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Laboratorio di diagnostica interferometrica ESPI
 

 

 

Interferometria e olografia nella diagnostica dello stato di conservazione di opere d’arte e reperti archeologici.

 

 
 

Gli sviluppi dell’ottica fisica e dell'elettronica possono fornire agli esperti di restauro delle importanti informazioni circa lo stato di conservazione, le caratteristiche fisiche e strutturali dei materiali di cui sono costituite le opere d'arte. Sculture in vari materiali, dipinti, mosaici, affreschi, manufatti di vario tipo, possono essere sottoposti ad accurate indagini diagnostiche, basate su tecniche ottiche, in grado di misurarne variazioni delle caratteristiche fisiche o rivelarne imperfezioni o danneggiamenti causati dall’azione di agenti atmosferici, da variazioni di temperatura, ecc. Per questi scopi viene da noi utilizzata l’ Interferometria Olografica. Si tratta di una tecnica ottica avanzata non invasiva e non distruttiva: l’oggetto in esame viene semplicemente illuminato da un laser di bassa potenza e non viene in alcun modo manipolato.

Viene impiegato un apparato di “Electronic Speckle Interferometry (ESPI)”, una strumentazione all'avanguardia che combina le moderne tecniche di imaging digitale con i metodi di interferometria ottica. Grazie a tale strumentazione è possibile effettuare test di elevata precisione ed affidabilità su reperti di diversi tipi e materiali per evidenziarne eventuali difetti nascosti come: microfratture, distacchi di strati dipinti dal supporto, distacchi di tessere di mosaici, tracce di eventuali restauri precedenti, presenza di inclusioni o disomogeneità dei materiali costituenti l’oggetto in esame e quindi contribuire alla rivelazione di eventuali contraffazioni, e così via.

La elevatissima sensibilità della tecnica permette di rivelare il difetto al suo primo insorgere e quindi indicare la necessità di intervenire prima che si producano effetti irreversibili. A titolo di esempio si può citare un tipico danno che si produce nei dipinti: il distacco dello strato di colore dal supporto. Tale distacco è causato principalmente dalle escursioni termiche, che provocano piccole variazioni dimensionali che, a loro volta, producono la perdita di adesione tra strato di colore e supporto fino a che, a lungo andare, appaiono le caratteristiche screpolature.

Nel caso dei mosaici una simile dinamica può causare il distacco delle tessere.

Poiché la tecnica interferometrica è in grado di misurare piccolissime variazioni dimensionali (decine di nanometri su campioni sottoposti a variazioni di temperatura di pochi gradi), negli esempi sopracitati essa è in grado di evidenziare un distacco nella sua iniziale fase di perdita di adesione, prima che avvenga la rottura.

Vantaggi del Servizio/Laboratorio: Con queste tecniche di elevatissima sensibilità è possibile rivelare, ad esempio, la presenza di fratture interne, anche di dimensioni microscopiche, non visibili ad occhio nudo né rilevabili attraverso l'impiego di ottiche di ingrandimento, verificare l’omogeneità dei materiali, rivelare eventuali inclusioni, etc.: in definitiva fornire informazioni rilevanti circa la struttura e lo stato di conservazione del bene in esame». L'indagine diagnostica può essere effettuata prima, durante e dopo gli eventuali interventi di restauro, ma è anche possibile monitorare in tempo reale il comportamento dei reperti al variare dei parametri ambientali, o in presenza di vibrazioni, grazie alla elevata velocità operativa dell’apparato, che è in grado di acquisire ed elaborare 30 immagini al secondo.

