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Come scegliere una telecamera di visione industriale

Le telecamere di visione industriale vengono utilizzate per diverse applicazioni, come la visione industriale o l’automazione industriale, e servono a catturare delle immagini di un oggetto o di un luogo. Si tratta di dispositivi che interagiscono con altri componenti, come le lenti. La luce riflessa dagli oggetti osservati viene trasmessa dalle lenti direttamente al sensore della telecamera affinché quest’ultimo metta a fuoco la luce creando da essa un’immagine.

Esistono diversi tipi di sensori di immagine, come i sensori CCD e CMOS, che sono adatti a quasi tutte le applicazioni in cui trovano impiego le telecamere di visione industriale. Queste telecamere vengono ampiamente utilizzate nel controllo della produzione e nella gestione dei flussi di oggetti così come nella microscopia.

Le telecamere di sorveglianza non sono trattate in questa guida, bensì in un’altra guida specifica.

Telecamere di visione per macchine industriali: consultare i prodotti

  • Come scegliere una telecamera di visione per macchina industriale?

    Per scegliere una telecamera di visione industriale è necessario valutare diversi fattori, a cominciare dall’applicazione a cui è destinata. Una telecamera da impiegarsi in operazioni di controllo della produzione non avrà le stesse caratteristiche dei modelli utilizzati per guidare i robot.

    Per cominciare, a seconda dell’applicazione, sarà più opportuno ricorrere ad una tecnologia piuttosto che a un’altra. Vi dovrete quindi chiedere se avete bisogno di una telecamera ad infrarossi, ad ultravioletti o di altro tipo.
    Per quanto riguarda il sensore di immagine, la vostra scelta si farà tra sensori CCD, CMOS, FPA o microbolometri.
    Per finire, è essenziale scegliere l’interfaccia di comunicazione più adatta tra quelle esistenti: USB 2.0, USB 3.0, GigE, Camera Link, PoE e VGA.

    La valutazione di ognuna di queste caratteristiche dipenderà, oltre che dall’applicazione della telecamera, anche dal vostro budget.

    Criteri di scelta per una telecamera di visione industriale:

    • applicazioni
    • spettro elettromagnetico
    • sensore di immagine
    • interfaccia di comunicazione
  • Qual è l'oggetto da ispezionare?

    La telecamera di visione industriale che vi apprestate ad acquistare dovrà essere adatta al tipo di ispezione che desiderate effettuare. Per prima cosa, dovrete quindi definire l’oggetto dell’ispezione e il tipo di radiazione che consente di estrarre meglio l’informazione che cercate. È in base al tipo di radiazione, infatti, che verrà scelto lo spettro elettromagnetico della telecamera. Per la supervisione di un processo, ad esempio, sarà preferibile optare per una telecamera con un ampio intervallo di spettro visibile mentre una telecamera da impiegarsi in un forno dovrà captare radiazioni infrarosse in un intervallo più ristretto.

    Esistono vari tipi di telecamere, capaci di osservare radiazioni che rientrano in spettri di tipo diverso: telecamere che sono in grado di filmare solo ciò che è visibile all’occhio umano; telecamere ad infrarossi, dette anche termocamere o telecamere termografiche, che rendono possibile una visione termica; a raggi X, che permettono di attraversare la materia molle, e che sono di conseguenza molto usate in ambito medico; a ultravioletti, anch’esse molto diffuse in campo medico; e le telecamere multispettrali, che sono dotate di uno spettro di ispezione più largo poiché comprendono tutti i tipi di spettro.

    Per finire, poiché l’oggetto o il processo da monitorare si trova in un ambiente industriale, è necessario prendere in conto l’integrazione della telecamera nonché la protezione degli elementi fragili che la compongono. Una camera per forno, ad esempio, dovrà essere integrata in un cassa di protezione in grado di resistere a temperature estreme.

