Masonite è un'azienda con sede centrale a Tampa, Florida, USA, che produce a livello globale articoli per l'edilizia. Con oltre 80 stabilimenti in 18 Paesi distribuiti tra Nord e Sud America, Europa, Asia e Africa e circa 10.000 dipendenti, Masonite è leader mondiale nella produzione di pannelli stampati per porte, forniti direttamente ai partner produttori di serramenti in tutto il mondo. Lo stabilimento di Masonite in Irlanda, a Carrick-on-Shannon (Co. Leitrim), è frutto di un investimento di 138 milioni di dollari ed è il secondo più grande del gruppo. Questo impianto di produzione all'avanguardia distribuisce rivestimenti per porte in 32 Paesi.
La sfida
Nello stabilimento irlandese di Carrick-on-Shannon, nella contea di Leitrim, Masonite produce numerosi pannelli per porte con diversi motivi, che devono essere classificati automaticamente e smistati nelle corrette zone di raccolta a fine linea. In caso di errori nell’attività di rilevamento e classificazione dei rivestimenti, è necessario un intervento manuale. Questo secondo smistamento manuale richiede molto lavoro, con tutte le conseguenze del caso come danni ai prodotti e riduzione dell’efficienza operativa.
Il sistema storico di ispezione visiva di Masonite Ireland aveva risposto alle esigenze originarie, ma l’aumento della complessità dei modelli stampati e l’ampliamento della produzione hanno imposto l’adozione di una tecnologia di visione più moderna. Il software del sistema di visione esistente conteneva una libreria di tutti i possibili rivestimenti delle porte, ma faticava ad accogliere nuove aggiunte, richiedendo una programmazione specializzata da parte del personale tecnico. Guardando al futuro, Masonite voleva introdurre un sistema di visione capace di soddisfare le proprie esigenze anche negli anni a venire. Era fondamentale che il sistema fosse molto preciso, semplice da usare, rapido da addestrare e in grado di gestire l’ampia varietà di design stampati per le porte in produzione.
Arriva lo specialista
Fedele all’impegno verso il miglioramento continuo, Masonite si è rivolta ad Alpha Vision Design (AVD), azienda esperta in sistemi di visione industriale, per sviluppare un sistema automatico di classificazione integrato sulla linea, lavorando a fianco dei propri ingegneri. Il sistema doveva riconoscere i pannelli e i rivestimenti delle porte in base al design dello stampo e alla finitura superficiale. Le facciate delle porte vengono pressate a coppie, una accanto all’altra, utilizzando le varie combinazioni di design ricavate da una vasta gamma di stampi. Con migliaia di combinazioni possibili, il sistema di smistamento doveva riconoscere più rivestimenti e avere la giusta flessibilità per far fronte a modifiche frequenti.
Nella fase iniziale della lavorazione, l’operatore configura il sistema per il primo gruppo di pannelli e rivestimenti attraverso una procedura guidata e semplice. I pannelli vengono quindi sottoposti a controllo e smistati in modo automatico. Successivamente, il sistema di visione dialoga con il sistema di controllo della linea e indirizza il prodotto correttamente classificato nella relativa zona di raccolta.
Il progetto ha posto alcune sfide tecniche di grande interesse. A causa dell’ampia superficie da coprire (la lunghezza è pari a una porta, mentre la larghezza è doppia rispetto al serramento standard), era difficile garantire un’illuminazione uniforme sull’area in tutta la sua interezza. Masonite in passato si serviva di sistemi di illuminazione fluorescente tradizionali, caratterizzati da un grande formato e un’alta frequenza, per garantire la visibilità delle facciate nell’area di controllo. A causa delle caratteristiche fisiche della facciata della porta (superficie ampia e non perfettamente piatta), i sistemi di illuminazione convenzionali risultavano inadeguati, incapaci di fornire immagini di alta qualità per il sistema di visione. Data l’importanza dell'illuminazione in qualsiasi sistema di visione, era chiaro che tale aspetto sarebbe stato ancora più centrale in questo specifico contesto applicativo.
Occorreva infine un sistema affidabile, capace di compensare rotazioni e leggere deformazioni dei rivestimenti, che possono cedere in corrispondenza delle aree non sorrette dal nastro trasportatore. Di conseguenza, il rivestimento della porta può apparire distorto, generando allungamenti o compressioni nell'immagine acquisita. In uno scenario del genere, gli algoritmi tradizionali di riconoscimento dei pattern basati sulla correlazione incrociata risulterebbero poco efficaci.
La soluzione
A livello globale, la stragrande maggioranza delle applicazioni di visione artificiale si basa su tecniche di ispezione 2D. L’ispezione 3D è ancora oggi minoritaria, anche se nuovi mercati stanno emergendo al maturare della tecnologia e all’aumentare del tasso di utilizzo. La triangolazione laser è attualmente la tecnologia 3D più utilizzata per applicazioni di ispezione, pur essendo solo una delle tante tecniche tridimensionali sul mercato. Utilizzati per l’illuminazione, i laser rappresentano un’opzione dai costi contenuti e di facile reperibilità presso numerosi fornitori e produttori. I sistemi 3D a tecnologia laser si dimostrano inoltre molto adatti a scansionare pezzi di ampie dimensioni, non riflettenti e con contorni netti, ed erano perciò perfetti in questo contesto.
