Riassunto analitico
Questa tesi è il riassunto di tre anni di ricerca e sviluppo nel campo degli strumenti di misura ottici per l'analisi termica dei materiali.
Il lavoro è stato svolto in stretta collaborazione con Expert System Solutions, che produce da più di 20 anni strumenti ottici originali quali microscopi riscaldanti, dilatometri e flessimetri.
Dopo una analisi approfondita degli strumenti attuali e delle prospettive di sviluppo, è stata identificata come prioritaria la progettazine di una architettura software che permettesse l'estendibilità a nuove procedure di calcolo ed a periferiche aggiuntive.
È stato sviluppato un software innovativo per l'acquisizione e l'elaborazione parallela di dati provenienti da molteplici periferiche eterogenee, quali telecamere, motori passo passo, termoregolatori, bilance ad alta precisione. La nuova piattaforma, denominata Misura4, incrementa la risoluzione temporale a più di 10 immagini per secondo, ed la risoluzione d'immagine a 2048x1536 pixel.
Metodo avanzati di analisi dell'immagine producono risultati più accurati e ripetibili. Nel campo della microscopia introducono criteri matematici rigorosi per l'identificazione delle forme caratteristiche e l'analisi contemporanea fino a 24 campioni.
La termoregolazione del campione è stata sviluppata in modo da consentire la realizzazione di cicli termici di complessità e durata arbitraria. È stato formulato un modello fisico di riscaldamento e raffreddamento del forno, da cui deriva un nuovo algoritmo di termoregolazione capace di prevedere il comportamento della temperatura, mantenendo al contempo la possibilità di adattarsi ad interferenze esterne (quali reazioni eso/endotermiche). L'algoritmo risultante migliora la corrispondenza tra la curva di temperatura richiesta e quella realizzata, di fondamentale importanza per le misure di dilatometria.
La piattaforma software risultante introduce, assieme a notevoli miglioramenti di performance, nuovi tipi di misure sui materiali, che saranno in futuro approfondite attraverso estese prove sperimentali.
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Abstract
The present Thesis is the summary of three years of research in the fields of optical measurement instruments for thermal analysis of materials.
The work was developed in collaboration with Expert System Solutions, which produces original optical instruments since more than 20 years ago, for example Heating Microscopes, Dilatometers and Fleximeters.
After an in-depth analysis of the actual instruments and development perspective, the design of a software architecture extensible towards new calculation procedures and additional peripherals was recognized as priority.
An innovative software was developed for the parallel acquisition and elaboration of data coming from multiple heterogeneous peripherals, such as cameras, stepper motors, thermoregulators, high precision balances. The new platform, called Misura4, increases the time resolution to more than 10 images per second, and the image resolution to 2048x1536 pixel.
Advanced image analysis methods produce more accurate and repeatable results. In the microscopy fields, introduce rigorous mathematical criteria for the identification of characteristic shapes and simultaneous analysis up to 24 samples.
The sample thermoregulation was designed in order to allow arbitrarily complex and long thermal cycles. A physical model was formulated for the heating and cooling of the kiln, from which a new thermoregulation algorithm was developed, capable of anticipating temperature behavior, while keeping high adaptivity towards external interferences (e.g. eso/endothermic reactions). The resulting algorithm improves the correspondence between the requested temperature curve and the performed one, of fundamental importance for dilatometry measurements.
The resulting software platform introduces new kind of measurements, which will be deepened through extensive experimental tests.
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