I sistemi di visione artificiale sono la chiave per risolvere difetti quasi invisibili agli operatori umani. La risposta di SICK al problema della FPC Food Plastics.
La ricerca di una soluzione trovata nei nuovi sistemi di visione artificiale parte dal marchio australiano FPC Food Plastics (FPC) che, da oltre vent’anni, provvede a soluzioni d'imbottigliamento per i caseifici e per il mercato dei succhi di frutta e della ristorazione. Operando in particolare nel settore lattiero caseario, la capienza delle sue bottiglie va da 150 ml a 5 litri. La questione da risolvere, per la FPC, consisteva nella colorazione gialla della plastica che diventava meno intensa del normale alla base delle bottiglie. Da qui la necessità di una tecnologia affidabile in grado di individuare il problema e risolverlo, eliminandolo dalla linea di produzione.
"Abbiamo lo scolorimento piuttosto raramente", ha affermato Patrycja Chrobak, Responsabile della Qualità di FPC. “Era per lo più dovuta a problemi con la smerigliatrice occorsi tra un lotto e l’altro. Pur facendo attenzione alle procedure vigenti, abbiamo constatato che una piccola quantità di bottiglie presentava questa tonalità Sbiadita, sinonimo di uno spessore inferiore della plastica. La principale difficoltà risiedeva nel fatto che si trattava di uno scolorimento talmente lieve da rendere difficile un intervento per impedire che il problema si presentasse di nuovo", ha affermato Ron Woolard, elettricista negli stabilimenti FPC. "Se si mettono a confronto un prodotto perfettamente conforme alle specifiche richieste e un prodotto scolorito, è estremamente complicato per l'occhio umano rilevare il difetto."
Limite numerico e costi elevati del personale addetto al controllo, aggiunti a un’esigenza di affidabilità dei controlli e costanza che il lavoro umano non poteva garantire: queste le ragioni che hanno indotto il team a ricorrere ai sistemi di visione artificiale. L'idea di optare per una soluzione affidata ai sensori è nata durante uno degli incontri del team della FPC sui temi della qualità. "Sapevo che SICK era un leader nel campo dei sensori ottici", ha affermato Woolard. "Lavorando in questo settore da un bel po’, li avevo incontrati spesso e in passato avevo utilizzato le loro tecnologie per diversi progetti". Una volta contattato, SICK ha chiesto dei campioni per farsi un'idea più chiara dell'entità del problema e della tipologia della fotocamera più adatta allo scopo. Grazie alla lunga esperienza come produttore di sensori e applicazioni di automazione industriale su scala mondiale, SICK è infine riuscito a trovare una soluzione per l'azienda.
“Grazie al pacchetto sviluppato, gli esperti di SICK sono stati in grado di risolvere il nostro problema", ha detto Woolard. "Piuttosto che scegliere prodotti di cui non eravamo del tutto sicuri, ci è bastato esporre loro la nostra criticità. La risposta è stata una soluzione chiavi in mano". Basata sulla camera streaming la midiCam di SICK, appositamente progettata per l’acquisizione di immagini di alta qualità, necessarie a risolvere applicazioni complesse come quella dello scolorimento delle bottiglie degli stabilimenti FPC. Grazie alla funzione plug-and-play, il team della FPC ha installato in modo semplice la fotocamera che, triggerata dai sensori fotoelettrici in dotazione, è stata in grado di offrire una soluzione di visione artificiale di alta qualità.
SICK ha poi fornito, oltre a degli opportuni illuminatori, una Sensor Integration Machine (SIM1012) e un display per la visualizzazione delle immagini (SID120). La sensor machine ha il compito di sincronizzare la fotocamera, con l’illuminatore quando arriva il segnale di trigger dalla fotocellula e di elaborare le immagini acquisite, mentre lo schermo del display permette di visualizzare tutti i dati chiave.
È soprattutto grazie ad Amit Shinde, specialista tecnico dell’ufficio vendite di SICK, che il processo ha preso forma: determinante nell'avvio del progetto, ha organizzato il personale per lavorarci e rientrare nei costi", ha affermato Woolard. Una volta presi i primi contatti a metà luglio dello scorso anno, l’intero processo si è concluso nel marzo 2021. Dopo che la FPC ha configurato le apparecchiature, altri due specialisti dell'installazione sono intervenuti per verificare la correttezza della configurazione e la messa a punto dei dispositivi. "Si sono persino portati dietro il pranzo", ha ricordato ridendo Chrobak. "Erano così impegnati che sono rimasti almeno quattro o cinque ore a sistemare tutto".