    Punti più importanti (a seconda dell’oggetto da osservare):

    • tipo di radiazione più adatto
    • spettro di ispezione della telecamera
    • integrazione della telecamera nell’ambiente industriale
    • interfaccia di comunicazione
  • Che sensore di immagine scegliere?

    Esistono quattro tipi di sensori di immagine: i sensori CCD, i sensori CMOS, i microbolometri e i sensori FPA (Focal Plane Array). Per trovare il sensore più adatto alle proprie esigenze, è essenziale determinare lo spettro di ispezione. Un sensore CCD, per esempio, non potrà essere utilizzato per l’ispezione ad infrarossi. Per finire, la vostra scelta sarà determinata anche dalla qualità a cui aspirate e dal budget di cui disponete.

    Tipi di sensori di immagine:

    • CCD
    • CMOS
    • FPA
    • microbolometro
  • In che casi scegliere un sensore CCD?

    I sensori CCD sono poco costosi e, di conseguenza, offrono spesso un ottimo rapporto qualità-prezzo. Il loro spettro di ispezione, tuttavia, si limita al campo visibile. Inoltre, presentano l’inconveniente di essere molto sensibili all’abbagliamento e di avere un numero di elettroni che aumenta sensibilmente in base alla temperatura. Per questa stessa ragione, e al fine di evitare i rumori termici, talvolta è necessario procedere al raffreddamento dei sensori CCD. È opportuno notare, però, che i moderni sensori CCD possiedono una tecnologia più avanzata che permette loro di offrire una qualità superiore, vicina a quella dei sensori CMOS.

    I sensori CCD trovano ampio impiego negli scanner.

    VANTAGGI:

    • rapporto qualità-prezzo

     

    INCONVENIENTI:

    • sensibilità esclusivamente alle radiazioni visibili
    • sensibilità all’abbagliamento
    • rumore variabile in base alla temperatura
  • In che casi scegliere un sensore CMOS?

    Più costosi dei sensori CCD, i sensori CMOS presentano diversi vantaggi. Prima di tutto, questi sensori offrono una qualità migliore rispetto ai sensori CCD (nonostante la tecnologia dei sensori CCD di ultima generazione si avvicini a quella dei CMOS). I sensori CMOS non risentono della scarsa luminosità e di conseguenza trovano impiego nelle telecamere da utilizzarsi in condizioni di luminosità di questo tipo. Per finire, questi modelli hanno una velocità di lettura superiore alla maggioranza dei sensori CCD nonché un basso costo energetico.

    I sensori CMOS sono la principale alternativa ai sensori CCD anche sono destinati allo stesso tipo di applicazioni (scanner, laboratori, monitoraggio di linee di imballaggio).

    VANTAGGI:

    • qualità superiore
    • sensibilità agli infrarossi
    • antiriflesso
    • velocità di lettura

    INCONVENIENTI:

    • scarso consumo energetico
    • prezzo elevato
  • In che casi scegliere un sensore microbolometrico?

    I sensori microbolometrici trovano impiego unicamente nelle telecamere termiche e sfruttano principalmente i raggi infrarossi. Questi sensori, oltre ad essere leggeri, hanno un basso consumo energetico e garantiscono inoltre una comunicazione in uscita estremamente rapida. I sensori microbolometrici hanno però lo svantaggio di essere costosi e meno sensibili rispetto alle telecamere con sensore raffreddato perché, come nel caso dei sensori CCD, il loro numero di elettroni parassiti aumenta con la temperatura. Questo inconveniente può a sua volta generare dei problemi di risoluzione. A questo proposito, tuttavia, vi ricordiamo che la tecnologia attuale, migliorando le prestazioni dei sensori, tende a risolvere questi problemi.

    Grazie alla loro leggerezza, alle loro dimensioni ridotte e al basso consumo energetico, i sensori microbolometrici possono essere fissati sui caschi da cantiere nonché su apparecchi portatili.

