Kilogrammo prototipo in platino iridio n. 62

Macchine campione di forza a pesi diretti (3)

Macchina campione di forza a moltiplicazione idraulica

Macchina campione di forza per confronto

Durometri

Impianto ad espansione continua (10E^-06 Pa- 0.09 Pa)

Impianto ad espansione statica (0.09 Pa - 1 kPa)

Bilance di pressione (4) in mezzo gassoso modo assoluto e relativo (1.6 kPa - 20 MPa)

Bilance di pressione in mezzo liquido (5) modo relativo (0.5 MPa - 1 GPa, n.5)

Impianti campione (2) per misure di volume e portata d'acqua in massa

Campione solido di volume e densità in silicio cristallino

Campione di lunghezza (laser elio-neon)

Angolo piano

Impianto campione per misure di densità di liquido (2)

Banchi vibranti

Impianti campione (4) per misure di velocità dell'aria

Micromanometro interferometrico

Manobarometro

Impianto campione per misure di volume e portata di gasolio

Impianti campione (5) per misure di portata di gas

Sistema di misura di viscosità cinematica per fluidi newtoniani da 0.4 mm²/s a 1E+05 mm²/s

Impianto campione per misure di volume (3)

Principali attività svolte:
E' stato reso operativo il sistema interferometrico X/ottico su spostamenti fino a 5 cm (cf. progetto D64 - Regione Piemonte) e sono iniziate misurazioni nella regione di risoluzione ed accuratezza desiderata (5·10^-9, cf. International Avogadro Coordination). E' stato completato con successo il collaudo di due interferometri X capaci di sfruttare appieno le potenzialità del nuovo apparato sperimentale; uno di questi è progettato per misure assolute di frequenze di transizioni nucleari, che sono condotte presso il reattore nucleare dell'ILL (cf. proposta Joint Research Programme IMERA+ NAh). E' stato ultimato lo sviluppo delle tecnologie per realizzare la superficie ottica di un interferometro X parallela ai piani reticolari entro 5 µurad (cf. collaborazione LOGICA snc e SILO srl). E' stato completato lo studio degli effetti della tensione superficiale nell'interferometria X e nella misurazione del parametro reticolare del Si (cf. collaborazione UNITO). E' stata avviata (nel quadro del coordinamento internazionale Avogadro) un'attività di sviluppo e supporto matematico/teorico per la misurazione della massa molare del silicio attraverso la spettrometria di massa.Sono state eseguite le prime misure in vuoto dei due campioni, di pari massa e superficie e volume diverso, realizzati dall'INRIM per la misura della densità dell'aria in modo diretto.
E' stato realizzato un sistema per misurare la posizione del centro di massa di un corpo.
Si sono misurate posizione del centro di massa e densità della test - mass utilizzata nel progetto LISA (collaborazione Thales Alenia Space). L'esperimento ha lo scopo di ottenere informazioni sulle onde gravitazionali attraverso la misura della distanza relativa di sensori inerziali, i quali saranno posizionati all'interno di satelliti posti ad una distanza di 5·10⁶ km. Le misure sono state eseguite su tre campioni aventi diversa accuratezza di lavorazione.
Nel campo della densità di solidi è stata modificata la procedura di taratura e il software per la gestione della strumentazione, inoltre è stata installata una nuova strumentazione per la misura della temperatura.
Per la formazione si è partecipato alla docenza in un corso introduttivo all'incertezza presso l'INMETRO (a carattere nazionale, con lezioni in portoghese), alla advanced school on evaluation of uncertainty in measurement, anch'essa organizzata dall'INMETRO, a carattere internazionale e a due corsi per Ispettore Metrico e Assistente al Servizio organizzati dall'Istituto G. Tagliacarne.

