Sistema ottico per la misura del livello di liquido

The field of application of this Thesis is the target absolute distance measurements; in the metrologic sector, thanks to lasers, it is possible to implement extremely precise measurements in dimensional range from tens of micrometers up to tens of meters. The aim of this Thesis is the study and the design of the optical system for the measurement of a liquid filling level on bottling machines, based on the modern interferometric technique of self-mixing, for which it is not necessary to have a cooperative target and therefore a contact less measure is created. Moreover, only with one prototype, it is possible to give birth to a device capable to measure both distances and vibrations. The first part of the work consists in the prototype realization with an electronic conditioning followed by an accurate design of a general purpose digital board in order to increase the performances in terms of SNR. Subsequently a VHDL code is written, with the purpose of implement an interpolated FFT on the interferometric signal and a Virtual Interface is created through LabView software. Once having concluded the designing phase, some test activities have been carried out with different focus conditions, physical characteristics and target dynamics. In conclusion, the device reached successful results, following with precision the specifics for the bottle filling.

L’ambiente di sviluppo di codesta Tesi è in merito alle applicazioni industriali di misura di distanza assoluta di un target; nel settore metrologico, grazie ai laser, si possono effettuare delle misure di estrema precisione nel campo compreso tra le decine di micron e le decine di metri. Lo scopo di questa Tesi è lo studio e la progettazione di un sistema ottico per la misura del livello di riempimento di un liquido su macchina imbottigliatrici, basato sulla moderna tecnica interferometrica di self-mixing, che non necessità di avere un bersaglio cooperativo e la creazione di una misura contact-less. Inoltre, con un unico prototipo, è possibile realizzare un device in grado di misurare sia distanze che vibrazioni. La prima parte del lavoro mira alla realizzazione del prototipo con un elettronica di condizionamento, seguita da un attenta progettazione di una board digitale general-purpose in modo da incrementare le prestazioni in termini di SNR. Successivamente avviene la stesura di un codice VHDL volto all’esecuzione di una FFT interpolata sul segnale interferometrico e la creazione di una Virtual Interface tramite software LabView. Terminata la fase progettuale è stata eseguita l’attività di test tramite varie prove in diverse condizioni di fuoco e con ambienti di misura della fisica e dinamica del bersaglio vari. In conclusione, il dispositivo ha raggiunto risultati soddisfacenti seguendo con precisione le specifiche per il riempimento della bottiglia.