Termografia, analisi termografica, termocamere

Salve a tutti e complimenti per il forum,
sto cercando di effettuare in laboratorio delle prove di rilevamento di punti di corrosione
(e quindi che presentano una riduzione di spessore) su piastre di metallo ma non riesco a
settare in modo adeguato i vari parametri per quanto concerne la sorgente di eccitazione
termica.
Qualcuno sa descrivermi brevemente i principi di funzionamento dei vari metodi di termografia
attiva per prove di questo tipo?

Questa è proprio una bella domanda.
In primo luogo bisognerebbe capire di che materiale è fatta la lamina, la sua forma e dimensioni.
Queste caratteristiche a mio avviso sono fondamentali per capire come dobbiamo riscaldare il materiale, una lamina in alluminio trasmette più calore rispetto a una lama di acciaio mentre le dimensioni e la forma ci permettono di capire quanto grande deve essere l'apparecchiatura riscaldante.
Il secondo e forse più importante problema riguarda il budget di spesa. Questo ci permette di capire se dobbiamo inventarci qualcosa o possiamo usufruire di tecnologie e apparecchiature già testate.
Se il budget di spesa è diciamo ' disinvolto ' allora possiamo appoggiarci a metodi di termografia avanzati come il Lock-in.
Il principio della tecnica termografia Lock-in si basa sulla modulazione sinusoidale del riscaldamento, che produce un’onda termica che si propaga all’interno del particolare e viene riflessa quando incontra una superficie di discontinuità . L’onda riflessa crea un’interferenza con l’onda termica sulla superficie esterna del pezzo e, mediante un software dedicato, si ottengono due immagini del particolare, in fase e in ampiezza. Probabilmente questo cose le conoscerà meglio di me.
Se dobbiamo inventarci qualcosa e utilizzare la nostra termocamera tradizionale le cose si complicano e i risultati ricavati sono più approssimativi. In primo luogo la termocamera deve avere la possibilità di fare i filmati, meglio se a 60 Hz .
Il sistema di riscaldamento, a mio avviso, è la parte più difficile. Trattandosi di una lamina metallica credo che il miglior sistema di riscaldamento sarebbe quello con correnti indotte, in alternativa quello con ultrasuoni ( che conosco solo per aver preso visione di alcuni depliant ). Purtroppo tutti e due questi sistemi non sono di facile realizzazione quindi bisognerebbe comperare qualcosa di già fatto , ma questo implicherebbe un budget abbastanza disinvolto.
Allora cosa ci rimane ?
Credo che l'unica possibilità sia quella di un riscaldamento aeriforme o liquido. sono gli unici due sistemi con cui potremmo ottenere un riscaldamento del pezzo uniforme.

Ciao Joker e grazie per la tua risposta,
conosco molto bene la tecinca lock-in ed ho letto diverse pubblicazioni dove viene presentata come la panacea a tutti i problemi legati alle analisi termografiche...
...e probabilmente lo è, ma ahimé tale attrezzatura non fa parte dei "giocattoli" di cui dispone la mia università
Avevo anche preso in considerazione l'idea di dedicare tempo ed energia alla progettazione di un sistema analogo al lock-in ma fortunatamente dopo qualche giorno di riflessione ho abbandonato l'insano pensiero.
Le prove svolte finora hanno come oggetto l'analisi di una piastra d'acciaio con una superficie di 1 mq, spessore 7 mm e difetti artificiali praticati sulla faccia nascosta con l'ausilio di un flex: alcuni solchi di 3-4 cm di lunghezza e profondità da 2 a 4 mm, ben distanziati tra di loro.
Per l'impulso termico ci avvaliamo di un faretto alogeno da 250 W e giochiamo per ora sui tempi di esposizione (da pochi secondi ad alcune decine) osservando poi i diversi transitori termici creati, ma dei difetti per ora nessuna traccia
Uno dei problemi credevo fosse imputabile al max framerate della termocamera che non va oltre i 50Hz ma se mi dici che 60Hz vanno più che bene annullo tale ipotesi.
Per quanto riguarda l'uniforme riscaldamento, data l'estensione dell'oggetto in questione, non lo abbiamo nemmeno preso in considerazione ma pensavo che un riscaldamento localizzato sulla zona del difetto potesse essere comunque sufficiente nonostante non sia più ipotizzabile una dispersione del calore esclusivamente lungo lo spessore della piastra.

