VISION...ando

Una Visione più aperta, grazie a LabVIEW

2010-06-21T13:21:00.000-07:00

Una Visione più aperta, grazie a LabVIEW

16 Giugno 2010: VforM, consueto appuntamento annuale da non perdere !

2010-04-08T14:08:00.000-07:00

L'annuale appuntamento tutto italiano per la Visione Artificiale, si è tenuto a Parma presso l'HOTEL PARMA E CONGRESSI il 16 Giugno 2010.
Meta atipica, quella di Parma, per la Visione ma significativa per una realtà Italiana legata al settore del fooding e packaging che ha ben resistito ai duri colpi del 2009, non a caso alcune delle più significative fiere si sono svolte presso la zona Fiera dell'omonima città proprio lo scorso anno ! ... strategica anche come location.
Tante le novità per la Visione dal punto di vista tecnologico con le soluzioni intelligenti basate su smart camera ed il 3D che prende sempre più piede.
Interessante vetrina anche per capire chi ha resistito ai venti turbolenti del 2009 ed è pronto e rampante a ripartire in questo 2010 carico di aspettative ed ormai giunto al giro di boa!
Numerose le novità e le soluzioni presentate ... per tutti i problemi e per tutti costi !
Per l'elenco espositori:
http://www.fieramilanoeditore.it/notizie/VforM-Vision-for-Manufacturing-2010.asp
http://www.mostreconvegno.it/

Prossimamente articolo sulla rivista specializzata di AidA: SDA

VISIONE: Case History

2010-03-10T05:07:00.000-08:00

VISIONE: Case History

Simulare per Credere

2009-11-02T15:19:00.000-08:00

Simulare Per Credere

Vision for Manufacturing: Edizione 2009

2009-10-21T02:57:00.000-07:00

Vision for Manufacturing: edizione 2009

Vedere per Muovere, muovere per Vedere

2009-09-11T01:36:00.000-07:00

Vedere Per Muovere_Muovere Per Vedere_2009

... ma cosa sono questi Sistemi di Visione !

2008-07-21T06:37:00.000-07:00

Cominciamo con due righe di storia spiccia: la Visione artificiale inizia ad essere un ‘qualcosa’ di abbordabile da qualsiasi comune mortale in settori industriali e non più esclusiva conoscenza di guru in laboratori universitari, con la comparsa sul mercato delle stazioni Macintosh equipaggiate di sistema operativo System OS, quindi si parla temporalmente della seconda metà degli anni ’80. I Personal Computer dotati di sistema operativo DOS e scarsi di risorse non erano ancora ‘capaci’ di manipolare e supportare immagini in termini computazionali ed entro tempi decenti, quindi la visione, intesa come processo di acquisizione ed elaborazione immagine, trovava unica possibilità di implementazione nei Macintoch o Works Station SUN. Ancora prima la visione ora implementabile solo su dispositivi elettronci esclusivi e costruiti solo per specifici scopi, ovviamente chiusi e poco flessibili.
Con Windows si apre per i PC la possibilità di manipolare della grafica e quindi di praticare della Visione Artificiale. Poi e’ storia recente e risaputa ....

Il termine Visione Artificiale significa tutto o tanto e nel contempo NULLA ! di per se significa vedere un fenomeno o un ‘qualcosa’ esterno al dispositivo, catturare l’immagine di quello che stà avvenendo esternamente ed elaborare internamente al dispositivo l’immagine catturata per fornire un risultato.
Il sistema di Visione emula, per cosi dire, ciò che già fà l’uomo con la macchina fotografica, ma a velocità, affidabilita’, ripetitività, etc. superiori e garantendo una reazione, in termini di automatismo, deterministica ed infallibile !
Da qui si apre un mondo relativo alla visione che merita specifiche distinzioni nei vari sotto settori.
Fare Visione artificiale è prendere un’immagine ed elaborarla per ottenere effetti vari, fare Visione è anche fare del rendering 3D, fare Visione significa anche prendere una serie di immagini e costruirci un film o al contrario modificare parti di film, questo rappresenta una branchia della Visione che viene detta di ‘Video Editing’, fare Visione significa prendere una immagine ed analizzarla per fornire un risultato matematico o una condizione di Buono/Scarto.
Nel termine ‘Visione’ quindi sono raccolte molteplici tipologie di implementazioni.
La Visione che si preoccupa di catturare una immagine, analizzarla adeguatamente e fornire un risultato algoritmico o un Buono/Scarto e’ oggi definita coma ‘Machine Vision’.

Un Sistema di Machine Vision quindi costituisce quel sistema elettronico capace di acquisire una immagine dal campo, portarla in memoria e attraverso una applicazione software ed una CPU, analizzare l’immagine per ricavarne una informazione algoritmica attraverso la quale il sistema stesso e’ in grado di prendere una decisione conseguente. Detto in soldoni e per fare un esempio si puo’ immaginare un sistema dotato di telecamera e unità di elaborazione capace di analizzare i tappi di bottiglia e scartare quelli difettosi.

