le opzioni di illuminazione.

Piattaforme di Illuminatori modulari e costi a lungo termine

I sistemi di visione artificiale vengono spesso modificati e aggiornati nel corso della loro vita utile. I requisiti di ispezione cambiano con l’evolversi della gamma di prodotti. Nuovi tipi di difetto si aggiungono all’elenco di ispezione. Le velocità di produzione aumentano. Una piattaforma di illuminazione modulare che supporta cambi di formato, variazioni di lunghezza d’onda e potenziamenti di intensità senza sostituire l’intero gruppo illuminatore riduce in modo marcato il costo del ciclo di vita del sistema di visione.

Illuminatori a barra modulari Roder Vision

Gli illuminatori a barra modulari RODER Vision sono assemblati a partire da segmenti standard di lunghezza definita. Un illuminatore a barra che debba essere esteso per coprire un campo visivo più ampio viene ampliato semplicemente aggiungendo altri segmenti. La lunghezza d’onda può essere modificata sostituendo i moduli LED all’interno del corpo meccanico esistente. Questa modularità elimina la necessità di riprogettare e sostituire l’intero gruppo di illuminazione quando cambiano i requisiti di ispezione, riducendo sostanzialmente il costo degli aggiornamenti del sistema.

Riduzione dei costi di integrazione e messa in Servizio

Il tempo di integrazione e messa in servizio costituisce una quota consistente del costo di un progetto di visione artificiale. Gli illuminatori difficili da montare, allineare e regolare aggiungono ore di integrazione. Gli illuminatori che richiedono staffe su misura o interfacce di montaggio non standard aggiungono costi di progettazione e fabbricazione meccanica. Gli illuminatori con interfacce di controllo complesse o proprietarie aumentano l’impegno di integrazione software.

Gli illuminatori RODER Vision utilizzano interfacce di montaggio M4 e M6 standard e sono dotati di filettature per accessori passo C e passo S per il montaggio di filtri e obiettivi. L’interfaccia di trigger dello strobo funziona con livelli logici a 5 V e 24 V e può essere pilotata direttamente dalle uscite di trigger delle telecamere per visione artificiale senza hardware aggiuntivo di condizionamento del segnale. Queste interfacce standard riducono il tempo di integrazione ed eliminano la necessità di progettare interfacce meccaniche ed elettriche personalizzate.

Costo totale di proprietà: Un quadro di riferimento per la selezione degli Illuminatori

Il costo totale di proprietà (TCO) per l’illuminazione nella visione artificiale include: il costo d’acquisto iniziale, il costo di integrazione e messa in servizio, il costo dell’energia elettrica durante la vita del sistema, il costo di manutenzione e sostituzione durante la vita del sistema e il costo dei tempi di inattività derivanti da guasti di ispezione legati all’illuminazione. Un illuminatore dal prezzo d’acquisto contenuto ma con scarsa gestione termica, breve durata dei LED e interfacce non standard comporta solitamente un TCO più elevato rispetto a un illuminatore dalle specifiche superiori di un produttore professionale.

Valutare gli illuminatori in base al TCO anziché al solo prezzo d’acquisto conduce coerentemente a migliori risultati di progetto. Il divario di prezzo d’acquisto tra un illuminatore professionale e un’unità economica viene solitamente recuperato entro il primo anno di esercizio grazie a minori costi di manutenzione, un ridotto consumo energetico e un minor numero di errori di ispezione. Per un sistema in funzione da cinque a dieci anni, il vantaggio in termini di TCO dell’illuminatore professionale è estremamente significativo.

Prodotti e tecnologie

Famiglie di Illuminatori Roder Vision per progetti di visione a costi contenuti

Le famiglie di prodotti RODER Vision sotto riportate combinano elevate prestazioni, lunga durata operativa e interfacce standard per mantenere bassi i costi totali di progetto e di proprietà.

Domande frequenti