Progettazione e sviluppo di un sistema di vibrometria laser doppler ad inseguimento real-time basato su fotodiodo 2D

In this work, a new laser-doppler tracking system applied to moving structures is proposed. Object position is basically measures coupling a vibrometer and a 2D photodiode (PSD). Among all Laser-Doppler Vibrometry techniques, two fundamental approaches can be considered. The first one is used to track object position when its 2D trajectory is known a-priori (especially in circular motions). The second one, instead, exploits a vision system to follow position of a moving object. The PSD based tracking system studied in this work combines the strengths of the previous two methods: • Object trajectory can be unknown; • Measurement axis and motion plane normal can be not perfectly aligned, • 2D and 3D motions can be easily followed if their trajectories fall within the optical system span; • Real-time measurement. In this tracking system, a 2D photodiode is used to reveal the reflected light beam coming from a marker attached to the moving structure, producing an analog signal directly proportional to the relative position to the sensor center point. Once position is determined, the Ni-MyRIO1900 implemented control system shifts the tracking beam through a couple of galvanometric mirrors, in order to cancel the error between starting reference position and reflected beam position. During the test stage, a set-up and alignment procedure for the optical bench and a tracking speed assessment have been developed. In order to assess and evaluate measure system performances, a vibrometric test on an aluminum two-bladed rotating frame has been carried-out. The rotating structure has been characterized both by excitation through an instrumented impact hammer and using a TLDV technique with encoder. Comparison of the data coming from the two approaches is showing good agreement.

In questo lavoro viene proposto un nuovo sistema di tracking laser doppler vibrometer applicato su strutture in movimento, per mezzo di un sistema di controllo della posizione dell'oggetto mediante l'utilizzo di un fotodiodo ( PSD ) 2D. Tra le tecniche di misure di vibrometria laser Doppler ( LDV ), si possono elencare due fondamentali approcci. Un primo metodo è dato dal sistema ad inseguimento mediante il controllo di posizione con traiettorie 2D note a priori ( in particolare moti circolari ). Un secondo approccio è quello rappresentato dal sistema ad inseguimento con sistemi di visione per il controllo della posizione di un oggetto in movimento. Il sistema di tracking, basato sul PSD, propone un metodo di misura che coniuga i pregi di entrambi i metodi sopra elencati: • Non è richiesta la conoscenza a priori della traiettoria del target da inseguire; • Non è necessario un allineamento perfetto tra la normale del piano del moto e l'asse di misura. • La possibilità di inseguire moti sia 2D che 3D all'interno dell'apertura ottica del sistema di misura; • Sistema di misura real – time. Il sistema di tracking, è basato sulla misura di posizione mediante l'utilizzo di un fotodiodo 2D, in grado di rilevare il raggio di luce riflesso da un marker collocato sulla struttura in movimento, producendo un segnale analogico direttamente proporzionale alla posizione relativa al centro del sensore. Il sistema di controllo, implementato su Ni-MyRIO1900, nota la posizione, muove il raggio di tracking mediante una coppia di specchi galvanometrici, in modo da annullare l'errore tra la posizione di riferimento iniziale e la posizione data dal raggio riflesso. Durante la fase di test e collaudo sono state sviluppate: • una procedura di set-up e di allineamento del banco ottico; • una stima della velocità di inseguimento. Al fine di stimare e valutare le performances del sistema di misura, è stato eseguito un test di indagine vibrometrica su una struttura di alluminio a due lame rotante. La caratterizzazione della struttura è stata effettuata in rotazione, ed eccitata mediante l’utilizzo di un martello strumentato. La misura è stata confrontata con la caratterizzazione della struttura ottenuta con una tecnica di TLDV con encoder, mettendo in mostra una buona correlazione tra i due approcci.