Anche il Machine Vision puo’ poi assumere varie personalizzazioni che dipenderanno dagli impieghi e dai settori di implementazione ma la struttura base che tipicamente caratterizza un sistema di Visione rimane una costante:

(CPU + memoria, FPGA, DSP, altro....), unita’ di elaborazione
Elettronica di acquisizione immagini
Telecamera
Ottica
Illuminatore
Struttura meccanica

L’impiego più comune di un sistema di visione è quello di controllare la completezza e la qualità di un prodotto: che tutte le parti di un assemblato siano presenti e montate correttamente, che la superficie non presenti graffi o difetti, che il livello di riempimento di un liquido sia all’altezza desiderata, ect.
I campi applicativi per un sistema di misura ottico sono i più svariati, sia in applicazioni di laboratorio (misura provini sotto stress di trazione o compressione, misura di bottiglie e contenitori plastici a campione) sia in produzione (misura lunghezza molle, misura diametri di guarnizioni, misura di interasse fori prima di una operazione di montaggio). Le attuali alternative ad un sistema di visione sono: sensore laser, profilometro, tastatori meccanici, misura manuale. Rispetto ai metodi elencati, un sistema di visione presenta il vantaggio di essere rapidamente riconfigurabile, utilizzabile sia in laboratorio che in produzione, essere scalabile su svariate soluzioni hardware con relative precisioni e risposte in termini di velocità, dare misure oggettive e ripetibili, poter visualizzare l’oggetto misurato e le rispettive quote in modo da dare un feedback immediato all’operatore.
Non si può separare il concetto di misura da quello di precisione. Nel caso di una grandezza elettrica, la precisione di misura dipende da fattori quali la linearizzazione della risposta, il rapporto segnale / rumore, il numero di bit del convertitore analogico/digitale ecc. Nel caso della misura eseguita con un sistema di visione i fattori che influenzano la stabilità e la precisione della misura sono:

La qualità della scheda di acquisizione immagini (Frame Grabber);
l’Ottica;
Qualità e risoluzione della videocamera e il campo di vista inquadrato (FOV);
L’illuminazione;
Il software di misura.

Elettronica di acquisizione immagini (Frame Grabber)
Per elettronica di acquisizione immagini si intende quel dispositivo elettronico atto all’acquisizione del segnale proveniente dalla telecamera che viene preso e portato in memoria come immagine per poter essere successivamente, con tempi piu’ o meno rapidi, elaborata per fornire l’informazione numerica che si và cercando.
Il dispositivo puo’ poi essere alloggiato in un PC ed in tal caso si tratta di una scheda elettronica tipicamente su bus PCI o PXI o oggi PCI/PXI Express e capace di acquisire segnali provenienti da telecamere che posso essere Analogiche, come nel caso delle ancora presenti sul mercato ma un po’ datate telecamere CCIR/RS170 o PAL/NTSC, oppure schede capaci di acquisire segnali Digitali provenienti da telecamere di nuova generazione che comunicano su bus FireWire o GiGe o il veloce CameraLink.
Spesso questi dispositivi atti all’acquisizione delle immagini sono sganciati ed indipendenti da un PC e sono delle stazioni completamente indipendenti in grado di acquisire ed elaborare l’immagine per dare un risultato finale. Un esempio e’ il Compact Vision System (CVS) di National Instruments, basato su architettura Motorola e con Pharlap come sistema operativo, capace di acquisire immagini da telecamere FireWire ed elaborare un risultato automaticamente in base alle routine di elaborazione immagini con cui e’ stato programmato.

Ottica
Il ruolo dell’ottica è quello di mappare il mondo reale nel sensore della videocamera denominato CCD e composto da piccole parti definite come “pixel” che insieme vanno a catturare la scena che si pone davanti ad esso. Nessuna ottica è esente da problemi di distorsione: talvolta le condizioni di lavoro sono tali da poter trascurare questi parametri, altre volte occorre utilizzare ottiche disegnate allo scopo di minimizzare distorsioni geometriche (ottiche telecentriche). In molti casi è necessario utilizzare delle funzioni che “correggono” l’immagine acquisita via software.

Telecamera
La telecamera costituisce il dispositivo vero e proprio di acquisizione dell’immagine. Caratterizzata da un sensore CCD o CMOS capace di impressionare l’effetto luminoso presente nella scena inquadrata sulla matrice di sensori fotovoltaici (pixel) e di traformarlo in una grandezza elettrica digitalizzabile da trattare elettronicamente. I sensori possono avere definizioni differenti in termini di quantità di pixel e supportano metodi di trasmissione dell’immagine vari. Inizialmente il segnale era analogico, secondo lo standard CCIR/RS170 o PAL/NTSC, per motivi storici derivanti dalla televisione, oggi si è evoluta verso standard digitali come il FireWire, GiGe o il veloce CameraLink.

