Software di Controllo Polifunzionale per un Sistema di Misura Integrato per la Caratterizzazione di Fasci Laser

Author(s):
E. Stucchi - CESI
F. Trespidi - CESI
L. Fiorina - CESI

Industry:
Government/Defense, Aerospace/Avionics

Products:
LabVIEW, NI-DAQmx

The Challenge:
Software di Controllo Polifunzionale per un Sistema di Misura Integrato per la Caratterizzazione di Fasci Laser

The Solution:
Utilizzo di LabVIEW per l’acquisizione diretta dei dati, l’interfacciamento con altra strumentazione di misura, il controllo automatico dell’esecuzione delle misure, il processamento dei dati e la generazione automatica della reportistica.

Descrizione
Per validare una sorgente laser utilizzata per applicazioni spaziali di diagnostica ambientale, si è reso necessario caratterizzare in maniera completa i parametri ottici del fascio laser generato in termini di: energia, lunghezza d’onda, stabilità angolare, stato di polarizzazione, durata dell’impulso, stabilità della frequenza ottica, caratteristiche spettrali dell’impulso, qualità ottica e profili d’intensità del fascio laser. Tutte queste operazioni devono essere periodicamente compiute sia durante le fasi di allineamento e messa a punto del sistema, che successivamente ad ognuno dei numerosi test di validazione (compatibilità elettromagnetica, vibrazioni, termovuoto ecc.) dell’intero sistema. Tali operazioni, se compiute manualmente ed in forma sequenziale, richiedono un’enorme quantità di tempo e l’impegno di numerosi operatori.
L’obiettivo del progetto era la realizzazione di un unico strumento in grado di compiere automaticamente tutte le necessarie caratterizzazioni del fascio laser.
Il sistema di controllo di tale strumento è stato sviluppato in LabVIEW. Le operazioni che lo strumento è in grado di effettuare sono raggruppabili nelle seguenti categorie:
1) Effettuazione di misure di calibrazione o di preallineamento dei diversi strumenti.
2) Automatizzazione dell’esecuzione di tutte le misure con la possibilità di impostare la sequenza temporale delle misure che devono essere eseguite in successione o in parallelo.
3) Caricamento dei parametri di inizializzazione delle misure da file o manualmente.
4) Salvataggio automatico di tutti i parametri di configurazione della misura e dei risultati delle misure in forma di dati grezzi, semilavorati e processati. La struttura delle directory di salvataggio viene generata in forma automatica dal programma di controllo.
5) Riprocessamento off-line (play back) dei dati grezzi di tutte le misure.
6) Verifica che i parametri misurati soddisfino le specifiche di sistema della sorgente laser.
7) Generazione automatica dei report di misura e delle tabelle pass/fail per i test eseguiti.

Tutte le funzioni sono residenti e funzionanti su un unico computer. Solo alcune analisi matematiche particolarmente gravose in termini di potenza di calcolo sono state condivise, sia per la fase di misura che per quella di riprocessamento, con il computer presente all’interno dell’oscilloscopio Lecroy. Questo ha reso necessario lo sviluppo di un efficiente codice per lo scambio e la condivisione via LAN dei dati e dei risultati tra il PC di controllo e quello dell’oscilloscopio. Anche tale SW è stato sviluppato in LabVIEW.

Conclusione
Il lavoro ha permesso di utilizzare le seguenti potenzialità offerte da LabVIEW:
• Possibilità di interfacciamento con tutti gli strumenti elencati di seguito in maniera relativamente semplice tramite driver LabVIEW o oggetti Active X.
• Gestione efficiente dell’esecuzione parallela di più misure, grazie alla possibilità di definire differenti priorità per i diversi thread a cui erano associate le varie misure.
• Disponibilità di un’interfaccia utente diretta ed efficace.
• Possibilità di creare report in forma automatizzata partendo dai dati misurati.
• Semplice e compatta rappresentazione della struttura del programma; rappresentazione direttamente utilizzabile per la stesura della documentazione richiesta.

Il sistema realizzato ha consentito di ottenere i seguenti benefici:
• Disponibilità di un unico strumento costituito da un rack e da un banco ottico per la caratterizzazione completa di fasci laser.
• Possibilità di effettuare le misure ad una velocità molto superiore (da 5 a 20 volte) rispetto alle misure compiute manualmente dall’operatore.
• Parallelizzazione di alcune misure con ulteriore riduzione del tempo di misura.
• Possibilità di ripetizione delle misure in sequenze controllate automaticamente.
• Possibilità di compiere un successivo riprocessamento manuale dei dati (play-back) per eventuali analisi successive.
• Generazione automatica dei report con tutti i risultati in forma di tabelle, descrizioni e immagini, nonché le tabelle di validazione delle specifiche.

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