Come ridurre i costi dei progetti di Visione Artificiale con una scelta più intelligente dell’illuminazione

I sistemi di visione artificiale sono 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 componenti, l’Illuminatore è spesso sottovalutato sia per il suo contributo alle prestazioni del sistema sia per il suo impatto sul costo totale del progetto. Le scelte di illuminazione sbagliate comportano costi aggiuntivi in diversi modi: costringono all’uso di telecamere e obiettivi di qualità superiore per compensare una qualità dell’immagine inadeguata, aumentano i tempi di integrazione a causa delle ripetute iterazioni di configurazione e generano chiamate all’assistenza sul campo quando il sistema non funziona in modo affidabile in produzione.

Scelte illuminotecniche più intelligenti riducono i costi del progetto in ogni fase: specifiche, integrazione, messa in funzione e funzionamento. Le decisioni più importanti sono la geometria dell’illuminatore, la lunghezza d’onda, il margine di intensità, la gestione termica e la modularità della piattaforma. Ognuna di queste decisioni ha conseguenze dirette e misurabili sul budget complessivo del progetto e sui costi di mantenimento in funzione del sistema di visione per tutta la sua durata.

Il costo reale di un Illuminamento non ben specificato

L’errore di illuminazione più comune nei progetti di visione artificiale è la sottospecificazione. Il team di progetto sceglie l’illuminatore più economico che sembra funzionare durante le prove di laboratorio e procede all’integrazione. Sul campo, il sistema si guasta a intermittenza. I guasti vengono attribuiti all’algoritmo di visione, alle impostazioni della telecamera o alle variazioni delle parti da ispezionare. Si spendono ore di tempo per la risoluzione dei problemi prima di identificare la causa principale: un Illuminatore insufficiente o incoerente.

Un Illuminamento insufficiente si manifesta in genere con un margine di intensità insufficiente. Se l’Illuminatore LED fornisce alla telecamera una luce appena sufficiente per ottenere un’esposizione corretta in condizioni ideali, qualsiasi variazione della distanza di Lavoro, della finitura superficiale del pezzo, del livello di luce ambientale o dell’uscita del LED dovuta alla deriva termica spingerà il sistema al di sotto della sua soglia operativa. Il risultato è una prestazione incoerente e un’alta percentuale di falsi scarti o difetti mancati, 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 minima dal 30% al 50% al di sopra della soglia operativa minima nelle condizioni peggiori. Questo margine assorbe gli effetti combinati dell’invecchiamento dei LED, della riduzione della resa termica, della variazione della riflettanza superficiale dei pezzi e della tolleranza della distanza di lavoro. Creare questo margine in fase di progettazione non costa nulla: è sufficiente scegliere la taglia superiore della gamma di Illuminatori o ridurre leggermente la distanza di lavoro. Scoprire che il margine è insufficiente dopo l’installazione del sistema costa molto di più in termini di risoluzione dei problemi, modifiche e tempi di fermo.

Geometria dell’Illuminazione: Come fare la prima volta

La geometria dell’illuminazione determina ciò che la telecamera può vedere. Selezionando la geometria sbagliata, la telecamera non vede i difetti o le caratteristiche che l’ispezione deve rilevare. Nessuna elaborazione delle immagini può recuperare le informazioni che non sono state catturate. Sbagliare la geometria in fase di prototipo significa riprogettare e sostituire l’illuminatore prima dell’integrazione, con conseguenti costi e ritardi.

Prototipazione con flessibilità della geometria

Le famiglie di illuminatori Roder Vision includono diverse opzioni di geometria: matrice diretta, anello, cupola piatta, campo scuro, retroilluminazione e barra. La prototipazione con campioni rappresentativi di ogni categoria di geometria prima di impegnarsi in un ordine di produzione è economicamente vantaggiosa. Il tempo speso nella fase di prototipazione per testare le diverse geometrie è minimo rispetto al costo di rielaborazione di un sistema integrato dopo la scoperta di un errore di geometria in fase di produzione.

Molti progetti traggono vantaggio dalla combinazione di due modalità di illuminazione: una per l’attività di ispezione principale e una seconda per un’attività secondaria come il rilevamento delle pieghe o l’aumento del contrasto superficiale. Progettare una doppia illuminazione fin dall’inizio, con illuminatori stroboscopici separati per ciascuna modalità, è molto più economico che installare un secondo canale di illuminazione dopo la costruzione del sistema.

Selezione della lunghezza d’onda e compatibilità con la fotocamera

La scelta della lunghezza d’onda influisce sia sulla qualità dell’immagine che sul costo del sistema. L’utilizzo della lunghezza d’onda corretta per la specifica attività di ispezione può consentire a una telecamera più economica di ottenere le stesse prestazioni di rilevamento di una telecamera più costosa in condizioni di illuminamento non ottimale. Il sensore al silicio di una telecamera monocromatica standard ha il suo picco di sensibilità nella banda del rosso e del Vicino Infrarosso, tra i 600 nm e i 900 nm. L’utilizzo di un illuminatore rosso o Vicino Infrarosso sfrutta appieno questo picco di sensibilità e massimizza il rapporto segnale/rumore dell’immagine.