Risoluzione del sensore della videocamera
Spesso ci sentiamo porre questa domanda: “quale è la precisione di un sistema di misura ottica?” E’ un pò come chiedersi: quale è la precisione di uno strumento a 14 bit? La risposta corretta è: “Dispende dal range di misura: su 10V è possibile apprezzare 10/16384 = 610 µV”. Per analogia, in un sistema di visione la precisione dipende dal campo di vista inquadrato (Field Of View – FOV) e dalla risoluzione geometrica del sensore. Per esempio, un sensore da 1Mpixel (1000x1000) che inquadra un campo di vista di 10 cm definisce un mapping pixel/mm di 10 pixel per mm, quindi 1 pixel = 0.1 mm. Se da una parte vale il criterio di Nyquest, per cui il minimo particolare apprezzabile è il doppio della frequenza di campionamento, d’altra parte ci viene in aiuto la matematica sub-pixel, che individua un particolare con una precisione superiore a quella ottenibile otticamente. Per ottenere questo risultato ci si basa sul valore del livello di grigio del pixel e di quelli vicini. Dal punto di vista algoritmico molto dipende da toolkit impiegato, ad esempio, il software IMAQ Vision di National Instruments si spinge fino ad 1/12 di pixel. Per ottenere questi livelli di precisione è indispensabile che l’illuminazione sia perfettamente stabile, ragion per cui è difficile in situazioni pratiche spingersi oltre il ¼ di pixel (nel nostro esempio, 25 µm).

Illuminazione
L’illuminazione gioca un ruolo essenziale nel sistema di misura: infatti la ripetibilità della misura è invariabilmente condizionata dalla ripetibilità con cui si riesce ad acquisire l’immagine di partenza.
Banalmente si pensi di entrare in una stanza buia, e’ ovvio che non si vedra’ nulla, se pero’ accendiamo la luce una mole incredibile di informazioni su quella stanza verranno immediatamente percepite. La soluzione di Visione ad una problematica viene principalmente da una corretta illuminazione capace di esaltare o far emergere l’informazione che si cerca; una corretta illuminazione al caso specifico consente di avere una immagine con all’interno l’informazione che si deve analizzare senza dover manipolare l’immagine oltremodo aumentando i tempi di ciclo e ottenedo soluzioni approssimative e poco robuste. E’ importante ricordare che il software puo’ manipolare e aiutare a ricavare l’informazione che si cerca in una immagine ma non puo’ miracolosamente migliorare una immagine compromessa fin dall’inizio a causa di un non corretto condizionamento dell’ambiente circostante alla scena. E’ oltremodo importante scegliere non solo la tipologia di luce piu’ adatta all’ambiente, all’applicazione e sopratutto al materiale con cui si ha a che fare (LED, fluorescente, IR, UV, Colorata o Bianca, etc.) ma anche la struttura meccanica che porta la luce: Ring Illuminator, Spot, Dome Illuminator, Back Illuminator, etc. che deve essere scelto accuratamente in funzione dell’applicazione e dell’informazione che si vuole ottenere. Se ad esempio si devono effettuare misure dimensionali sulle zone perimetrali di un pezzo l’illuminatore piu’ adatto sara’ quello che mi crea un forte contrasto e che mi esalti la siluette perimetrale dell’oggetto in modo da svolgere facilmente le misure, ecco chel’illuminatore piu’ adatto sara’ un back illuminator bianco, in grado di illuminare il pezzo sotto test dal retro.

Software di misura
Una volta acquisita l’immagine, è necessario eseguire una serie di operazioni che la trasformano in una serie di numeri, che sono appunto le misure effettuate. Il software di visione di National Instruments, ad esempio, con oltre 400 funzioni di imaging, permette di localizzare il pezzo nell’immagine, correggere la distorsione ottica e gli errori di montaggio meccanico della videocamera, localizzare i margini e i punti di misura, eseguire interpolazioni sub-pixel e altro ancora.
La localizzazione del pezzo è necessaria quando il posizionamento del pezzo stesso sotto la videocamera risulta essere meno preciso del massimo errore ammissibile.
La calibrazione ha il doppio scopo di “tradurre” le quote da pixel a unità reali (µm o mm) e di compensare la distorsione ottica e di montaggio della videocamera.
Esistono poi funzioni gia’ predisposte a specifici scopi e che ne facilitano l’impiego come ad esempio macro di OCR per il riconoscimento caratteri o funzioni di lettura BarCode o DataMatrix e altro ancora.

Guida agli Illuminatori

2008-07-06T14:27:00.001-07:00

Guida pratica per la selezione dell'illuminatore piu' adeguato ad un Sistema di Visione

Guida Illuminatori - Upload a Document to Scribd

Guida alla Selezione delle Ottiche

2008-07-04T16:56:00.000-07:00

Guida alla Selezione delle Ottiche

Publish at Scribd or explore others: eBooks Academic Work ebook gratis

Sistema di Visione Artificiale per Robot Pick&Place

2008-05-28T01:01:00.000-07:00

Sistema di Visione Artificiale per Robot Pick&Place - Upload a doc

Profonde Visioni

2008-05-28T00:51:00.000-07:00

Profonde Visioni - Upload a doc

Luci, Motore, LabVIEW - Ecco la Smart Camera di National Instruments

2008-05-26T02:19:00.000-07:00

Luci, Motore, LabVIEW –
Ecco la Smart Camera di National Instruments

Marco QUAGLIA

Visita un qualsiasi centro di produzione moderno e scoprirai una realtà ormai diffusa: i dispositivi embedded programmabili sono divenuti piattaforme largamente utilizzate per svariati tipi di misure.