Risultati conseguiti:
E' stato dimostrato che è possibile operare un interferometro a raggi X (spostamenti fino a 5 cm) ed effettuare misurazioni del passo reticolare (spostamenti fino a 0.5 cm, cf. con obiettivo di 5 cm) utilizzando una guida ottica controllata elettronicamente su sei gradi di libertà (mantenendo il reticolo atomico perfettamente affacciato a quello del cristallo di riferimento). Sono state effettuate misurazioni del parametro reticolare con una accuratezza pari a 2·10^-8 (cf. con l'obiettivo fissato a 3·10^-9).
E' stato realizzato un sistema di misura della posizione del centro di massa di un corpo mediante il metodo della pesata a ponte.
Sono stati pubblicati: 8 articoli indicizzati dall'ISI-Thomson Web of Science; 2 pubblicazioni su atti di congressi internazionali e una su atti di congressi nazionali; 1 rapporto tecnico.
Il Supplemento 1 della Guide to the expression of uncertainty in measurement è stato approvato dalle organizzazioni concorrenti e inviato all'ISO per la pubblicazione. Altri documenti hanno visto significativi progressi.

Impatto dei risultati conseguiti sul contesto esterno:
E' stato coordinato, proposto e approvato un progetto di ricerca congiunto (INRIM, IRMM, PTB, ILL, UNITO, BIPM) nel quadro dell'iniziativa IMERA-plus del VII programma quadro.
Un componente del programma ha presentato le dimissioni e avviato un'azienda nel settore della microelettronica.
Al corso introduttivo all'incertezza presso l'INMETRO hanno partecipato un'ottantina di studenti provenienti da varie istituzioni brasiliane. Alla advanced school hanno partecipato 102 studenti provenienti da 40 istituzioni di 15 diversi Paesi.

Confronto tra risultati conseguiti e attesi, punti critici:
Rispetto alla tempistica preventivata (in termini di obiettivi raggiunti), il progetto Avogadro (avviato il 01-01-2004) ha accumulato un ritardo di circa un anno. Le cause sono da individuare da difficoltà impreviste di natura scientifica e tecnica emerse sia nelle attività di competenza esterna (nell'ambito della collaborazione internazionale) che interna. Le maggiori criticità sono connesse all'insuccesso nel reperire internamente all'INRIM personale (da inserire nel progetto) con competenze tecnico/scientifiche idonee a sostituire il personale dimissionario.
Le altre attività hanno prodotto risultati sostanzialmente allineati con quelli attesi.

Risultati conseguiti:
Pubblicazione di n. 2 articoli su rivista internazionale, n. 6 memorie in Congressi Internazionali, n. 2 articoli su Riviste Nazionali, n. 1 memoria in Congresso Nazionale e n. 4 rapporti tecnici.
Risultato confronto CCM-FF-K4 è stata confermata la CMC 100 mL.
La disseminazione delle Unità ha portato all'accreditamento di nuovi laboratori ed a verifica con esito positivo di numerosi Centri già esistenti.
Correzione per regime di flusso non molecolare e errore sistematico del sistema ad espansione continua.
Stesura di rapporti (inviati al Committente) sui calcoli effettuati sulla valvola di regolazione per Xeno e sul microthruster per Thales Alenia Space.
Prototipo dimostratore di iniettore piezo per CH4 e GPL con buone caratteristiche operative.
Thrusters per azoto sviluppati da INRIM, scelti da ESA nel 2007 in gara europea per missione GAIA (attualmente in fase di test di spinta su nano-bilancia presso Thales Alenia Space Torino, con nostra assistenza).
Validazione tramite verifica sperimentale dello schema costruttivo di riduttore di pressione per xeno mediante heaters sulla testata; definizione dei parametri operativi.
Validazione (da parte del committente) della funzionalità della valvola di riflusso con separazione a membrana in titanio GR5, interamente realizzata presso INRIM.

