L’ESA premia l’industria italiana alla Fiera di Hannover per il processo di produzione del vetro derivato da tecnologie spaziali

Evento di premiazione alla Fiera di Hannover
5 Maggio 2010

Il premio dell'ESA per le applicazioni spaziali 2010 è stato attribuito alla compagnia italiana Kentec per l'utilizzo della tecnologia spaziale proveniente dal laboratorio Columbus della Stazione Spaziale Internazionale e dal telescopio spaziale Hubble in un sistema di visione automatizzata per l'industria del vetro.

Uno speciale evento presso lo stand "Applicazioni Spaziali dell'ESA" alla Fiera di Hannover di quest'anno ha visto la consegna del premio da parte di Johann Friedrich Colsmann, membro del gabinetto di Antonio Tajani, Commissario Europeo e Vice-Presidente responsabile per l'industria e l'imprenditoria, a Colm Kenny, ingegnere di visione automatizzata presso la Kentec S.r.l..

ESA's Space Spin-off Award 2010
ESA's Space Spin-off Award 2010

La Kentec, fondata nel 1992 e situata a Cascina, in provincia di Pisa, è una società di consulenza ingegneristica, il cui scopo primario è il design e la realizzazione di sistemi industriali di visione automatizzata. I settori di attività della Kentec sono i processi di rete industriali, elaborazioni industriali, scansioni mediche, vetro, scansioni robotiche, scansioni radar navali, ingegneria di software, telecomunicazioni e aerospaziale. Il sistema di visione automatizzata della Kentec è stato pensato specificamente per la produzione di vetro da parte della società italiana Vetrerie Riunite S.p.A. di Colognola ai Colli in provincia di Verona.

Presente sul mercato internazionale da diversi decenni, la Vetrerie Riunite è un'azienda leader nella produzione di lenti per fari d'auto, oblò per lavatrici, vetri tecnici e per illuminazione. Recentemente la gamma di articoli è stata ampliata con il casalingo, l'oggettistica da regalo e la profumeria.

Come i veicoli spaziali devono funzionare correttamente per tutta la loro vita operativa, così devono fare anche i principali macchinari di una fabbrica di vetro. Al cuore del processo di produzione del vetro c'è il forno che dopo essere stato messo in funzione non può essere fermato per evitare che venga distrutto dal raffreddamento, a causa della tensione termica. Ciò che esce dal forno è vetro fuso con cui viene riempita una pressa in cui si forma l'oggetto di vetro richiesto. Nel caso delle Vetrerie Riunite si tratta di oblò per sportelli di lavatrici, che passano successivamente attraverso un forno temperante con un trattamento di calore per farli divenire resistenti allo shock termico e per eliminare ogni imperfezione interna dovuta all'operazione di pressa. Prima di raggiungere la fase di movimentazione e imballaggio gli oblò devono essere trasferiti da un nastro trasportatore a maglia metallica a un tavolo a rulli. Se gli oblò risultano in qualche modo danneggiati saranno spezzati nei rulli e bloccheranno il flusso della produzione che non può essere interrotto. Questo deve essere evitato dal momento che tutta la produzione intermedia dovrà essere distrutta e rilavorata fino alla rimozione del blocco.

Kentec's camera works with space image processing techniques
Tecniche spaziali applicate alla fotocamera della Kentec per il processamento di immagini

Per evitare che gli oblò rotti fermino la linea produttiva, la Kentec ha sviluppato per la Vetrerie Riunite un sistema di visione automatizzata molto affidabile per ispezionare gli oblò. Tutti gli oblò danneggiati vengono immediatamente individuati e rimossi prima di raggiungere il tavolo a rulli così da evitare blocchi costosi e riducendo di molto la quantità di energia che servirebbe per rilavorare la produzione distrutta. Il sistema è stato sviluppato dalla sua concezione per incorporare le stesse sofisticate tecniche di analisi dell'immagine, tolleranza all'errore e cosiddetto degradamento dolce utilizzato dall'industria spaziale. Il sistema deve lavorare per 24 ore al giorno per 365 giorni all'anno verificando in modo affidabile oltre 30 milioni di oblò all'anno.

Ci sono molti differenti tipi di oblò per gli sportelli delle lavatrici e ogni giorno ne vengono creati di nuovi. Una delle principali richieste della fabbrica di vetro Vetrerie Riunite è stata che la visione automatizzata apprendesse la forma tridimensionale degli oblò dai diagrammi CAD e che usasse quest'informazione per le verifiche. L'esatto orientamento angolare degli oblò rispetto alla direzione non può essere conosciuto a priori e in ogni caso potrebbe essere quasi casuale durante il percorso di produzione. Un'ulteriore difficoltà viene creata dal fatto che la vista degli oblò è in parte impedita dal nastro trasportatore usato per trasportarli. Ciò ha causato gravi difficoltà al sistema dal punto di vista dell'illuminazione. Non è possibile illuminare in modo tale da compensare l'angolo di rotazione individuale di ogni oblò. Avanzate tecniche di distorsione delle immagini sono state utilizzate come punto di partenza per risolvere il problema. Tali tecniche derivano da quelle usate per l'elaborazione a terra delle immagini del telescopio spaziale Hubble, così come tecniche simili sono state usate nella fase di iniziale utilizzo di Hubble, per correggere le immagini distorte inviate alla Terra da Hubble finchè una lente correttiva addizionale non è stata portata nello spazio in una missione di riparazione dallo Space Shuttle e aggiunta al telescopio spaziale per compensare quella difettosa.