Questi dispositivi embedded programmabili sono disponibili in varie tipologie quali data logger embedded, sistemi SCADA, PAC (programmable automation controller) e drive per motori intelligenti. Così come Ethernet ha fornito una comune interfaccia hardware per la connessione di tali disposiviti, l'ambiente di sviluppo grafico LabVIEW di National Instruments ha fornito una comune interfaccia software per programmarli.
In aggiunta alla sempre crescente lista di dispositivi industriali embedded da programmare con LabVIEW, National Instruments presenta la prima famiglia di Smart Camera. Queste smart camera sono perfettamente adatte per applicazioni di visione industriale quali ispezioni di imballaggi, verifiche di assemblaggio e letture di codici 1D e 2D. Le Smart Camera di National Instruments impiegano lo stesso driver NI-IMAQ e il software Vision Development Module utilizzati con i sistemi basati su PC, semplificando il passaggio dalle fasi di progettazione alla distrubuzione finale.

NI Smart Camera
Una tipica telecamera industriale acquisisce e trasmette immagini attraverso un bus standard come Camera Link o IEEE 1394 ad un PC host o ad un sistema che elabora le immagini per estrarre informazioni rilevanti. Le Smart Camera di National Instruments semplificano questo processo analizzando le immagini direttamente a bordo della telecamera, grazie ad un processore PowerPC che esegue LabVIEW Real-Time e l’intera suite di algoritmi di visione di National Instruments. Il primo modello della famiglia, la Smart Camera 1722 è dotata di un PowerPC a 400 MHz, mentre la seconda telecamera, la Smart Camera 1742, dispone di un PowerPC a 533 MHz. Il sensore ottico all'interno delle due smart camera è un CCD (charge-coupled device) di alta qualità, in grado di acquisire immagini monocromatiche a risoluzione VGA (640 x 480) alla velocità di 60 fotogrammi al secondo. Il sensore CCD produce immagini nitide, migliorando l’accuratezza di algoritmi tipo quelli di identificazione dei bordi e di pattern-matching. La combinazione del processore PowerPC con il sensore ottico CCD, entrambi controllati da LabVIEW, fornisce un sistema di visione integrato, facilmente distribuibile, in grado di trasmettere direttamente i risultati delle ispezioni al posto di immagini grezze.
Per comunicare i risultati ad altri dispositivi industriali, le Smart Camera di National Instruments dispongono di I/O digitale integrato e sono compatibili con protocolli industriali basati sia su seriale sia su Ethernet, come il Modbus TCP. Le linee digitali di I/O presenti sulle Smart Camera di National Instruments sono optoisolate, per consentire la connettività diretta con dispositivi industriali quali trigger e attuatori. Per agevolare la comunicazione basata su Ethernet, le Smart Camera dispongono di due porte gigabit Ethernet. È possibile collegare una porta a una rete industriale per effettuare il report dei risultati delle ispezioni e mettere l'altra porta in comunicazione con dei dispositivi PAC, quali CompactRIO o Compact FieldPoint, per espandere gli I/O a disposizione, o con dei dispositivi industriali tipo PLC (programmable logic controller) o interfacce uomo macchina (HMI).

Ulteriori vantaggi della Smart Camera 1742 di National Instruments
Oltre ad un processore più potente, la Smart Camera 1742 include il supporto per encoder in quadratura ed un controller strobo e un drive integrati per illuminare i LED. Grazie al supporto per encoder in quadratura, la Smart Camera 1742 è in grado di sincronizzare le ispezioni con sistemi drive lineari e rotanti. Questa caratteristica semplifica la temporizzazione in applicazioni complesse dove la consistenza rappresenta un fattore critico per il successo del sistema.
Per illuminare direttamente gli oggetti sotto la camera, la Smart Camera 1742 dispone inoltre di tecnologia NI direct drive lighting. Nella maggior parte dei sistemi di visione, l’illuminazione tipicamente è comandata
da un controller LED strobo esterno. In questo scenario, i segnali di trigger vengono inviati al controller per comunicare alla testa di illuminazione quando e come accendersi. I controller strobo possono essere dei componenti aggiuntivi costosi per le applicazioni di visione industriale. Per abbassare i costi e semplificare le connessioni, la Smart Camera 1742 ha un controller di illuminazione integrato che permette di comandare le luci direttamente dalla camera stessa. Il controller integrato è in grado di erogare sia una corrente DC costante di 500 mA sia una corrente strobo fino ad 1 A. La luce strobo permette di aumentare l’intensità fino a quattro volte senza danneggiare la testa di illuminazione.

