Produzione CAD nella visione artificiale

Ogni prodotto fabbricato inizia con un progetto digitale, di solito un modello CAD (Computer-Aided Design) creato con un software di produzione. Questa cianografia o modello 3D definisce ogni superficie, foro e dimensione del prodotto. 

Gli ingegneri lo usano per progettare, testare e preparare i pezzi per la produzione. Ma a volte si verificano problemi tra il modello CAD e il prodotto finito.

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Ad esempio, i pezzi possono essere disallineati, le caratteristiche possono essere trascurate e possono verificarsi incongruenze durante la produzione. Questi problemi comportano costi aggiuntivi e possono richiedere molto tempo. Ecco perché i produttori stanno combinando la produzione CAD con la computer vision, una branca dell'intelligenza artificiale (AI) che consente alle macchine di interpretare e analizzare i dati visivi. 

Mentre il CAD fornisce un progetto accurato catturando la struttura esatta di ogni parte, la computer vision aggiunge un livello di intelligenza visiva. Utilizza i dati di telecamere e sensori per ispezionare, convalidare e tracciare le parti durante lo sviluppo del prodotto. 

Insieme, i sistemi CAD e di computer vision possono ottimizzare i flussi di lavoro critici e supportare la produzione intelligente nell'ambito del passaggio all'Industria 4.0. L 'Industria 4.0 integra nella produzione tecnologie digitali avanzate, come l'intelligenza artificiale e l'automazione, per creare sistemi più affidabili ed efficienti. 

In questo articolo esploreremo come il CAD e la computer vision possono colmare il divario tra progettazione ed esecuzione. Iniziamo!

Il ruolo del CAD nella produzione moderna

Quando un prodotto viene creato attraverso un processo di produzione intelligente, inizia con un progetto digitale realizzato in CAD. Gli ingegneri utilizzano il CAD per definire ogni dettaglio e garantire che il progetto sia ottimizzato per una produzione efficiente. Dalla produzione additiva all'assemblaggio finale, tutti i processi successivi si basano sull'accuratezza dei dati CAD. 

Una volta creati i modelli CAD, questi vengono passati al software di produzione assistita da computer (CAM). Le soluzioni CAM traducono il progetto digitale in istruzioni per la produzione generando percorsi utensile, che definiscono i movimenti esatti degli utensili da taglio, e codice G, il linguaggio di programmazione utilizzato dalle macchine per eseguire tali movimenti. Queste istruzioni vengono poi inviate alle macchine a controllo numerico computerizzato (CNC) e ad altri strumenti automatizzati, che tagliano, forano e modellano i materiali grezzi per creare pezzi che corrispondono al progetto CAD originale.

I modelli CAD possono anche essere utilizzati per eseguire simulazioni, testare diverse operazioni di lavorazione e supportare il controllo qualità per i macchinisti in officina. È interessante notare che i dati di progettazione CAD possono anche essere inviati direttamente alle configurazioni di stampa 3D per la prototipazione rapida o la produzione in piccole serie. 

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Introduzione della visione artificiale nei flussi di lavoro CAD

Il CAD fornisce le basi per la progettazione. Ma per trasformare il progetto in un prodotto fisico e preciso, i produttori hanno bisogno di un feedback in tempo reale dalla fabbrica. È qui che la computer vision svolge un ruolo fondamentale.

I modelli di visione computerizzata come Ultralytics YOLO11 supportano attività di visione essenziali, come il rilevamento degli oggetti, che identifica e localizza gli elementi all'interno di un'immagine, e la segmentazione delle istanze, che separa i singoli oggetti etichettando ogni pixel. Queste funzionalità aiutano i produttori a monitorare la produzione, a rilevare i difetti e a garantire la qualità durante tutto il processo.

Diamo poi un'occhiata più da vicino a come funziona nelle diverse fasi di produzione. 

Dal fisico al digitale: Scan-to-CAD e reverse engineering

Creare un modello CAD da zero richiede tempo. È particolarmente lento quando si lavora con sistemi legacy o componenti personalizzati che non hanno progetti digitali preesistenti. Tecniche come lo scan-to-CAD possono accelerare il processo di conversione degli oggetti fisici in modelli CAD digitali. 