    VANTAGGI:

    • velocità di lettura
    • basso consumo energetico
    • leggerezza

    INCONVENIENTI:

    • prezzo elevato
    •  sensibilità unicamente alle radiazioni infrarosse
    • sensibilità al rumore termico
  • In che casi scegliere un sensore FPA?

    Il principale vantaggio dei sensori FPA è rappresentato dalla loro eccezionale sensibilità e altrettanto eccezionale qualità di immagine. La risoluzione di immagine, tuttavia, non è molto alta (solitamente 320×240 pixels). Molto ingombranti e costosi, questi sensori di immagine trovano impiego sia nei sistemi di guida per le armi che nelle telecamere di ispezione, passando per i settori spaziale e medico.

    VANTAGGI:

    • alta sensibilità
    • qualità d’immagine eccezionale

    INCONVENIENTI:

    • prezzo molto elevato
    • risoluzione di immagine affidabile
    • grandi dimensioni del sensore
  • Che interfaccia di comunicazione utilizzare?

    Dopo aver determinato il tipo di sensore che state cercando, dovrete scegliere l’interfaccia di comunicazione. Qui di seguito le principali interfacce di comunicazione disponibili sul mercato con i loro rispettivi vantaggi e svantaggi.

    – USB 2.0: questo sistema, poco costoso, deve essere collegato alla telecamera tramite un cavo che può raggiungere i 5 metri di lunghezza. Grazie ad una portata teorica che può arrivare a 480 Mbits/s, questo sistema, tuttavia, presenta talvolta delle carenze in termini di affidabilità nella trasmissione dati. L’USB 3.0 sta peraltro soppiantando la versione precedente.

    – USB 3.0: questa interfaccia presenta caratteristiche simili all’USB 2.0, ma offre una portata migliore e una trasmissione più affidabile.

    – CameraLink: questa interfaccia di comunicazione è molto costosa ma offre una velocità molto elevata (fino a 6 Gbits/s), oltre ad essere la soluzione ideale per ottenere immagini ad alta risoluzione. La lunghezza del cavo può raggiungere 10 metri.

    – GigE (o Giga Ethernet): con una velocità che può raggiungere 1 Gbit/s, questa interfaccia di comunicazione, oltre ad essere molto economica, consente di collegare cavi molto lunghi, più precisamente fino a 100 metri di lunghezza.

    – PoE (o Power Over Ethernet): la sua portata può raggiungere 1 Gbit/s e il suo principale vantaggio è di poter alimentare la telecamera in corrente elettrica e trasmettere dati allo stesso tempo.

    – VGA (Video Graphic Array): le schede VGA garantiscono una risoluzione dell’ordine di 640×480 e consentono di trasmettere fino a 256 colori. Si tratta di un’interfaccia che tende a sparire progressivamente dal mercato.

    Sintesi delle interfacce di comunicazione disponibili:

    • USB 2 e 3
    • CameraLink
    • GigE
    • PoE
    • VGA
    • FireWire
    • PAL/NTSC
  • Di quanti megapixel avete bisogno?

    Maggiore è la sensibilità e maggiore sarà la leggibilità delle immagini, anche in caso di scarsa luminosità. La qualità dell’immagine che otterrete, infatti, dipenderà dalla sensibilità e dalla risoluzione offerte dalla telecamera. Un maggior numero di megapixel permetterà di ottenere immagini più nitide. Se desiderate analizzare un’immagine in dettaglio, vi consigliamo di utilizzare una telecamera con una risoluzione superiore a 1 megapixel. A questo proposito vi ricordiamo che il formato H.264 offre eccellenti prestazioni.

    Oggigiorno le telecamere megapixel sono molto diffuse e hanno un prezzo accessibile.

  • Quali sono le principali applicazioni delle telecamere per la visione industriale?

    Le telecamere per la visione industriale hanno svariate applicazioni. Questi macchine possono essere utilizzate nei processi di controllo della produzione, di gestione dei flussi di oggetti, di ispezione di superficie (a condizione di essere montate su un microscopio), nella fabbricazione di componenti elettronici o anche come guide robot. Per ogni applicazione esiste una telecamera più adatta di altre.