Impatto dei risultati conseguiti sul contesto esterno:
Supporto alle industrie per certificazione di strumenti per processi industriali; presidio metrologico e disseminazione dei campioni relativi a M3.
Consulenza e supporto alle industrie per: sviluppo di apparecchiature basate su processi fluidodinamici, controllo di qualità delle proprietà fisiche dei materiali, sviluppo di metodi di misura delle proprietà fisiche, misure di portata di gas naturale, miglioramento della riferibilità delle misure industriali.
Analisi sulla generazione e propagazione del suono per lo sviluppo di sistemi con minore impatto sonoro sull'ambiente.
Studio di micro-flussi di gas per ricerca e controllo delle fughe, ricadute ambientali nel caso dei gas refrigeranti.
Sviluppo di componenti attivi a tecnologia piezo per la sostituzione di quelli tradizionali a causa della crescente affidabilità, della maggior precisione e del minor consumo di energia.

Confronto tra risultati conseguiti e attesi, punti critici:
I risultati ottenuti sono sostanzialmente in linea con le attese; buona parte dei risultati attesi sono stati effettivamente conseguiti (es. analisi microthrusters, applicazioni metrologiche ugelli sonici, correzione errore sistematico del sistema ad espansione continua, attività di formazione e disseminazione), mentre le attività relative a quelli non conseguiti procedono e si prevede che porteranno a risultati futuri (ad es. nuovi confronti MRA, sviluppo del sistema di taratura LDV, caratterizzazione di fughe di riferimento a capillare in regime di flusso transitorio) oppure sono state sospese in attesa di essere riprese in futuro (ad es. applicazione LDV allo studio impianti campione, automazione stazione misura densità, attività nel campo del degassamento di materiali per il vuoto, nanobilancia).
Esistono tuttavia alcune difficoltà nello sviluppare adeguatamente i vari progetti, dovute principalmente al ridotto numero di unità di personale a fronte dei numerosi impegni e a causa di incremento dell'impegno dedicato ad attività divenute prioritarie.
In particolare, il solo ricercatore impegnato su M3.4 è ormai prossimo al pensionamento e si sottolinea che le attività relative ad M3.4 sono considerate strategiche ed assolutamente irrinunciabili per INRIM.

Principali attività svolte:
E' stato concluso il lavoro in collaborazione con il NIST e il BIPM sulla misura dell'incertezza associata al pettine di frequenza basato su laser a femtosecondi a effetto Kerr: misurando la differenza tra le uscite di due pettini agganciati ad un riferimento stabile, si è ottenuto che i pettini in questione hanno raggiunto un'incertezza nel trasferimento dell'accuratezza dell'ordine di 10^-19 per l'uscita ottica e 10^-18 per l'uscita microonda.
E' stata completata la parte opto-meccanica della stazione di misura assoluta di frequenze ottiche.
Per quel che riguarda la parte meccanica dell'interferometro INRIM che è formata da un banco ottico con rotaia di 30 m, è stata completata la motorizzazione e il controllo remoto di velocità e posizione del carro. Si è inoltre iniziata la realizzazione del sistema interferometrico incrementale relativo impiegando un laser He-Ne di riferimento, retroriflettori e ottiche di controllo. Sono stati redatti due progetti (PRIN e JRP) per l'impiego dell'interferometro INRIM per la validazione di tecniche interferometriche assolute.
Per quel che riguarda il progetto RUFO (Riferimenti Ultrastabili di Frequenze Ottiche) sono stati realizzati il modello in plexiglas della cavità passiva da usare come riferimento di frequenza in ambito aerospaziale e la struttura da vuoto. Sono stati inoltre progettati il banco ottico, la cavità di riferimento, i sistemi di controllo del sistema.
E' stato realizzato un prototipo per la misura di spinta di motori per il controllo di assetto e di posizione di satelliti all'interno del contratto NFU (Nano Balance Facility Upgrade) con Thales Alenia Space. Un sistema alternativo che sia in grado di misurare spinte più grandi (mN) ma di più facile utilizzo è stato progettato in collaborazione con il programma M3.
Sono stati realizzati due analizzatori spettrali d'immagine basati su cavità Fabry-Perot. Sono stati ottenuti buoni risultati sia lavorando su un campione attivo (sorgenti con spettro di emissione noto), sia con un campione passivo (con spettri di riflessione noti), si è ottenuta una buona corrispondenza tra gli spettri ottenuti e quelli attesi. Applicando l'analizzatore spettrale alla termometria si è ottenuta una buona stima della temperatura del filamento di una lampadina a incandescenza. Una limitazione della tecnica è dovuta all'uso dei sensori CCD/CMOS che hanno lo svantaggio di avere scarsa dinamica (10 bit) e scarsa sensibilità in particolare verso la componente blu dello spettro.
Per quel che riguarda l'attività di mantenimento dei campioni di lunghezza d'onda e disseminazione si è continuata l'attività di mantenimento e sono state eseguite alcune tarature di laser He-Ne/I₂ a 633 nm (2 interni e 4 esterni).