Scalabilità impareggiabile
Tutte le Smart Camera di National Instruments includono il software Vision Builder for Automated Inspection (AI). Vision Builder AI è un ambiente di sviluppo configurabile per applicazioni di visione, utilizzato per realizzare e distribuire applicazioni di visione industriale complete in modo semplice e rapido. Le applicazioni Vision Builder AI si basano su un modello a diagrammi di stato di facile utilizzo. Questo modello permette di configurare ispezioni sofisticate che includono funzionalità di looping e branching senza bisongo di programmazione. Vision Builder AI include, inoltre, tutte le funzionalità necessarie per sviluppare sistemi di visione industriale completi: triggering avanzato, acquisizione dati da dispositivi, comunicazione con HMI e PLC, e controllo di linee digitali di I/O.
Per applicazioni più avanzate, le Smart Camera di National Instruments possono essere utilizzate come target LabVIEW Real-Time, per portare anche su questa nuova piattaforma la potenza degli algoritmi di LabVIEW e del Vision Development Module. Sono compatibili con le telecamere anche altri moduli supportati da LabVIEW Real-Time, come il LabVIEW Control Design and Simulation Module.
La gamma di piattaforme hardware NI per la visione spazia da sistemi basati su PC a sistemi basati su PCI e PXI, fino a sistemi di visione compatti, che ora comprendono anche il sensore con le nuove NI Smart Camera. La gamma completa di prodotti è compatibile sia con LabVIEW sia con Vision Builder AI. Questo permette di progettare e prototipare i propri algoritmi di visione industriale utilizzando una telecamera commerciale connessa a un frame grabber NI e distribuire la stessa applicazione su una Smart Camera di National Instruments, apportando minimi cambiamenti al codice LabVIEW o alle ispezioni create con Vision Builder AI.

Il resto dell'immagine
I sistemi di visione normalmente coinvolgono altri I/O e consentono di gestire opportunamente i dati in rete, per scambiare dati con altri dispositivi industriali. Le Smart Camera sono progettate per garantire una stretta integrazione con i dispositivi PAC ed HMI di National Instruments. Questo semplifica l’espansione di applicazioni basate su piattaforme realizzate con dispositivi NI PAC, con l’aggiunta di tecnologie di visione. Infatti, un singolo progetto LabVIEW può contenere i VI di ispezione della Smart Camera insieme al codice per il controllo assi, l’acquisizione dati e l’interfaccia utente. Ogni aspetto riguardante lo scambio dei dati può essere gestito con le variabili condivise, semplificando il compito di trasferire i dati tra componenti diversi del sistema.
Per completare la gamma di prodotti Smart Camera, National Instruments offre una vasta selezione di accessori per la visione industriale, per realizzare sistemi in un semplice passo invece di costruire componenti personalizzati. National Instruments ora offre direttamente lenti, luci, supporti di montaggio, cavi e molti altri componenti. Questo semplifica la ricerca di tutti i componenti necessari in applicazioni di visione industriale.

Soluzioni All-in-One
Le Smart Camera di National Instruments forniscono soluzioni all-in-one per una molteplicità di applicazioni di visione industriale. Combinando un sensore ottico di qualità e un processore a 32-bit ad alte prestazioni, le Smart Camera di National Instruments rappresentano uno strumento potente e innovativo per la realizzazione di soluzioni complete di visione industriale. Grazie alla potenza delle variabili condivise su Ethernet, l'integrazione della visione industriale in sistemi nuovi o già esistenti non è mai stata così facile.

La combinazione del processore PowerPC con il sensore ottico CCD, entrambi gestiti da LabVIEW, realizza un sistema di visione all-in-one, facilmente distribuibile, in grado di trasmettere i risultati delle ispezione invece di immagini grezze.

Marco QUAGLIA
System Engineer Vision and Motion
NATIONAL INSTRUMENTS Italy

Una Cavalcata Inarrestabile

2008-05-26T02:03:00.001-07:00

Una Cavalcata Inarrestabile - Upload a doc

Va dove ti porta la tecnologia...

2008-05-26T01:52:00.000-07:00

Va dove ti porta la Tecnologia... - Upload a doc

LabVIEW su una telecamera - introduzione alla Smart Camera

2008-05-26T01:23:00.000-07:00

LabVIEW su una telecamera - introduzione alla Smart Camera di National Instruments - Upload a doc

Il Battesimo dell'Associazione della Visione

2008-05-21T06:00:00.000-07:00

IMVG - Upload a doc

Diamo Fiducia alla Visione

2008-05-21T05:19:00.000-07:00

Automazione Industriale novembre 2006
Scenari

Diamo fiducia alla visione

Le difficoltà iniziali che un utente affronta nell’impostare un progetto di visione artificiale e i dubbi che, una volta avviato il progetto, sorgono a minare la certezza di una buona riuscita del sistemadi visione: come scoprire se la strategia software è corretta e se il prototipo sta costando il prezzo giusto?