Il sistema è progettato per acquisire dati 3D dei pattern presenti sulla facciata della porta stampata, utilizzando generatori di linee laser a diodo e una camera 3D a scansione lineare (forniti da altri produttori). I generatori a linea laser tracciano una linea visibile che attraversa in larghezza la doppia facciata della porta durante l’avanzamento sul convogliatore di ispezione. Attraverso un encoder rotativo, la telecamera 3D viene sincronizzata con la velocità del nastro trasportatore per acquisire dati 3D a una risoluzione adeguata lungo tutta la lunghezza del pannello. La telecamera 3D è configurata per avere una risoluzione simile per la larghezza frontale.
I dati sull’immagine sensibili all’altezza vengono trasferiti al sistema di acquisizione dei fotogrammi del PC tramite interfaccia CameraLink per generare un’immagine di profilo altimetrico 2D (in formato bitmap) della doppia facciata sottoposta a ispezione. L'immagine viene quindi elaborata utilizzando il potente software VisionPro™ di Cognex. VisionPro ha una capacità senza pari di acquisire ed elaborare le immagini, offrendole agli utenti in un formato facile da usare. Lo strumento avanzato PatMax® dà la possibilità di eseguire controlli di corrispondenza fra modelli geometrici unici e di classificare le forme, anche a basso contrasto, come nel contesto applicativo fin qui descritto.
Le telecamere di visione 2D “intelligenti” e l’illuminazione alogena forniscono le informazioni necessarie sulla struttura superficiale, che è integrata nel sistema di visione utilizzando segnali di ingresso digitali.
Una volta completata la configurazione, la progettazione, l’installazione e la messa in servizio dell’hardware di visione 3D e 2D da parte degli ingegneri di Masonite Ireland, il sistema era pronto per essere programmato, così da iniziare a estrarre ed elaborare le informazioni sull’immagine. Un'interfaccia utente grafica (GUI) personalizzata è stata creata da AVD in base ai requisiti di Masonite. L'interfaccia è stata progettata mettendo al centro la facilità d'uso da parte del personale operativo. L’obiettivo era ottenere un risultato finale ordinato e caratterizzato da uno schema di codifica a colori coerente con altri sistemi in uso presso lo stabilimento di produzione.
Per aumentare ulteriormente la facilità d’uso, il numero di impostazioni operative necessarie per utilizzare il sistema è stato ridotto al minimo. Il risultato è un sistema privo di inutili complicazioni, all’interno del quale tutte le procedure di programmazione / configurazione spettano esclusivamente al personale tecnico o ingegneristico. Il sistema consegnato al cliente consente agli operatori di completare le procedure di addestramento per nuovi modelli di pannelli e rivestimenti in meno di quattro minuti. Sostanzialmente, richiede solo di saper tracciare riquadri e collocare gli strumenti di rilevamento.
Risultati per l’utente finale
“Dato il gran numero di possibili combinazioni di stampi, l’ampiezza della superficie e la profondità relativamente bassa dei rivestimenti delle porte, è stato difficile configurare un sistema di visione capace di catturare immagini ripetibili di alta qualità e categorizzare accuratamente la moltitudine di combinazioni di rivestimenti per porte”.
“Questo contesto richiedeva un approccio innovativo, che ha portato all’integrazione di hardware e software precedentemente incompatibili. Alpha Vision Design è stato scelto come integratore di sistemi grazie alla sua notevole esperienza nel campo specializzato dell'ingegneria dei sistemi di visione. Così è stato possibile colmare il divario tra hardware e software, producendo software con interfacce personalizzate, trasformando questa applicazione in un sistema di visione all'avanguardia."
“L’interfaccia grafica utente (GUI), progettata in collaborazione con AVD, si è dimostrata molto intuitiva e facile da usare. La GUI fornisce tutte le informazioni necessarie per determinare le prestazioni del sistema in un colpo d'occhio, senza richiedere alcuna conoscenza specialistica al personale operativo. Gli ingegneri hanno la possibilità di fare debug e manutenzione del sistema attraverso funzioni avanzate dell’interfaccia grafica, accessibili solo una volta forniti i dati di autorizzazione necessari. La facilità d’uso costituiva un requisito chiave: eventuali mancanze da questo punto di vista avrebbero inciso negativamente sui risultati complessivi del progetto. Una volta completata la formazione, il nostro personale della linea di produzione è stato in grado di addestrare il sistema con nuove combinazioni di porte, secondo necessità, senza alcuna difficoltà. "
“La funzionalità avanzata del software VisionPro di Cognex ha contribuito in modo significativo al successo del progetto, consentendo al sistema di superare le specifiche dei requisiti originali, fornendo una precisione di smistamento superiore al 99,97% (ovvero, meno di tre classificazioni su 10.000 presentano degli errori). I controlli manuali sullo smistamento dei prodotti sono stati eliminati quasi del tutto, aumentando l’efficienza e consentendo al personale operativo di eseguire attività a maggiore valore aggiunto.
“Le eccellenti prestazioni del software VisionPro di Cognex, combinate con l'esperienza di AVD nei sistemi di visione, hanno portato a un sistema di visione all'avanguardia, aprendo la strada a progetti simili da implementare in Masonite Ireland nel prossimo futuro.”
Informazioni su AVD
Alpha Vision Design è specializzata nell'applicazione di sistemi di visione artificiale industriale per il controllo della qualità e l'automazione nella produzione. La nostra vasta gamma di competenze comprende l'integrazione dei sistemi, lo sviluppo di software, l'ottica e l'illuminazione. Con oltre dieci anni di esperienza nella progettazione di sistemi di visione e nello sviluppo di applicazioni, Alpha Vision Design è il partner preferito di molte aziende leader nella manifattura.