Sistemi integrati di visione per applicazioni industriali : robustezza, flessibilità ed altissima velocità

Author(s):
L. Tremolada - SIDEA

Industry:
Industrial Controls/ Devices/ Systems, ATE/Instrumentation

Products:
NI-IMAQ, LabVIEW, Compact Vision Systems

The Challenge:
Il mondo della produzione industriale di componenti meccanici ed elettromeccanici richiede degli strumenti specialistici che possano essere di ausilio nelle operazioni di controllo e qualifica in linea o che possano assistere nella verifica progettuale di sistemi complessi. Sempre più spesso per progettare questi strumenti ci si rivolge a tecnologie basate sulla acquisizione ed analisi di immagini, per trarre vantaggio dalla ricchezza di informazioni che risulta ad esse intrinseca. Ottime competenze di base nel settore specifico e ottimi tools sono le premesse indispensabili per poter aver successo in questa attività.

The Solution:
In questo articolo presenteremo due esperienze vissute dalla ns. azienda e relative allo sviluppo di un sistema complesso ed altamente configurabile per la gestione di circa 10 telecamere fra di loro sincronizzate per la qualifica di componenti elettromeccanici e di un sistema di visione ad alta velocità (circa 7000 frame per secondo) utilizzato per la verifica sperimentale di progetti di meccanica di movimento ad alta velocità lineare.

HS-CVS
HS-CVS è un potente sistema di visione progettato per eseguire controlli dimensionali e di presenza parti all’interno di macchine dedicate al collaudo. Il sistema consente di eseguire più di 10000 controlli e misure al minuto, gestendo nel contempo l’avanzamento della macchina di collaudo e la relativa statistica di processo.
La progettazione del sistema ha tenuto conto della necessità di poter disporre di un sistema modulare che potesse essere configurato dal proprio utente per poter svolgere compiti differenti non richiedendo alcuna conoscenza di linguaggi di programmazione.

Il sistema NI CVS di National Instruments e il software NI IMAQ VISION in ambito NI LabVIEW sono stati scelti come elementi base per questo progetto. Il sistema CVS, caratterizzato da un processore da 1400 MIPS di potenza di calcolo e con 128 Mbytes di memoria non volatile da utilizzarsi per il codice applicativo e per la memorizzazione dei risultati, la presenza di un kernel di sistema operativo Real Time e un package industriale (caratterizzato da operatività in intervalli di temperatura estesi, assenza di ventole, assenza di hard disk, alimentazione a bassa tensione) hanno fatto si che il prodotto trisultasse particolarmente idoneo per il mondo del manufacturing e del collaudo in linea.

Il sistema HS-CVS presenta una interfaccia Ethernet a 10/100 Mb che consente di integrare più unità fra di loro e nel contesto del sistema di controllo di macchine e delle relative unità di supervisione. Le immagini acquisite in tempo reale, unitamente ad un insieme di informazioni calcolate, possono essere mostrate su un monitor ausiliario mediante una interfaccia VGA integrata nel sistema. Il segnale VGA può essere distribuito mediante splitter di segnale o extender in fibra ottica. Il software di analisi è completamente parametrico e la messa in opera di HS-CVS non richiede alcuna programmazione ma solo la scrittura di un file di testo con indicate le regioni da analizzare (ROI) e le procedure da applicare a queste (procedure presenti all’interno di una libreria fornita con il sistema).
Sulla base di questi dati, unitamente ai limiti di accettazione da utilizzare nelle misure, il sistema a fronte di trigger provenienti dal sistema di collaudo risulta in grado di procedure in modo autonomo.

I principali moduli da cui il sistema HS-CVS è costituito sono:

• configurazione del sistema embedded all’accensione
• predisposizione del sistema embedded all’operazione in conformità allo stato globale della macchina (interazione con il PLC di gestione dell’intero sistema)
• colloquio con il sistema di supervisione
• modulo di acquisizione immagini
• modulo di calibrazione delle immagini e di creazione del sistema di coordinate
• moduli di analisi immagini
• modulo di gestione risultati con attivazione comunicazioni verso il PLC e memorizzazione statistica dei risultati delle misure
• modulo di continuous self test delle risorse per diagnosticare eventuali fault nel sistema di analisi da comunicare al PLC di gestione della macchina stessa

HS-CAMERA
Esiste una ampia gamma di fenomeni che presentano una dinamica estremamente elevata ed il cui studio può essere svolto unicamente con l’ausilio di tecniche di ripresa video ad alta velocità. La successiva visione ed analisi rallentata (sino alla possibilità di analizzare il fenomeno fotogramma per fotogramma) consente di ricostruire nei più fini dettagli le dinamiche dell’evento in esame. Fra i settori che risultano interessati da queste problematiche si possono citare i seguenti:

• Processi industriali ad alta velocità
• Parti meccaniche in movimento
• Fiamme ed archi elettrici
• Reazioni chimiche veloci
• Vibrazioni
• Crash test
• Prove su materiali

Il sistema HS-CAMERA e’ stato progettato per soddisfare queste necessità mediante l’utilizzo di una avanzata scheda di acquisizione immagini quale la NI PCI-1429 di National Instruments adeguatamente supportata dalle librerie NI IMAQ VISION in ambito NI LabVIEW. Il sistema HS-CAMERA è quindi una sintesi di elevate capacità hardware, correlate alle telecamere e alle schede di digitalizzazione video che lo vengono a costituire nelle sue differenti versioni, e di un potente software di acquisizione ed analisi.
Grazie ad una interfaccia utente estremamente intuitiva anche l’utente meno esperto è in grado di utilizzare questo strumento in pochissimo tempo apprezzandone tutte le potenzialità e tutte le caratteristiche. Le sequenze di immagini di interesse possono essere memorizzate e riprodotte immediatamente, per consentire all’utente di verificare “in situ” ed in modo immediato la qualità della propria acquisizione. I risultati del processo di acquisizione possono poi essere memorizzati in files locali che possono essere esportati su DVD o su sistemi connessi ad una rete locale.

Principali caratteristiche:

• Selezione della risoluzione video, del campo di vista e della velocità di acquisizione e memorizzazione
• Selezione di modalità di acquisizione basate su singole immagini o su sequenze
• Registrazione di sequenze video mediante buffer circolari
• Funzioni di correzione automatica del contrasto e della luminosità per migliorare l’immagine
• Funzioni di esportazione delle immagini acquisite mediante generazione di file AVI
• Acquisizione video correlata a eventi esterni mediante trigger
• Possibilità di remotizzazione della telecamera rispetto al sistema di acquisizione mediante cavi in rame o extender in fibra ottica
• Velocità di acquisizione da 200 a 7000 frame per secondo

Browse All Case Studies »