di Marco Quaglia

È ormai consolidata l’opinione comune che la visione artificiale abbia beneficiato dello sviluppo tecnologico verificatosi almeno negli ultimi cinque anni. Se in un immediato passato le soluzioni provenienti dalla visione erano applicabili solo in determinati settori ed erano viste come tecnologie “delicate” e avveniristiche, poco robuste o comunque di difficile implementazione nell’ambito industriale - si ricordano, ad esempio, un sistema di guida stellare per un telescopio installato in Messico e applicazioni nell’ambito medicale per l’analisi delle cellule al microscopio - nel presente gli utenti tendono a dar loro maggiore fiducia, incoraggiati anche dai risultati ottenuti sul campo in ambienti ostici ritenuti tipicamente inaccessibili.
In questa fase di transizione e accettazione, che ancora si sta evolvendo senza risparmiare sorprese, hanno avuto un ruolo determinante diverse concause: indubbiamente la presenza sul mercato di supporti elettronici e strumenti di programmazione decisamente più potenti, veloci e affidabili, ma anche una cultura e una conoscenza del settore più ferrata da parte dell’utenza che, essendo in grado di capire i mezzi e le potenzialità messe a disposizione dalla visione, è
capace di valutarne meglio i prodotti e intuirne le finalità e le possibili implementazioni. Maggiore cultura e capacità di comprensione da parte degli addetti ai lavori, spiegabile in un cambio generazionale e culturale e in una mirata capacità di fare informazione da parte dei fornitori, ha diffuso un generico senso di fiducia nei confronti di questo settore che prima mancava. Spesso la visione si proponeva come alternativa valida a soluzioni ormai consolidate (sensori e plc), ma l’incapacità di comprenderne i retroscena e i vari aspetti al contorno spaventava l’utente finale che, con la visione, si ritrovava a dover diventare in un tempo limitato un esperto di telecamere e framegrabber, ma anche di illuminazione, meccanica, ottica, algoritmi “strani” per l’elaborazione immagine e di tutto quello che tipicamente serve per realizzare un sistema completo di visione, mettendo in discussione ciò che funzionava in modo ormai consolidato da anni...
In effetti, questa situazione avrebbe spaventato chiunque. In realtà, quello che è poi accaduto e ancora accade è il ripetersi di storie passate “già viste”: il mercato impone tempistiche e prezzi sempre più competitivi e, con un “colpo al cerchio e uno alla botte”, si va avanti, i fornitori rilasciano tool software ormai di facile impiego per hardware estremamente evoluti, come piattaforme RealTime e Fpga, impossibili da usare però a basso livello. Un utente “normale”, con uno sforzo veramente minimo, riesce a cambiare metodologia di lavoro, a reingegnerizzare i sistemi basandosi su tecnologie innovative e pian piano acquista fiducia in ambienti e tecnologie che al solo titolo lo spaventavano; soprattutto, scopre che in questo passo verso il cambiamento non è solo ma appoggiato da nuove figure esperte nate insieme con le nuove tecnologie: sempre più spesso, infatti, i fornitori si circondano di system engineering o integratori specializzati nel settore della visione, proprio per offrire un supporto valido di partenza e manutenzione al lavoro del cliente.
Se analizziamo la situazione dal punto di vista dell’utenza nascono delle domande relative alle difficoltà iniziali nell’affrontare la problematica la cui soluzione risiede nella visione: come si compone un sistema minimo di visione? Quali componenti servono per affrontare la specifica problematica? Quanto tempo e denaro è lecito dedicare per la soluzione? Quali funzioni o software in generale si possono usare per sviscerare il problema e ricavare l’informazione che si vuole dall’immagine catturata? Una volta avviato il progetto, sorgono altri dubbi che minano la fiducia nella buona riuscita di un sistema di visione: si sta seguendo la strategia software corretta? Si è realizzato il sistema in modo corretto? Il prototipo sta costando il prezzo giusto? Per eludere questi e altri miliardi di quesiti, il metodo più adeguato non è certo quello di studiare intere enciclopedie o saggi del settore “Visione”, poiché il rischio è di impiegare tempo nel risolvere i problemi legati alla visione e non quelli legati alla specifica esigenza, che è poi lo scopo finale del sistema; al limite, ci si può aiutare con il potente mezzo di internet per trovare esempi di applicazioni simili e da quelle prendere spunto; ma il metodo decisamente più efficace è quello di appoggiarsi a mezzi hardware di facile accesso e toolkit software di immediata comprensione e intercambiabilità.