I dispositivi di scansione 3D possono essere utilizzati con la computer vision per catturare la forma, le caratteristiche e le dimensioni di un componente. Un sistema scan-to-CAD può quindi identificare superfici, fori e bordi, traducendoli automaticamente in geometria CAD. 

Questo accelera le iterazioni di progettazione, consente la creazione di modelli stampabili in 3D e offre ai macchinisti opzioni CAM flessibili per la prototipazione. Lo Scan-to-CAD ha un impatto particolare quando si tratta di reverse engineering, quando le parti fisiche esistenti devono essere digitalizzate per essere riprogettate o riprodotte.

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Fusione tra digitale e fisico: AR e visione nell'assemblaggio

In produzione, anche piccoli errori di assemblaggio possono trasformarsi in gravi problemi di qualità, soprattutto in settori come quello automobilistico. Per risolvere questi problemi, i produttori utilizzano la realtà aumentata (AR) e la computer vision per guidare l'assemblaggio. L'AR sovrappone le informazioni digitali alla visione del mondo reale, aiutando i lavoratori a seguire istruzioni precise senza dover ricorrere a schermi o manuali separati.

I sistemi di visione computerizzata possono tracciare la posizione e l'orientamento di ciascun componente in tempo reale. Se un pezzo manca o è disallineato, il sistema segnala il problema e visualizza le indicazioni correttive sulle cuffie AR del tecnico. In questo modo i team possono individuare immediatamente gli errori e mantenere una qualità costante in officina.

Ad esempio, nell'assemblaggio automobilistico, l'AR può proiettare un layout basato su CAD di una portiera sul telaio fisico, mostrando esattamente dove ogni vite, maniglia e componente deve essere posizionato. In questo modo si assicura che ogni pezzo sia installato nella posizione e nella sequenza corretta.

Chiudere il cerchio: Garanzia di qualità guidata dal CAD

Una volta che un prodotto è stato fabbricato, il passo successivo è assicurarsi che corrisponda al progetto CAD originale. Le soluzioni di visione artificiale possono automatizzare questo processo di ispezione, confrontando il prodotto fabbricato con i suoi progetti CAD.

I sistemi di visione utilizzano tecniche come il rilevamento degli oggetti, la segmentazione e la stima della posa per valutare forma, dimensioni, posizionamento e qualità della superficie. Questi controlli possono essere eseguiti durante la produzione come parte del controllo qualità, consentendo ai team di individuare i problemi senza fermare la linea.

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In particolare, i modelli di visione computerizzata come YOLO11 lo rendono possibile, rilevando in tempo reale le caratteristiche mancanti o i difetti della superficie. Se integrati con il CAD, i controlli di qualità basati sulla visione possono confrontare i prodotti finiti con le specifiche di progetto, individuando gli errori prima dell'imballaggio o della spedizione.

Applicazioni della visione computerizzata nella produzione guidata dal CAD

Ora che abbiamo una migliore comprensione dei flussi di lavoro CAD e della produzione basata su CAD con l'uso della computer vision, diamo un'occhiata più da vicino ad alcune applicazioni reali.

Ispezione automatizzata della qualità nel settore automobilistico e aerospaziale

Nella produzione di automobili e aeroplani, il posizionamento di ogni pezzo, compresi dadi, bulloni, rivetti, ecc. deve essere preciso. Il fatto di farlo manualmente presenta molte limitazioni, come errori e ritardi causati dall'uomo. 

Ad esempio, un singolo rivetto non allineato sulla fusoliera di un aereo può compromettere l'integrità strutturale, mentre nella produzione di automobili un sensore o una staffa installati in modo errato possono causare guasti al sistema o richiami.

Un'ottima soluzione è l'automatizzazione delle ispezioni di qualità tramite Vision AI. Questi sistemi utilizzano telecamere, sensori e intelligenza artificiale per individuare i difetti, misurare i pezzi e ricontrollarne il corretto posizionamento, rendendo la produzione più rapida, accurata e sicura.

Robotica a guida visiva per la finitura di precisione

Allo stesso modo, attività come la rettifica, la lucidatura o la rifilatura richiedono un'elevata precisione. L'esecuzione manuale di queste operazioni può talvolta causare difetti che possono essere costosi da correggere in seguito. 

