Lo studio ha interessato l'analisi di liquidi in pressione, in assenza di componente luminosa.
Il DAL ha sviluppato un Proof Of Concept di un sistema embedded che può essere applicato in cisterne, circuiti in pressione e tubi.
Dopo una fase di analisi e di integrazione concettuale, si è deciso di utilizzare un sensore commerciale, particolarmente sensibile nel rilevare la gamma di colori RGB-W. Rileva la luce rossa, verde, blu e bianca, integrando fotodiodi.
Abbiamo prodotto, con la manifattura additiva, delle camere di misurazione di diversi colori su cui testare i sensori, per emulare le condizioni presenti in tubazioni e serbatoi.
E' stato sviluppato il firmware, che raccogliendo i dati inviati dal sensore, possa interpretarli al fine di analizzare in tempo reale e con estrema accuratezza, la colorazione e la torbidità dei liquidi.
Camera di misura con sensore.
SENSORE UTILIZZATO:
E' stato scelto un sensore commerciale, RGB/ambientale avanzato, interfacciato con il protocollo I2C e progettato con tecnologia CMOS. Questo sensore di colore rileva la luce rossa, verde, blu e bianca, integrando fotodiodi, amplificatori e circuiti analogici/digitali in un singolo chip CMOS. Queste informazioni digitali RGBW possono essere utilizzate, tra l'altro, nei sistemi di controllo per monitorare e controllare attivamente una fonte luminosa. Garantisce una risposta accurata al centro di ogni banda richiesta per i canali rosso, verde e blu. Inoltre, assicura un'eccellente compensazione della temperatura, mantenendo l'uscita stabile anche con variazioni di temperatura. Le funzioni del sensore sono gestibili tramite comandi inviati tramite il bus I2C . Le dimensioni del componente sono molto compatte, misurando solamente 2.0 mm x 1.25 mm x 1.0 mm (L x W x H).
Hardware di testing creato con manifattura additiva per replicare le condizioni di funzionamento reale. Nell'hardware è stato integrato il sensore.
Le fasi di sviluppo sono state:
- Identificazione e Formalizzazione del Problema
- Studio di Fattibilità e Ricerca Preliminare
- Selezione dei Componenti e Integrazione Concettuale
- Modellazione 3D dei componenti e simulazione
- Sviluppo dei Prototipi con additive manufacturing e validazione
- Test e analisi dati
Questa soluzione è ideale nei contesti in cui parametri quali il colore, la trasparenza e la lucentezza di un liquido, siano indicatori rilevanti delle proprietà del prodotto oppure di problemi qualitativi.
Tramite questo sistema è possibile monitorare in tempo reale lo stato di un liquido, rilevando anomalie o avendo misure precise di qualità.
Il DAL riesce ad integrare diversi componenti, creando sistemi flessibili che si adattano alle specifiche esigenze del committente.
E' possibile utilizzare diversi protocolli di comunicazione per interfacciare il sistema ad infrastrutture software esistenti nelle aziende, creando un sistema IOT per il monitoraggio in tempo reale delle caratteristiche del liquido.
Questa tecnologia permette di sostituire controlli che al momento sono effettuati solo visivamente dall'operatore. Misurando i parametri di colore, lucentezza, e torbidità all'interno delle tubazioni, le letture non sono influenzate dalla luce esterna, risultando così affidabili, precise ed accurate. Potendo tenere traccia dell'andamento della variazione dei parametri, si riescono a tenere sotto controllo processi complessi, in luoghi distanti o difficili da monitorare.
Il sistema permette di essere adattato a diverse applicazioni:
- Controllo di liquidi lubrificanti: in una logica di manutenzione predittiva è possibile monitorare lo stato di olii lubrificanti, per valutarne il degrado. date le dimensioni ridotte del sistema e del sensore è possibile posizionarlo in posti angusti, difficili da ispezionare. Il DAL può adattare la soluzione agli specifici contesti, integrando sensori differenti e sistemi di comunicazione esterni che permettano di visualizzare i parametri anche da remoto.
- Controllo e ispezione di liquidi, anche nell'industria alimentare
Risultati finali, rilevazione dei diversi colori incrociando letture R/G/B
Sistema per rilevare il colore del carburante all'interno delle tubazioni, al fine di prevenire errori nel riempimento delle cisterne.
- Sono state approntate 4 provette in plastica trasparente, 3 tipologie di carburante (di colore: Giallo, Rosso e Verde) e una di acqua, come riferimento.
- Due camere di misura (nera e bianca) per valutare l’influsso della luce riflessa
- Le provette con i diversi tipi di carburante vengono inserite all’interno della camera di misura che emula una tubazione
RISULTATI FINALI E CONSIDERAZIONI
- I colori sono rilevabili in modo distinto anche all’interno di una cavità completamente oscurata.
- L’uso di un riflettore bianco o metallico (acciaio inox AISI 430) incrementa molto la separazione della soglia che permette di discriminare i colori.
- Nel sistema finale sarà possibile inserire più sensori per una misura ridondata, inserire un sensore di temperatura e umidità per eventuali compensazioni termiche.
- Dovrà essere ingegnerizzato un sistema con oblò trasparente che affaccia sul condotto in cui passa il carburante e un riflettore in acciaio inox per rendere la misura più robusta (maggiore separazione delle componenti RGB a causa della luce riflessa).
- Nell'applicazione industriale, occorrerà implementare una ridondanza dell’hardware in modo da garantire robustezza al guasto.
Fondazione Rei e Indiotech
Ricerca di partner aziendali e di case study per verificare gli ambiti di applicazione di questa tecnologia.
Abbiamo iniziato a sondare diversi ambiti applicativi:
- Rilevazione del degrado degli oli lubrificanti e refrigeranti nei macchinari industriali
- soluzioni per prevenire anomalie di riempimento di serbatoi
- Sistemi per rilevare bolle d'aria, acqua e particelle metalliche negli oli
Risultati misurazioni RGB su provette di colore diverso