Fastidioso è scoprire, dopo settimane di approfondimenti sull’hardware e righe di codice scritte, di aver sbagliato completamente strategia, perchè si sono mal interpretate le specifiche dei supporti hardware e software di cui si sta facendo uso! In questo caso, purtroppo, la soluzione è ricominciare da capo o riadattare ciò che si è già fatto con un conseguente quanto inevitabile lievitare dei tempi e costi progettuali. Certo, ci si può sempre avvalere di consulenze esterne e specifiche, ma questo alla lunga non ripaga a livello di manutenzione; oppure, ci si può basare su hardware custom o applicazioni chiuse, ma quando poi si tratta di aggiornarle o migrare su sistemi diversi da quelli nativi, allora “sono dolori” sia tecnici sia economici.
In questo contesto, l’architettura ideale è rappresentata da un sistema hardware e software di cui l’utente possa averne in mano la conoscenza e quindi sia in grado di usarlo facilmente, con limitati sforzi iniziali, inoltre che sia trasferibile sulle piattaforme più standard come Windows, Real-Time o Fpga, senza però cambiare gli strumenti di programmazione e, infine, che la prototipizzazione sia immediata e semplice in modo da “fare e disfare”, semplicemente con pochi colpi di mouse, e ancora, dove la manutenzione e l’aggiornamento non siano “un bagno di sangue”.
Una realtà che si avvicina a quella ideale descritta si ritrova nelle soluzioni National Instruments, dove un sistema di visione, inteso come supporto hardware e software, si compone di una piattaforma che l’utente può concretizzare in un pc basato su Windows, oppure sistemi stand-alone basati su sistema operativo Real-Time oppure Fpga, da scegliere in base ovviamente alle prestazioni e all’ affidabilità, oltre che al determinismo, ricercati, e toolkit di programmazione che mettono l’utente in grado di programmare l’intero sistema nel modo più aperto possibile, introducendo funzionalità che vanno oltre la sola analisi dell’immagine, oppure facilitano la fase preliminare di studio e prototipizzazione con l’ausilio di ambienti di configurazione dove, con semplici e immediate “prove” sulle funzioni applicate alle immagini, l’utente può capire, dai riscontri immediati, come procedere e se la strada che sta seguendo sta dando i risultati aspettati. Tutti i supporti hardware (Framegrabber, FireWire nel pc oppure Compact Vision System come sistema Real-Time) hanno il medesimo comun denominatore software: questo significa che il singolo pacchetto software identificato e utilizzato dall’utente (LabVIEW, o Vision Builder AI) può gestire e programmare sistemi Windows, quindi Pc-based, Real-Time o Fpga indistintamente, estendendo la scelta del software a una scelta aziendale e general purpose. LabVIEW, con l’aggiunta di una libreria specifica per il trattamento delle immagini (Vision Module), consente all’utente di affrontare qualsiasi problematica nell’ambito della visione artificiale. All’interno della libreria, oltre ad esempi di applicazioni risolte, sono anche messe a disposizione funzioni specifiche per la lettura e l’interpretazione di codici a barre, oppure la lettura dei display Lcd o a sette segmenti, interpretazione Ocr oltre che funzionalità di riconoscimento di forme e morfologie. Con LabVIEW rimane vivo il concetto di integrazione tra varie discipline, nel senso che all’interno dell’ambiente si possono, adottando specifiche librerie, affrontare problematiche di visione, ma anche di movimentazione assi, piuttosto che di acquisizione dati, ad esempio, da sensori di temperatura, forza o altro ancora. Più orientato alla prototipizzazione e al test immediato è Vision Builder AI, nel quale non avviene programmazione ma configurazione delle funzioni di visione per verificarne immediatamente l’efficacia o meno.
Rimane costante il concetto di portabilità dei software su piattaforme di varia natura: Windows Pc-based oppure Real- Time e Fpga con il dispositivo Cvs (Compact Vision System), fornito in tre versioni differenti per potenza di calcolo e memoria, le cui specifiche sono fornite in forma completa su sito www.ni.com/vision.

