Sviluppo, progetto ed applicazione di elaborazione digitale d’immagini per la misura della granulometria nel controllo di qualità dell’industria ceramica

Questo studio è incentrato sulla misura della granulometria nell’industria ceramica mediante elaborazione elettronica dell’immagine e si colloca entro un ben preciso quadro del mercato internazionale della produzione ceramica, il quale vede l’Italia e la Spagna leader del prodotto di qualità, la Cina ed i paesi asiatici più orientati alla quantità.
Per mantenere e consolidare il loro ruolo di leadership, i produttori europei vogliono aumentare il livello di qualità del prodotto e la flessibilità di produzione, rimanendo competitivi a livello di prezzo.
Per raggiungere questo obiettivo è necessario migliorare il controllo di qualità abbattendo, nel contempo, i relativi costi. Ciò è possibile grazie ad una forte automazione industriale in questo settore, ed è qui che si inserisce questo studio.
La Comunità Europea ha finanziato un progetto denominato I.M.P.A.C.T. (Integrated Manufacturing and Production Automation for the Ceramic Tile industry) che ha come obiettivo lo sviluppo di un impianto completamente automatico.
Questo studio si occupa di un importante settore del progetto IMPACT, l’analisi della granulometria.
Il controllo della granulometria è una fase importante per la qualità della piastrella perché per suo tramite si può evitare l’insorgere di una serie di difetti nel prodotto, come la delaminazione e l’alone.
Questo problema non è nuovo in campo industriale e per questo sono già disponibili numerose tecniche per la misura della granulometria, tuttavia queste tecniche sono spesso o troppo costose o troppo lente o poco precise per l’ambiente industriale nel quale le si vuole applicare.
In questo lavoro si è studiata una tecnica di visione ed elaborazione dell’immagine per la misura della granulometria. La visione del sistema di misura avviene grazie ad una telecamera CCD ad alta risoluzione e l’immagine digitale viene successivamente elaborata da un software dedicato.
La tecnica che si propone è stata sviluppata secondo un taglio industriale, intendendo con questo che si è cercato di coniugare in modo equilibrato precisione, velocità, affidabilità e basso costo; parametri che sono di interesse in campo industriale solo se opportunamente correlati.
Nello sviluppare la tecnica, ci si è confrontati con la diffrazione laser e con la setacciatura.
Da questo confronto è emerso che la prima è molto veloce ed in letteratura è spesso considerata la più precisa ma, nonostante sia molto costosa, per quanto si è potuto direttamente vedere è un po’ troppo dipendente dalle modalità di alimentazione della macchina.
La setacciatura è un metodo sicuramente solido, ma forse ormai inadeguato alla necessità di controllo continuo della produzione industriale, e troppo dipendente dall’operatore.
Si ripete che la tecnica di visione studiata si propone come una via intermedia: senza il costo del laser, con una buona precisione e velocità, con la possibilità di automazione e controllo continuo, può essere la soluzione a molte esigenze industriali in tale campo.
La risoluzione ottenibile con la telecamera dipende dalla distanza tra questa e la scena (nel nostro caso si ha 8,92*10^-6 m/pixel) ed influisce sul numero di particelle di ogni scena e quindi sulla durata della misura. Si può ridurre questo valore allungando la durata della misura.
Le principali fonti di incertezza sono l’elaborazione digitale e l’alone di diffrazione attorno alla particella illuminata.
Per ridurre la sola incertezza di elaborazione si è fatto ricorso ad un’interpolazione sub-pixel dell’immagine acquisita e si è visto che questo intervento è utile fino ad un fattore di zoom di 3x.
Passando dal normale zoom 1x al 3x l’incertezza relativa di elaborazione massima passa da circa 10% a 3%, mentre quella assoluta da circa 16*10^-6 m a 6*10^-6 m.
L’arresto della misura avviene in maniera automatica e dinamica, nel senso che è il software a decidere quando la distribuzione misurata si può ritenere stabile e rappresentativa, in base ad una analisi statistica continua dei dati man mano elaborati. In media si può dire che la durata della misura è dell’ordine di 3-4 minuti.
I dispositivi hardware richiesti per l’applicazione di questa tecnica sono una telecamera digitale, un comune personal computer ed uno shaker, tutti elementi dal costo decisamente più contenuto dei più moderni strumenti di misura al laser.
Grazie a queste caratteristiche di precisione, affidabilità statistica, durata della misura e basso costo, la tecnica di visione studiata si propone come una valida alternativa alle altre tecniche attualmente utilizzate per la misura della granulometria.
Infine, a differenza delle altre tecniche con cui ci si è confrontati, la tecnica di visione studiata è una tecnica “orientata alla linea” grazie alle caratteristiche di compattezza e facilità di installazione del sensore che, in ultima analisi, è una telecamera.