Ciao MarcoR1, io proverei ad usare un fon industriale.
Posizionerei la termocamera ad una distanza sufficiente a rilevare la larghezza del solco, devi quindi tenere conto del ifov della termocamera.
Supponiamo che il solco sia largo 2 mm, posioni la termocamera a 50 cm dalla lastra di acciaio ( la distanza deve tenere conto del tuo ifov ). Da dietro la lastra riscaldi la superficie inquadrata con il fon ( non so per quanto tempo bisogna provare ) e riprendi tutto con la termocamera. In questo modo dovresti riuscire a riscaldare omogeneamente la parte e fare un video che riprende una fase di riscaldamento e una di raffreddamento.

Non so se ho capito bene ma se intendi il riscaldamento della piastra dalla superficie nascosta, questa è una prova
che abbiamo già fatto e come prevedibile il difetto diventa ben visibile quasi istantaneamente.
Il fenomeno in questo caso sarebbe abbastanza chiaro, infatti il calore T1 dovendo attraversare uno spessore minore
sulla zona del difetto, arriverebbe al lato opposto con una minore dispersione (dT) e ciò porovoca la comparsa di
una zona surriscaldata sulla faccia inquadrata che ci indica la presenza del difetto (figura allegata).
Il fenomeno non mi è ancora altrettanto chiaro quando si è in condizioni di dover dare l'impulso termico sullo stesso
lato inquadrato dalla termocamera
In questo caso dopo aver depositato una certa quantità di calore sulla superficie liscia bisognerebbe osservare
come questo calore venga "assorbito" dallo spessore della piastra. In corrispondenza della riduzione di spessore
dovrebbe rimanere in superficie una quantità di calore maggiore rispetto a tutto il resto, cosa che non sono riuscito
ancora a visualizzare e ripeto dal punto di vista teorico mi è ancora un pò oscuro.

P.S.

Altra domanda: come si fa a calcolare la distanza a cui tenere la termocamera conoscendo l' ifov?
E' qualcosa che va fatta ad "occhio" o c'è una regola/formula ben precisa?

Grazie ancora

Domande :
Hai riscaldato la parte nascosta sempre con la lampada ?
Quando hai riscaldato il lato ripreso della termocamera hai spostato la lampada ?
Quando hai riscaldato con la lampada vedevi una zona con calore uniforme ?
Da che distanza stai riprendendo ?

ciao

joker ha scritto:Domande :
Hai riscaldato la parte nascosta sempre con la lampada ?
Quando hai riscaldato il lato ripreso della termocamera hai spostato la lampada ?
Quando hai riscaldato con la lampada vedevi una zona con calore uniforme ?
Da che distanza stai riprendendo ?

ciao

Per riscaldare la faccia non visibile abbiamo usato sempre il faretto alogeno
posto a circa 50-60 cm dalla piastra (stessa distanza circa per la termocamera ma
ovviamente posizionata sul lato opposto)
RISULTATO: dopo pochi istanti la sagoma del difetto appare nettamente con
una temperatura maggiore rispetto al background.

Riscaldando invece dallo stesso lato dell'inquadratua, il faro è stato posizionato subito
dietro ed in alto rispetto alla termocamera (la distanza resta sempre circa 50-60 cm)
RISULTATO: Si assiste ad un progressivo ed abbastanza uniforme riscaldamento
della zona inquadrata ma la sagoma del difetto non viene individuata.

La distanza è stata presa "ad occhio" e non misurata, semplicemente valutando
le dimensioni del difetto all'interno dell'inquadratua.