Occhi puntati sul partner giusto
Per accontentare chi vuole sviluppare sistemi e realizzare applicazioni, magari in un tempo limitato, senza le risorse interne specializzate, oppure desidera consulenze specifiche nel campo della visione, National Instruments da anni si appoggia ad aziende partner dotate di esperienza nell’integrazione di sistemi e nello sviluppo di applicazioni basate su tecnologie National Instruments in settori industriali specifici. Chi sono questi partner, quali progetti particolari stanno seguendo e come si sono accostati all’Alliance Member Program, il percorso di certificazione National Instruments, ve lo raccontiamo dopo aver incontrato due di loro, particolarmente attivi sul segmento della visione artificiale, ImagingLab e Sidea.
ImagingLab è partner di National Instruments dalla sua nascita, che risale all’inizio del 2004. Va però ricordato
che esiste un rapporto storico tra National Instruments e ImagingLab. Ignazio Piacentini, che oggi dirige ImagingLab, ha preso parte alle trattative tra Graftek France e National Instruments Corporate, che portarono nell’agosto del 1996 alla cessione delle librerie software ConceptVi. È da questa cessione che ha inizio la linea di prodotti National Instruments per la visione. Ignazio Piacentini è stato Business Development Manager Europe come dipendente di National Instruments per i prodotti di visione dal 1999 al 2003, in diretto contatto con National Instruments Corporate.
È proprio in questi anni che si crea a Milano una struttura interna a National Instruments con il nome Ima- gingLab ed è in accordo con National Instruments che ImagingLab ha mantenuto questo nome. “ImagingLab è essenzialmente una società di engineering”, dice Ignazio Piacentini. “Il rapporto di partnership con National Instruments ci espone alla loro rete di vendita e marketing, con evidenti benefici per entrambe le strutture. Sul piano più strettamente tecnico è invece utile mantenere uno stretto contatto per meglio seguire le richieste e i trend di un mercato in rapida evoluzione”. Qual è la strada migliore per affrontare queste richieste in un mercato così dinamico? “ImagingLab”, continua Piacentini, “è, almeno fino ad oggi, l’unico Alliance Member di National Instruments che si occupa solo di visione e robotica in ambito industriale, a differenza di altri partner che, pur qualificati, hanno obiettivi estesi all’intero settore dell’automazione. Questa focalizzazione dell’attività e dei relativi investimenti permette a Imaginglab di soddisfare meglio e più rapidamente le esigenze dei clienti. I bisogni dei clienti iniziano spesso con domande tipo ‘si può fare?’ e ‘quanto costa?’. Spesso il terzo quesito è ‘cosa devo apprendere per utilizzare un sistema di visione?’. Le risposte a questi quesiti nascono nel nostro laboratorio, spesso con studi di fattibilità, per poi concretizzarsi in macchine e sistemi. Nella fase realizzativa ImagingLab collabora con il cliente se questo ha capacità produttive in house o si avvale di ulteriori partnership con società di integrazione se è richiesto un sistema chiavi in mano. I tool, specialmente software, di National Instruments, hanno un ruolo fondamentale sulla nostra velocità di risposta verso i clienti e sul contenimento dei costi complessivi: un beneficio che i nostri clienti apprezzano”. Tutti i progetti realizzati da ImagingLab hanno fatto uso di componenti hardware e librerie software di National Instruments. ImagingLab ha portato a termine circa 25 progetti/studi di fattibilità in circa due anni e mezzo di attività. Piacentini cita come particolarmente significativi: un sistema integrato di visione e robotica per l’ispezione on line di pneumatici (per Pirelli Pneumatici, con un accordo di Nda), un sistema integrato di visione e robotica per il test automatico di moduli di memoria Dimm prodotte presso EEMS di Rieti, dove la robotica e la visione sono state progettate da ImagingLab, mentre la macchina è stata realizzata in collaborazione con la società Geas. Luigi Tremolada, System Engineer di Sidea, con quindici anni di esperienza nello sviluppo di sistemi in ambito LabVIEW e da due anni certificato LabVIEW Architect, la massima certificazione in questo settore, racconta invece che Sidea è partner di National Instruments dal 1990, proprio dai primi mesi di presenza della filiale italiana di National Instruments. Fu una scelta di collaborazione derivata da una reciproca stima esistente fra gli allora dirigenti delle due aziende e dalla volontà di Sidea di poter far riferimento a una piattaforma hardware e software che già allora si prospettava come l’elemento maggiormente innovativo nel panorama dell’acquisizione dati e della misura.
La struttura essenzialmente tecnica di Sidea garantì allo stesso modo a National Instruments Italia un riferimento qualificato da affiancare agli utenti per l’integrazione dei loro prodotti in soluzioni di maggiore complessità e funzionalità, con particolare riferimento al settore embedded-real time, con forti competenza nel settore dei componenti basati su Fpga e della visione.
Per comprendere il costante interesse verso il mondo della visione, che è sempre stato un must per Sidea, bisogna risalire alle origini di questa società, legate a una presenza forte nel mondo universitario e della ricerca scientifica, dove le problematiche di visione trovarono terreno di studio e applicazione già all’inizio degli anni novanta. “La possibilità di integrare la visione all’interno della proposta Sidea di sistemi di collaudo e misura, ma soprattutto la possibilità di estendere l’ambiente LabVIEW alla gestione delle immagini”, dice Luigi Tremolada, “ci fece conoscere le librerie di programmazione ConceptVi, che sono state la base su cui si è sviluppata l’architettura del software di visione National Instruments. La conoscenza approfondita di queste librerie, in anticipo di circa due anni rispetto all’entrata diretta di National Instruments nel mondo della visione, ci ha fornito un’ottima opportunità per caratterizzarci nel mercato”.
Un mercato, quello della visione, che secondo Tremolada, in Italia, “gode di ampie prospettive di crescita e dove è necessario svolgere un’opera approfondita e seria di formazione per far comprendere come la visione possa essere la soluzione a molti problemi qualora sia affrontata e sviluppata nella massima serietà”. L’intervento di Sidea, in questo senso, si caratterizza nel voler essere punto di riferimento per l’interlocutore, in tutti gli aspetti che egli deve affrontare per valutare se e come un sistema di visione possa risolvere le sue problematiche.
Sono due le soluzioni che Tremolada cita a titolo di esempio per mostrare tutte le potenzialità della sinergia tra la piattaforma National Instruments e le attività Sidea. “Il primo caso è riferito a un sistema finalizzato al mondo del collaudo di fine linea, dove è possibile eseguire misure di accettazione utilizzando per ogni sistema tre telecamere che sono in grado di eseguire circa 200 test al secondo. La base di sviluppo è stata il sistema Cvs di National Instruments, un embedded in grado di essere configurato, e non programmato, dall’utente finale mediante semplici file di testo e di poter essere reso operativo in tempi rapidi. Il secondo è costituito da un sistema di acquisizione immagini ad alta velocità (sino a più di 30.000 frame per secondo) finalizzato a risolvere problemi di analisi del comportamento di organi in movimento (progettazione di macchine meccaniche speciali), di fiamme, di elementi in rottura e così via, dove la base dei tempi di analisi è inferiore al millisecondo. Il sistema opera grazie alla più evoluta scheda di framegrabber oggi disponibile su bus Pci-Express, la Pcie-142 9 di National Instruments”.

Marco Quaglia,
Vision and Motion System Engineer
di National Instruments Italia