Risultati conseguiti:
Deposito di due brevetti in collaborazione con Thales Alenia Space.
Attivazione contratto Laser Interferometry high-precision tracking for LEO (Low Earth Orbit) in collaborazione con Thales Alenia Space.
5 pubblicazioni.

Impatto dei risultati conseguiti sul contesto esterno:
Il lavoro di mantenimento e confronto dei campioni di lunghezza è essenziale ai fini dello svolgimento del compito istituzionale che è la realizzazione della definizione del metro. Mediante le tarature di laser interni ed esterni viene assicurata la riferibilità delle misure alle unità di misure SI, il laboratorio si pone in questo modo al vertice della piramide metrologica.
La motorizzazione del carro e l'installazione della parte ottica dell'interferometro incrementale INRIM sono il primo passo verso il sistema che assicurerà la riferibilità al metro per lunghe distanze tarando interferometri commerciali, distanziometri (EDM) e misuratori di velocità, e che permetterà la validazione di interferometri assoluti all'interno dei progetti IMERAplus e PRIN.
L'analizzatore spettrale d'immagine ha l'importante vantaggio rispetto a strumenti simili di misurare la composizione spettrale di immagini senza avere parti meccaniche in movimento, riducendo l'ingombro e il costo.

Confronto tra risultati conseguiti e attesi, punti critici:
Lo svolgimento del progetto RUFO è stato ritardato dalla mancata consegna del distanziale in ULE della cavità di riferimento.
Per quel che riguarda l'analizzatore spettale d'immagine i risultati conseguiti nell'anno 2007 hanno permesso la conferma della validità della tecnica. Sono stati risolti molti problemi tecnici quali la ricostruzione dei punti mancanti dell'interferogramma, la misura della distanza tra gli specchi mediante un riferimento laser. I punti critici da risolvere per la realizzazione di un prototipo che possa essere usato come dimostratore per l'industria sono la difficoltà nella creazione di un software robusto e di un sistema meccanicamente stabile.