    Le telecamere CCD, pur rappresentando un investimento modesto, possono essere sufficienti per il controllo di un flusso di produzione in una linea di imballaggio. In questo caso dovrete accordare particolare attenzione alla rapidità della scansione (fps) e alla risoluzione (telecamera megapixel). Vi ricordiamo peraltro che, in generale, le telecamere CMOS possono rimpiazzare le telecamere CCD nelle loro varie applicazioni ma che il loro costo è più elevato.

    L’ottima precisione delle telecamere FPA fa sì che siano utilizzate sia come guide robot che per l’acquisizione di immagini nell’ambito della diagnostica medica.

    Qualora il vostro obiettivo, invece, sia quello di identificare e misurare un flusso termico, vi consigliamo di optare per una telecamera microbolometrica.

  • Che livello di prestazioni può raggiungere una telecamera?

    I componenti elettronici della telecamera incidono meno del sensore sulle prestazioni della macchina.

    Alcuni modelli garantiscono una buona risoluzione d’immagine nonostante la bassa risoluzione offerta dal loro sensore perché, proprio per via della bassa sensibilità del loro sensore, quasi non producono rumore termico. Altri modelli, al contrario, possiedono sensori ad alta sensibilità ma, in condizioni di scarsa luminosità, non riescono a generare solo immagini a causa del rischio di rumore termico.

    Per finire, è essenziale prestare attenzione all’obiettivo della telecamera che vi apprestate ad acquistare. La qualità ottica, l’apertura massima e la distanza focale dell’obiettivo, infatti, hanno un impatto diretto sulla qualità delle immagini fornite dal sensore.

    Le prestazioni delle telecamere dipendono in buona parte dal prezzo.

  • Che cos'è una telecamera intelligente, o smart camera?

    Le telecamere intelligenti, chiamate anche smart camera, sono telecamere in grado non solo di catturare immagini, ma anche di interpretarle. Questi modelli presentano diversi vantaggi. Innanzitutto, si tratta di telecamere in grado di trattare e analizzare le immagini in maniera autonoma, ossia senza che sia necessario collegarle ad un PC.  Inoltre, grazie agli automatismi che sono in grado di controllare, possono prendere delle decisioni e applicarle al processo che monitorano. Per finire, essendo molto compatte, hanno un ingombro ridotto e possono essere installate facilmente su una linea di produzione.

  • Tendenze

    Per prima cosa è opportuno ricordare che i sensori di immagine hanno fatto passi da gigante in questi ultimi anni. La tendenza attuale è quella di offrire un numero sempre maggiore di pixel, e quindi una migliore risoluzione, nonché una maggiore sensibilità (sensore di immagine retroilluminato). Le prestazioni dei sensori CCD, peraltro, continuano a migliorare, ed infatti è possibile trovare sul mercato telecamere con caratteristiche comuni indipendentemente dal fatto che siano dotate di un sensore CCD o CMOS. Ciò si traduce non solo in una maggiore risoluzione d’immagine, ma anche in un livello inferiore di rumore termico in condizioni di scarsa luminosità.

    Le interfacce di comunicazione, dal canto loro, raggiungono una sempre maggiore velocità di trasmissione dati, la quale, a sua volta consente di condividere immagini ad alta risoluzione su lunghe distanze senza che si verifichi una perdita di qualità. La tendenza attuale è quella della trasmissione dati senza filo, in particolare grazie al Wi-Fi.

    Per finire, quasi tutti i fabbricanti propongono delle smart camera. Questi modelli sono in grado di trattare le immagini, di interpretarle e di controllare direttamente degli automatismi. La tendenza “smart camera” è molto accentuata: le telecamera di visione industriale offrono un’intelligenza e un’autonomia sempre maggiori.

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