L'allestimento finale sembrava quello che a uno spettatore esterno sarebbe apparso come un servizio fotografico per bottiglie. Visto che le bottiglie si sarebbero mosse rapidamente lungo il nastro trasportatore, serviva infatti una fonte di luce per individuare lo scolorimento in tempi brevissimi. "La fornitura completa di SICK comprendeva diversi componenti, incluso un grande schermo, supporti per la fotocamera e luci ad elevata intensità per illuminare le bottiglie", ha affermato Woolard. "Gli illuminatori ci hanno garantito ciò di cui avevamo bisogno: intensa luminosità e breve esposizione." La fotocamera è stata posizionata a 140 mm sopra la bottiglia, in modo da guardare all’interno del collo della bottiglia stessa ed è stata regolata appositamente per rilevare i toni del giallo. Per consentire alla fotocamera di rilevare più pixel nelle bottiglie che presentavano uno scolorimento, la sua tonalità è stata impostata su un livello preciso con un margine di tolleranza minimo. Il che ha facilitato anche la selezione tra bottiglie accettate e quelle da scattare. Le luci devono illuminare le pareti della bottiglia dall’esterno ed è stato deciso di posizionarle lateralmente rispetto alle bottiglie, puntate in particolare verso il basso poiché, dovendo collocare le bottiglie su un nastro trasportatore, l'illuminazione dal basso era di sicuro un'opzione da scartare.
Grazie a questo tipo di progettazione, FPC è riuscita a digitalizzare l’intero processo. La soluzione di visione artificiale permette ora di individuare con precisione ogni singola bottiglia scolorita. "Ora non c'è più bisogno di destinare una risorsa, fissa sulla linea di produzione, per esaminare ogni singola bottiglia solo per individuare il problema ed eliminarlo", ha proseguito Woolard. "Ed è assolutamente impensabile che un operatore rimanga seduto lungo la linea a controllare il passaggio di ogni singola bottiglia, per lui sarebbe da impazzire e noi non ce lo possiamo permettere, senza contare il fatto che nella configurazione attuale il tempo che intercorre tra il passaggio di una bottiglia e la successiva è di appena 60-70 millisecondi”.
Il Sensor Display Screen, oltre che a permettere la visualizzazione delle immagini acquisite, funziona anche in un altro modo: consente cioè di selezionare le impostazioni predefinite per bottiglie diverse. "Facciamo passare lungo il nastro anche più bottiglie di diverse forme e dimensioni, se poi serve cambiare la bottiglia basta un semplice clic per modificare il settaggio sullo schermo", ha aggiunto Woolard. “Non può essere più facile di così. La parte più impegnativa del processo è stata configurare le impostazioni e la regolazione specifica per ogni bottiglia. Ma abbiamo potuto contare sull’esperienza di SICK, ed è stato fantastico".
"Quello che è successo è che abbiamo cambiato radicalmente il nostro modo di analizzare il processo", ha detto Woolard. “Piuttosto che cercare una piccola variazione nella sfumatura di colore, ci siamo resi conto, 'perché non cerchiamo una mancanza di colore?' A partire da questo nuovo punto di vista, è stato più facile evidenziare e individuare le bottiglie scolorite”.
Quanto ai progetti futuri, la FPC ha intenzione di incrementare il numero di soluzioni automatizzate SICK nel suo sistema, andando oltre i soli sistemi di visione artificiale. "È un processo continuo di evoluzione e aggiornamento", ha affermato Woolard. "Ad esempio, stiamo pensando di introdurre anche su altre linee nuove soluzioni SICK simili a questa già in uso, per soddisfare alti criteri di qualità e, allo stesso tempo, perfezionare ulteriormente gli standard di precisione garantiti finora".
Il vantaggio di lavorare con SICK, come risulta evidente dalle parole di Woolard, è stata la prossimità fisica, oltre al fatto che SICK abbia potuto mettere in campo un patrimonio di conoscenze ed esperienze di respiro internazionale. "Puoi chiamarli e dire, 'sentite, abbiamo questo problema', e loro sono in grado di venire subito e fornirti assistenza in loco", ha proseguito Woolard. "Oltre alla comprovata esperienza nel settore e alla competenza in materia di sensori ottici, abbiamo imparato che rivolgersi a loro significa ottenere una soluzione rapida ed efficace".
Elaborazione delle immagini in 2D e 3D personalizzabile e semplice da configurare grazie a SICK AppSpace
