L’attività di ricerca del gruppo Misure Meccaniche e Termiche include tutte le tematiche inerenti la progettazione, lo sviluppo, la qualificazione e l’applicazione di tecnologie di misura innovative.
I temi di ricerca principali riguardano le misure per il monitoraggio strutturale, misure di visione, misure per lo spazio, interazione uomo-struttura, controllo di vibrazioni e qualificazione di sistemi di misura innovativi come fibre ottiche e accelerometri MEMS.
Una descrizione approfondita delle varie aree tematiche è fornita nella sezione “Competenze”.
La produzione scientifica della sezione Misure Meccaniche e Termiche è molto differenziata come naturale conseguenza della molteplicità dei temi di ricerca trattati. La vivacità delle competenze si riflette sulla pubblicazione di articoli su riviste scientifiche internazionali (ISI e SCOPUS) che spaziano tutti i temi di ricerca del gruppo. L’impatto della ricerca sul piano internazionale viene inoltre rafforzato partecipando costantemente a conferenze che consentono il confronto con altri esperti del settore che spesso incoraggia la collaborazione con prestigiose sedi straniere.
L’Aula Misure è composta da 12 banchi completamente strumentati.
La struttura generale dell’aula è suddivisa in tre famiglie di apparecchiature:
- dotazione generale di aula;
- dotazione di base dei banchi;
- dotazione specifica dei banchi.
DOTAZIONE GENERALE DELL’AULA
Si tratta di apparecchiature necessarie per le lezioni didattiche generali e consistono in una lavagna, un proiettore di lucidi, un proiettore video collegato al PC dedicato al docente e un televisore con videoregistratore. Questi dispositivi servono per lo svolgimento della didattica frontale che necessariamente precede le esperienze di laboratorio. Un’ulteriore disponibilità riguarda i servizi di aria compressa, olio in pressione a 21 MPa e alimentazione elettrica trifase a 380 V, per arricchire il repertorio delle possibili esercitazioni.
DOTAZIONE DI BASE DEI BANCHI
Si tratta di strumentazione ritenuta di base, corredo necessario per tutti i banchi.
La strumentazione di base è composta da:
oscilloscopio, analogico e digitale;
generatore di funzioni;
multimetro;
alimentatore DC a quattro canali;
calcolatore, dotato di scheda di acquisizione dati PCI, corredato di programmi del pacchetto Office, Matlab e Labview. Le schede di acquisizione dati sono PCIMIO16-E10 della National Instruments
sistema di acquisizione modulare National Instruments SCXI;
centralina estensimetrica monocanale digitale per misure accurate di laboratorio; sono presenti anche estensimetri e diverse laminette già strumentate per le esercitazioni;
accelerometro capacitivo di basso costo: si tratta di accelerometri su chip, di nuova generazione MEMS, che offrono prestazioni buone a livello di ricerca e di ottimo valore per la didattica;
accelerometro al quarzo ICP e relativo amplificatore a batterie;
trasduttori di spostamento a variazione di resistenza (potenziometri lineari ed angolari);
LVDT compreso di condizionatore del segnale;
trasduttore di pressione piezoresistivo di basso costo;
verifiche dimensionali: su ciascun banco è posto un piano di riscontro in granito con una dotazione di calibro, micrometro, ed infine compratore con relativo afferraggio a base magnetica;
morsa da banco per consentire il fissaggio di dispositivi di misura o in prova;
pesiera;
banchetto per la taratura dei sensori per la misura di spostamento, dotati di diverse viti micrometriche che coprono diversi campi di misura con diverse incertezze;
amplificatore di misura realizzato con componenti reperiti in commercio;
filtri e sommatori.
DOTAZIONE SPECIFICA DEI BANCHI
Ciascun banco è dotato di strumentazione dedicata per alcuni tipi di misure appartenenti ai seguenti filoni:
misure di vibrazioni: sono presenti numerosi accelerometri delle varie tipologie (servo, piezo con amplificatore di carica, ICP), quattro eccitatori elettrodinamici con portata di 100 N. È anche presente un dispositivo di taratura per accelerometri gravimetrico;
misure di spostamento: sono disponibili sei traduttori a correnti parassite ed alcuni traduttori potenziometrici;
misure di temperatura: sono disponibili diverse sonde, sia a resistenza di platino, sia termocoppie, oltre a tre fornetti ad effetto Peltier che lavorano nel campo tra –40°C e 200°C;
misure di massa e forza: sono presenti tre bilance ad estensimetri, con diverse portate;
misure di pressione: sono presenti quattro banchetti di taratura a confronto, con manometro campione ed un calibratore portatile; è inoltre presente un manometro a colonna di liquido, ancora molto usato come esempio nei laboratori di idraulica;
In aggiunta sono presenti banchi didattici particolari, già assemblati, che riguardano la taratura di accelerometri, esperienze con una bilancia a piatti e infine un banco che mette a confronto i più comuni sistemi per la misura delle portate e delle velocità nei fluidi. Va segnalata anche la presenza degli altri laboratori, da quelli di Energetica a quelli di Ingegneria Aerospaziale, ovvero di quelli dello stesso Dipartimento di Meccanica, che possono essere di complemento per mostrare esempi più complessi e applicativi, non solo legati alle questioni della metrologia di base e della taratura. Basti pensare alle gallerie del vento didattiche di Ingegneria Aerospaziale, che possono essere impiegate per esperienze sulle misure di velocità dei fluidi e misure di forza, alle apparecchiature di Ingegneria Energetica, in cui sono ancora presenti apparecchiature per la misura di velocità dei fluidi (tra cui anche un laser Doppler) e della temperatura, alle esperienze di Meccanica su sistemi semplici, quali le funi tesate, dove i problemi dell’Ingegneria sono affrontati insegnando prima a misurare nella maniera corretta e poi a dedurre le leggi fisiche che governano i fenomeni.
Attualmente, nell’aula di misure si effettuano anche altre esperienze riguardanti corsi che, benché nati e sviluppati in ambito elettrotecnico, trovano la loro naturale collocazione nei corsi di studi di Ingegneria Meccanica. Anche il contributo dei docenti di Ingegneria Aerospaziale, che hanno corsi analoghi a quelli di Misure e altri più mirati ai controlli, è stato importante. Nello specifico, la parte riguardante i controlli – pur non essendo oggetto di studio nei corsi di misure – li coinvolge ampiamente per quanto concerne la sensoristica che pilota gli anelli di retroazione.
3D VISION:
Il laboratorio di 3D Vision afferisce all’area di Misure e tecniche sperimentali del Dipartimento di Meccanica. I principali settori di ricerca del gruppo si basano su misurazioni senza contatto. Il laboratorio di 3D Vision sviluppa soluzioni innovative e sperimentali costruite su due o tre dimensioni dei sistemi di visione come la stereoscopia, luce strutturata e fotocamere di volo. Le applicazioni variano da quelle industriali a quelle medicali, ma anche in campo sportivo, nautico e forense. Il laboratorio è in grado di creare i propri prototipi che, di solito, passano attraverso una qualificazione metrologica prima di arrivare a un prodotto industriale.
MEASURING DEVICES AND CALIBRATION:
La strumentazione di laboratorio (oltre 1200 sensori, dispositivi di calibrazione e di carico) permette di effettuare test statici e dinamici su elementi di dimensioni che variano da millimetri fino a centinaia di metri. I dispositivi di misurazione basati sulla vista permettono di stimare il movimento 3D e la ricostruzione della forma e delle condizioni di stress. Inoltre, il laboratorio è in grado di sviluppare sistemi di misurazione ad hoc che rispondono a specifiche esigenze del cliente.