Se dal lato della termocamera non si vede niente potrebbe essere dovuto al fatto che la lampada rifletta il suo calore anche dopo spenta. Mi spiego, se hai lasciato la lampada nella stessa posizione di quando l'hai usata per riscaldare il pezzo, questa è ancora calda e irradia il pezzo quindi quello che osservi e il raffredamento della lampada. Più si ha a che fare con una superficie riflettente più si amplifica il problema. ( colgo l'occasione per farti una domanda che mi ero dimenticato: com'è la superficie, lucida o opaca ?)
Altro problema potrebbe essere una ineguale propagazione del calore causata dalla diversa geometria delle due superfici.
La lampada da 250 W per riscaldare un pezzo del genere non mi sembra adeguata, io userei un bel fon industriale da 2000 o più W, considera che le prove di fatica sugli acciai dovrebbero tener conto del 1000 di grado. Io ho fatto una prova termografica su un pezzo sottoposto a prova di fatica, la mia termocamera con sensibilità 0,04 c'e' l'ha fatta a misurare le variazioni ma sicuramente sarebbe meglio una più sensibile. Per questa prova sicuramente non serve una sensibilità del 1000 di grado, ma che sensibilità ha la tua termocamera ? Meno è sensibile più devi aumentare il riscaldamento e non è detto che basti.
La distanza di ripresa è importante per sapere che difetto puoi aprezzare. Tu hai fatto degli intagli, quello che ti aspetti di vedere è la larghezza di questo intaglio. Un dato molto importante delle caratteristiche della termocamera è la risoluzione spaziale che si misura in millirad - mrad. La risoluzione spaziale, moltiplicata per la distanza di ripresa ti da la misura del punto più piccolo su cui puoi misurare la temperatura. Quindi se il tuo intaglio è largo 1 mm e la tua termocamera ha una risoluzione spaziale di 2 mrad a 1 metro il tuo punto più piccolo è 2 mm e quindi non vedi una banana .

Si Joker, hai ragione. Dopo le primissime prove c'eravamo resi conto anche noi che bisognava fisicamente eliminare
la fonte di calore perchè essa continuava ad irradiare anche da spenta, e preparare la superficie della lastra con una
verniciatura scura ed opaca è stata tra le prime cose fatte prima di iniziare con le analisi
La sensibilità della nostra termocamera è di 0,02 quindi unito ad un framerate di 50 Hz direi che mi esclude la
possibilità che possa essere la macchina ad essere inadeguata per tali prove.
A questo punto si tratta unicamente di riuscire a capire il fenomeno termodinamico che governa questo tipo di
transitorio e correlare i tre parametri che sono: la potenza della sorgente termica, la durata di sollecitazione e
l'istante del transitorio in cui il difetto deve apparire.

P.S.
Il fon da 2000W mi sembra davvero un'idea interessante ma temo che, essendo un getto d'aria, possa darmi
un riscaldamento fortemente localizzato

Con la lampada riesci a riscaldare tutto il pezzo ?
Non so aiutarti riguardo il fenomeno termodinamico di cui parli, comunque ti sarei grato se ci informi riguardo gli sviluppi della tua ricerca.
Io ho fatto delle prove con una lampada ad infrarosso da 1000W e ho notato un "surriscaldamento" nella zona direttamente colpita dalla lampadina. L'area che riscaldavo era abbastanza uniforme, tranne al centro nella zona perpendicolare alla lampada che essendo molto calda crea una zona a temperatura più alta. Per questo ti ho proposto l'aria, forse gestibile manualmente cercando di orientare il fon su tutta la superficie con movimento costante.

ciao

Ti ringrazio tanto Joker
terrò sicuramente aggiornato il forum quando (spero presto) ci saranno sviluppi

Buongiorno a tutti.
Mi sono da poco iscritto a questo Blog per condividere argomenti e tematiche inerenti le PnD e specificamente sulla TERMOGAFIA.