Evitare le telecamere troppo specifiche grazie a una migliore illuminazione

Un fattore di costo comune nei progetti di visione industriale è la sovraspecificazione della telecamera per compensare l’illuminamento insufficiente. Se l’Illuminatore è troppo debole o produce un rumore eccessivo nell’immagine, il team di progetto può passare 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 di qualità superiore, adeguato alla sensibilità del sensore, è quasi sempre la soluzione più economica. L’aumento del costo dell’illuminatore è una frazione del costo dell’aggiornamento della telecamera e il miglioramento della qualità dell’immagine che ne deriva è in genere maggiore.

Illuminazione Stroboscopica: Efficienza e riduzione dei costi

L’Illuminazione Stroboscopica riduce il consumo di energia elettrica del sistema di illuminazione e allo stesso tempo fornisce un’intensità di picco più elevata rispetto a un illuminatore in modalità continua delle stesse dimensioni fisiche. Per le applicazioni di ispezione su linee di produzione in movimento, la modalità stroboscopica è quasi sempre la scelta giusta. La combinazione di un consumo medio di energia inferiore, di una maggiore durata dei LED grazie alla riduzione dello stress termico e di un’intensità di picco più elevata per le applicazioni in 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 dei LED negli Illuminatori Artificiali dipende fortemente dalla temperatura di funzionamento. Un LED che funziona a una temperatura di giunzione superiore di 10°C rispetto al suo valore massimo nominale ha una durata di circa la metà rispetto a un LED che funziona all’interno del suo involucro termico nominale. I sistemi di visione industriale funzionano in genere 24 ore al giorno, 365 giorni all’anno. Con questi cicli di lavoro, una differenza di durata dei LED di un fattore due si traduce direttamente in costi di sostituzione e manutenzione raddoppiati nel corso della 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 ambientale o dalle variazioni della corrente di pilotaggio. Questo allunga la vita dei LED e riduce la frequenza di sostituzione degli Illuminatori. Per un sistema di produzione che funziona ininterrottamente per cinque o dieci anni, il risparmio sui costi di manutenzione derivante dall’estensione della vita utile degli Illuminatori LED è notevole e dovrebbe essere incluso 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 industriale vengono spesso modificati e aggiornati durante la loro vita utile. I requisiti di ispezione cambiano con l’evolversi della gamma di prodotti. Vengono aggiunti nuovi tipi di difetti all’elenco delle ispezioni. La velocità di produzione aumenta. Una piattaforma di illuminatori modulare che supporti i cambi di formato, di lunghezza d’onda e di intensità senza sostituire l’intero gruppo di illuminatori riduce notevolmente il costo del ciclo di vita del sistema di visione.

Illuminatori a barra modulari Roder Vision

Gli illuminatori modulari a barra di Roder Vision vengono assemblati a partire da segmenti standard di lunghezza definita. Un illuminatore a barra che deve essere esteso per coprire un campo visivo più ampio viene ampliato aggiungendo altri segmenti. La lunghezza d’onda può essere cambiata sostituendo i moduli LED all’interno del corpo meccanico esistente. Questa modularità elimina la necessità di riprogettare e sostituire l’intero gruppo illuminatore quando i requisiti di ispezione cambiano, riducendo notevolmente i costi di aggiornamento del sistema.

Riduzione dei costi di integrazione e messa in Servizio

Il tempo di integrazione e messa in funzione è una componente significativa 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 personalizzate o interfacce di montaggio non standard aggiungono costi di progettazione e fabbricazione meccanica. Gli illuminatori con interfacce di controllo complesse o proprietarie aggiungono sforzi di integrazione del software.

Gli illuminatori Roder Vision utilizzano interfacce di montaggio standard M4 e M6 e sono disponibili con filettature per accessori C e S per il montaggio di filtri e obiettivi. L’interfaccia di attivazione stroboscopica è compatibile con i livelli logici di 5 V e 24 V e può essere pilotata direttamente dalle uscite di attivazione delle telecamere per la visione artificiale senza necessità di condizionare ulteriormente il segnale. Queste interfacce standard riducono i tempi 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) di un sistema di Visione Artificiale comprende: il costo iniziale di acquisto, il costo di integrazione e messa in funzione, il costo dell’energia elettrica per tutta la durata del sistema, il costo di manutenzione e sostituzione per tutta la durata del sistema e il costo dei tempi di inattività dovuti a guasti di ispezione legati all’illuminazione. Un Illuminatore a basso prezzo con una gestione termica scadente, una breve durata degli Illuminatori LED e interfacce non standard ha in genere un TCO più elevato rispetto a un Illuminatore con specifiche più elevate di un produttore professionale.

Valutare gli illuminatori in base al TCO piuttosto che al solo prezzo di acquisto porta a risultati migliori. La differenza di prezzo d’acquisto tra un illuminatore professionale e un’unità di base viene in genere recuperata entro il primo anno di funzionamento grazie alla riduzione della manutenzione, del consumo energetico e dei guasti alle ispezioni. Per un sistema che funziona per cinque o dieci anni, il vantaggio in termini di TCO dell’illuminatore professionale è molto significativo.

Prodotti e tecnologie

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

Le seguenti famiglie di prodotti RODER Vision combinano prestazioni elevate, lunga durata e interfacce standard per ridurre al minimo i costi totali di progetto e di gestione.

Domande frequenti