Hubble Space Telescope  in orbit
L'Hubble Space Telescope dell'ESA/NASA

"Hubble era un caso molto particolare, dato che era stato progettato dall'inizio per la manutenzione e la riparazione nello spazio da parte degli astronauti dello Shuttle, ma in generale nello spazio non possiamo semplicemente inviare un riparatore ad aggiustare un satellite", ha spiegato Frank M. Salzgeber, Capo dell'Ufficio Programma di Trasferimento di Tecnologia dell'ESA (TTPO). "Ma i guasti accadono anche utilizzando i componenti migliori e più affidabili, quindi abbiamo progettato i nostri sistemi non solo con componenti ridondanti, ma anche con una tecnica chiamata "degradamento leggero" in modo che continuino ad operare anche in caso di rottura di un componente. Tolleranza all'errore e degradamento leggero insieme garantiscono la continuità delle operazioni il più a lungo possibile, anche in caso di guasto di uno o più componenti o funzioni".

Tolleranza all'errore e degradamento leggero sono proprietà insite nel sistema già nella fase di sviluppo, cosa che permette al sistema di continuare a operare adeguatamente anche in caso di guasto di uno o più componenti o funzioni. Ciò può essere eseguito duplicando i componenti, il flusso di comunicazione e di processamento, e pianificando come possono reagire in caso di uno o più guasti. In caso di uno o più guasti il sistema e la sua funzionalità può cambiare in modo differente, dipendendo dalla gravità del guasto: una possibilità è che la funzionalità possa continuare – per il mondo all'esterno – come se nulla fosse successo, ma escludendo di fatto l'uso degli elementi guasti. Questo viene fatto spesso grazie all'uso di parti duplicate del sistema ed è chiamato "ridondanza". Un'altra possibilità è che il guasto di un componente dia luogo ad un peggioramento nella funzionalità. Ciò può essere fatto ad esempio nella raccolta dei dati da strumenti di misurazione. Un guasto quindi può non interrompere l'intero processo di raccolta dati, ma solo rallentarlo – i dati arrivano ancora, ma leggermente in ritardo; la funzionalità viene mantenuta ma a un livello degradato. Questo processo è chiamato "degradamento dolce". Comunque, nonostante la ridondanza e il degradamento dolce, i sistemi tecnici avranno sempre bisogno di un qualche tipo di manutenzione; ma grazie alla tolleranza all'errore e ai sistemi di degradamento dolce questa attività può essere svolta senza fermare le operazioni del sistema.

"Visti i requisiti di tolleranza all'errore e di degradamento leggero imposti dal processo di fabbricazione del vetro nel sistema di visione automatizzata, questo è stato disegnato e sviluppato usando gli stessi criteri adottati per un sistema spaziale critico", ha spiegato Colm Kenny della Kentec, "e così il sistema installato nella fabbrica di vetro di Colognola ai Colli lavora continuamente e degrada 'dolcemente", permettendo la manutenzione durante le normali operazioni".

Oltre ad usare le tecniche di ridondanza hardware e software proprie dei sistemi spaziali e le avanzate tecniche di elaborazione immagini che vengono dal telescopio spaziale Hubble, è stata impiegata anche una terza distinta tecnologia spaziale: la gestione dei dati su una piattaforma distribuita. La Kentec ha acquisito una solida esperienza in questa tecnologia lavorando sul sistema di gestione dei dati del laboratorio spaziale europeo Columbus e sul progetto IOLE (Integrated On-Line Environment) della ricerca RACE (Research and Development in Advanced Communication Technologies in Europe) della Commissione Europea, che si basa molto anch'esso su tecnologia di sistemi spaziali avanzati.

"Il nostro prototipo per la Vetrerie Riunite, realizzato in base a queste tre tecnologie di programmi spaziali, fornisce una soluzione al 100% per le applicazioni critiche del sistema di visione automatizzata necessarie alla fabbrica di vetro. Può anche essere realizzato appositamente per un numero di altri processi specifici e molto critici di manifattura industriale", è l'aspettativa di Colm Kenny. "Noi individuiamo potenziali clienti tra le industrie dove la visione automatizzata è già in uso o dove il controllo visivo umano potrebbe essere automatizzato, come nella produzione industriale di vetro, carta, metalli, plastiche e tessuti. Questo tipo di sistemi ad alta affidabilità potrebbe trovare applicazione anche in medicina e nella sorveglianza".

É utile porre in evidenza che in questo ambito, oltre alla fornitura del processo di produzione del vetro alla Vetrerie Riunite, la Kentec ha anche fatto in modo di ridurre l'utilizzo associato di energia. Il costo dell'energia per una tale fabbrica costituisce circa il 30% dell'intero costo di produzione. Utilizzando il sistema di ispezione visiva della Kentec nella linea produttiva e riducendo così le interruzioni indesiderate nel processo produttivo, l'uso di energia per unità prodotta è stata ridotta significativamente.

Questa vincente esposizione di trasferimento di tecnologia da applicazioni spaziali a terrestri è stato iniziato dal broker italiano di tecnologia dell'Ufficio Programma di Trasferimento di Tecnologia dell'ESA D'Appolonia di Genova, che ne ha verificato il potenziale e ha portato insieme la Kentec e la Vetrerie Riunite.

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