L'uso di robot a guida visiva può ridurre la possibilità di produrre tali difetti. Questi robot utilizzano la visione 3D per scansionare il pezzo e confrontarlo con il suo modello CAD. Quindi eseguono le operazioni di finitura con precisione in base ai risultati del confronto. 

Ad esempio, se un pezzo fuso ha del materiale in più, il robot sa esattamente dove si trova e quanto tagliare in base al progetto CAD del pezzo. Queste configurazioni si basano spesso su un'accurata programmazione CAM, in cui programmatori esperti ottimizzano i processi di lavorazione e i movimenti del robot in base ai dati CAD.

Combinando i flussi di lavoro CAD-CAM con Vision AI, i produttori possono mantenere costantemente una qualità superiore anche per i pezzi più complessi. Questi flussi di lavoro non solo migliorano la qualità, ma rendono anche più affidabile la produzione di massa.

Verifica dell'assemblaggio basata sull'AR nel settore aerospaziale

La correzione degli errori di assemblaggio nel settore aerospaziale è costosa e richiede tempo Per prevenirli, molte aziende aerospaziali stanno adottando sistemi di realtà aumentata integrati con la computer vision e i modelli CAD. 

Ad esempio, Northrop Grumman, leader mondiale nelle tecnologie aerospaziali e di difesa, utilizza le cuffie AR per assistere nell'assemblaggio di sistemi complessi come i satelliti. I tecnici utilizzano il software CAD/CAM per creare modelli digitali in scala reale, che vengono poi proiettati sul veicolo spaziale fisico durante la costruzione. I componenti e le istruzioni appaiono esattamente dove sono necessari e le sovrapposizioni rimangono allineate mentre i tecnici si muovono. Questa guida in tempo reale accelera l'assemblaggio e riduce notevolmente le costose rilavorazioni.

Vantaggi dell'integrazione della visione artificiale con il CAD

Ecco alcuni vantaggi dell'integrazione di Vision AI nei flussi di lavoro CAD: 

• Più veloce design del prodotto: Grazie alla computer vision, i produttori possono digitalizzare rapidamente i componenti. Questi sistemi utilizzano il riconoscimento automatico e la scansione 3D per sostituire la modellazione manuale, ottimizzando e accelerando la creazione di modelli CAD.

• Maggiore precisione nella produzione: I sistemi di visione computerizzata rilevano in tempo reale problemi quali disallineamenti, difetti superficiali o caratteristiche mancanti, migliorando il rilevamento dei difetti e la precisione complessiva.

• Miglioramento della produttività e della formazione: I sistemi Vision AI basati sull'apprendimento profondo forniscono indicazioni in tempo reale utilizzando sovrapposizioni CAD e strumenti AR. Ciò riduce i tempi di formazione per i nuovi operatori.

Sfide e considerazioni

Nonostante i vantaggi della computer vision nella produzione CAD-CAM, ci sono alcune sfide di implementazione da considerare. Ecco alcuni fattori chiave da tenere a mente: 

• Complessità dei dati e dei modelli: I sistemi di visione artificiale si basano su grandi volumi di dati di alta qualità. Senza dati puliti, le prestazioni possono diminuire.

• Scalabilità e costi: Gli strumenti avanzati di visione computerizzata, gli scanner 3D e i dispositivi edge sono spesso costosi. La loro scalabilità su più linee o siti può richiedere un investimento iniziale.

• Integrazione con i sistemi preesistenti: L'integrazione della visione artificiale e del CAD con i vecchi sistemi di produzione può essere impegnativa e spesso costosa.

Punti di forza 

La computer vision sta ridefinendo il ruolo del CAD nella produzione, consentendo ispezioni più intelligenti e cicli di progettazione-produzione senza soluzione di continuità. Ciò che un tempo richiedeva ore di controlli manuali ora avviene in tempo reale, riducendo gli errori e offrendo ai team un maggiore controllo. L'industria manifatturiera si sta orientando verso operazioni guidate dai dati e dalla progettazione, e l'intelligenza artificiale di visione sta diventando un componente fondamentale dei moderni sistemi CAD/CAM. 

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