Le tecniche interferometriche ed olografiche non sono invasive,possono operarecon diverse tipologie di manufatto anche di dimensioni molto piccolee pertantosi integrano con le altre tecniche non distruttive usate nella diagnostica delle opere d’arte;possono pertanto essere di grande aiuto al lavoro di restauro ed al controllo ed all’analisi quantitativa dei materiali costituenti il reperto

Settori di Applicazione BB.CC.AA.: Archeologia Restauro (Potenziali utenti: musei(diagnostica di opere d’arte di qualsiasi tipologia), restauratori (diagnostica pre e post restauro, verifica in real-time del comportamento del restauro stesso al variare delle condizioni ambientali)

Altri settori di Applicazione: Settore Nuovi Materiali (Metrologia ottica per il controllo non distruttivo e la diagnostica di materiali compositi e componenti; Analisi quantitative di materiali microstrutturati mediante tecniche di ricostruzione numerica di ologrammi)

Approfondimenti: http://www.innova.campania.it/newsletter/num09/n4.htm

Sviluppi futuri: Si sta studiando la possibilità di allestire una versione mobile dell’interferometro basato su di un sistema shearografico che permetta di effettuare misure in situ su affreschi o su altre tipologie di oggetti e manufatti non trasportabili.

ESEMPIO DI APPLICAZIONE DELLA ESPI AI BB.CC.

Analisi difettologica su una piccola anfora in terracotta

Esempio di rivelazione di una frattura nascosta su una piccola anfora

 

Esempio di misura su una piccola anfora su cui è presente una frattura non rilevabile dall’esterno. Foto (a).

L’aumento della temperatura ambiente da 22°C a 30°C provoca una variazione dimensionale dell’anforetta di circa 2 micron: tale variazione non è uniforme a causa della frattura, la quale viene rivelata e misurata grazie alle frange di interferenza prodotte dall’apparato di misura. Foto (b).

Nei grafici (c) e (d) sono evidenziate le variazioni dimensionali dell’anforetta tra 22° C e 30° C.

 

ESEMPIO DI APPLICAZIONE DELLA ESPI IN AMBITO INDUSTRIALE

Analisi strutturale e difettologica su una ventola in alluminio

 

Analisi strutturale e difettologica su una ventola in alluminio

L’oggetto viene sottoposto a riscaldamento da 22 °C a 45°C. Al variare della temperatura ( da sinistra a destra) se ne misurano le deformazioni morfologiche e si evidenzia una frattura

 

TECNICHE DIAGNOSTICHE OTTICHE PER ANALISI METROLOGICHE APPLICATE AI BB.CC

Olografica digitale

L’olografia digitale viene utilizzata per la caratterizzazione, il testing non distruttivo ed il monitoraggio in tempo reale su una vasta gamma di oggetti, sia trasparenti che riflettenti, in ambito sia tecnologico che biologico, di dimensioni sia macroscopiche che microscopiche. Il microscopio olografico digitale in figura impiega la radiazione coerente del laser per caratterizzare strutture di mensioni micro e sub-micrometriche

 

Esempio di misura su campione trasparente in PMMA, sottoposto a carico flettente. La tecnica permette di ottenere una mappa dinamica degli stress interni, indotti dal carico applicato, nella zona circostante il foro"

 

Clicca sulla foto per visualizzare il filmato: Esempio di misura su campione trasparente in PMMA, sottoposto a carico flettente. La tecnica permette di ottenere una mappa dinamica degli stress interni, indotti dal carico applicato, nella zona circostante il foro"

 

 

INTERFEROMETRIA MOIRE’

La INTERFEROMETRIA MOIRE’ consente di visualizzare, monitorare e misurare le deformazioni strutturali di componenti o parti di essi, sottoposti a carichi meccanici o termici o di altra natura. La risoluzione è di pochi micrometri. La altissima sensibilità della tecnica permette di operare in regime elastico, con bassissimi carichi

 

Esempio di misura “MOIRE” su un campione costituito da due lamine in composito di carbonio incollate con adesivo strutturale, sottoposte a trazione.Al variare del carico applicato vengono visualizzate e misurate le deformazioni strutturali, sia del composito che dello strato di adesivo. Clicca sulla foto per visualizzare il filmato: Esempio di misura “MOIRE” su un campione costituito da due lamine in composito di carbonio incollate con adesivo strutturale, sottoposte a trazione.Al variare del carico applicato vengono visualizzate e misurate le deformazioni strutturali, sia del composito che dello strato di adesivo.

 

 

       

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