Principali attività svolte:
Attività di ricerca e sviluppo:
Realizzazione di un prototipo di tastatore ottico per misure di precisione senza contatto, e sua caratterizzazione.
Realizzazione prototipo di scatterometro per analisi di particelle statiche, e sua caratterizzazione.
Sviluppo comparato e simulazione di piani sperimentali per la determinazione degli errori di geometria di CMM (GEMIL).
Analisi diagnostiche a coordinate di manufatti per esperimenti ed impianti INRIM: risonatore cavo per costante di Boltzmann, interferometro X per costante d'Avogadro, conduttanza per campione ad espansione continua.
Primo nucleo di software per la prova del software per CMM secondo la UNI EN ISO 10360-6, e specificazione di una tecnica di stima in-process di misurando e incertezza (NMITech).
Studio dell'applicabilità di metodi statistici bayesiani al trattamento automatico dell'incertezza di misura.
Visual Odometry: determinazione accurata dell'egomotion di una piattaforma mobile con metodi di stereovisione e verifica sperimentale.
Studio e realizzazione di una testa stereoscopica con base variabile.
Sviluppo di metodologie e algoritmi per la registrazione automatica e la decimazione adattativa di dati 3D acquisititi da un sistema stereo a luce strutturata.
Studio e implementazione d'algoritmi di connessione automatica tra variabili di programma ed elementi d'interfaccia grafica multi-piattaforma.
Revisione del sistema di monitoraggio frane: sviluppo di un nuovo algoritmo di misura e confronto con quello di Lowe; gestione di black-out e d'arresti non voluti, compensazione d'errori dovuti a piccoli spostamenti della stazione di misura e confronto con i dati della Stazione Totale dell'IRPI.
Attività per EMRP-iMERA+: la lunghezza è uno dei quattro temi finanziati (TP3); ciò ha richiesto e comportato un grande lavoro di preparazione e coordinamento di JRP. In particolare, sono stati approvati i progetti T3.J1.4 Nanotrace (coordinamento di JRP), T3.J2.2 NMITech (coordinamento di WP), T3.J1.1 Nanoparticles e T3.J3.1 Long range per le parti di competenza (vedi M4); presentati e non approvati i progetti T3.J1.2 PSIDIMN, T3.J1.3 ChallDimNano e T3.J4.1 3DForm (coinvolgimento INRIM solo iniziale). È infine prevista la partecipazione nel progetto approvato T1.J1.4 Boltzmann constant.
Altri progetti presentati: MeProN e MEMAT (FP7-SME) non hanno superato la prima fase della selezione, seppure di poco; Nanomeccanica e MeGA PrIn - InRiM InC (PRIN 2007) sono in fase di valutazione; GEMIL (contratto con Hexagon Metrology spa) è iniziato il 1° luglio.
Mantenimento e miglioramento dei campioni di lunghezza e d'angolo e relative CMC (34).
Confronti chiave MRA: coordinamento di EUROMET.L-K4 (campioni diametrali - analisi dati e stesura draft A); misurazioni in EUROMET.L-K7 (riga ottica, iniziato nel 2006) e in APMP.L-K6 (piatti con sfere, terminato nel 2008).
Avvio del progetto EURAMET 866 (coordinamento INRIM): taratura interferometrica di trasduttori di micro/nano spostamenti tramite compensazione della non-linearità ottica con azzeramento della fase ottica con EOM.
Ordinaria attività di taratura e di supporto all'accreditamento; in particolare, coordinamento del confronto interlaboratorio nazionale su campioni diametrali, e coordinamento ed esecuzione presso INRIM del primo confronto su verifica di prestazioni di CMM.
Attività di formazione e diffusione culturale, sia all'interno (tirocini e tesi) sia all'esterno (CMM Club Italia, corsi EMIT-LAS).
Attività di normazione sia nazionale sia internazionale.

Impatto dei risultati conseguiti sul contesto esterno:
Positiva collocazione dell'INRIM nel rinnovato quadro di collaborazione scientifica di cui al programma EMRP.
Estensione della riferibilità nelle nanotecnologie, nanoscienza e analisi delle superfici.
Raccomandazioni e progetti del Gruppo di lavoro sulla nanometrologia (WGDM - DG9).
Innovazione profonda del metodo nella compensazione degli errori di geometria delle CMM usato dal partner industriale, con miglioramento delle prestazioni e compressione dei costi (GEMIL, ancora in corso).
Dimostrazione sperimentale della validità del sistema d'accreditamento SIT per verifica di prestazioni di CMM, unico Paese al mondo.
Sostegno all'automazione industriale e al monitoraggio ambientale tramite sensori intelligenti ad alta densità d'informazione.
Potenziali applicazioni all'esplorazione planetaria dei sistemi mobili ed autonomi operanti in ambiente sconosciuto e/o ostile.
Ricostruzione virtuale d'opere d'arte, per la loro conservazione, disseminazione (museo virtuale), monitoraggio del degrado e fruizione.
Ingegnerizzazione inversa automatizzata d'impianti industriali.
Possibile integrazione del sistema di monitoraggio frane con una stazione totale al fine di eliminare la necessità di installare prismi riflettenti nella zona da monitorare.