Sto leggendo delle vostre prove Termografiche su metallo per verifica di corrosione.
Non voglio sembrare "distruttivo" ma mi domando, e vi domando :

La priorità in queste prove è la sperimentazione della termografia su specifiche problematiche, oppure la risoluzione di individuazione di specifici difetti (corrosione, in questo caso) ?
Scrivo questo perchè credo che i metodi non distruttivi, siano per loro definizione, a carattere complementare, nel senso che si riesce a coprire le più diversificate problematiche, ma adattando metodi a materiali, in maniera adeguata.
In parole povere, ad ogni metodo, le sue specifiche applicazioni. Non forzerei una metodologia oltre il necessario, se sono in grado di ottenere milgiori e più semplici risultati, con altre. Nel caso in oggetto, ed in generale su piastre metalliche con aspetti di corrosione, le tecniche ad ultrasuoni-spessimetriche/difettoscopiche, in generale, permettono di ottenere delle ottime mappature.
La tecniche termografica, viceversa, ha risvolti molto più convincenti, quando, per esempio abbiamo materiali compositi, in CFRP, dove la dispersione del calore, avviene in maniera più graduale, e dove viceversa, gli ultrasuoni hanno difficoltà di trasmissione. Tra l'altro, operando io, "in campo" penso sempre a quanto si riesca a trasferire operativamente, dal laboratorio sperimentale a Procedure "spendibili" sul mercato lavorativo.

Massimo Prencipe

proverei ad utilizzare un irraggiatore ad infrarossi ( tipo quello che in inverno mettono fuori nei bar ) di potenza compresa tra i 1000 e 1500W

poi come già detto più che le immagini qui bisogna fare un lock in filmato.

non conosco gli spessori del metallo ma ipotizzerei le due sequenze

irraggiatore --> lamina di metallo <--- termocamera

termocamera a 30 ° di angolazione --> irraggiatore --> lamina di metallo

Trovi le schede tecniche degli irraggiatori direttamente sui siti dove gli reclamizzano l'i puoi vedere l'area in m2 che riescono a coprire con la relativa potenza così puoi regolarti sulla distanza, conta che riescono a coprire in modo uniforme un m2

ciao a tutti,

rientro ieri sera da Solar-Expo, Verona; tra i vari stand degli espositori ho recuperato catalogo con possibilità e caratteristiche di lampade ad infrarossi (maggior impiego ovviamente per riscaldamento, anzi suscitando curiosità del venditore, quando ho parlato di termografia attiva, chiedendo appunto le informazioni del caso). Potenze es. 4000-6000 a 6.000 Watt con geometria del quadro sia rattangolare che quadrato con superficie utile es. 40X40 cm.
Validissima portabilità e operatività (per trasporto anche in semplice autovettura: difatti è possibile la configurazione su supporto da terra e quadro orientabile; attacco corrente e via anche in funzione dei 16 Amp delle normali prese.
I prezzi, mi sembrano veramente buoni: a partire da 1200 euro iva compresa (4000 watt): quindi non mi pare assurdo.

cordiali saluti, Roberto Linari

Molto interessante peccato che non sono riuscito ad andarci così mi sono autocostruito l'attrezzatura

ho unito a due faretti alogeni da 500 W l'uno un irraggiatore ad infrarossi da 1500 W il tutto su un cavalletto modulare
in questo modo riesco a raggiungere la potenza circa 2000 - 2200 W modulando l'intensità a piacere

Lavoro nella nautica da diporto e per i controlli sulle lamiere in acciaio o alluminio, uso gli ultrasuoni
Vorrei vedere cosa si riesce ad ottenere con la termografia
Per riscaldare le lamiere, ho pensato ad un generatore d'aria calda, visto che ne ho già uno molto potente e carrellabile, con il quale riscaldare a settori le parti da esaminare
Pensate possa funzionare?

Io ho fatto un interessante lavoro per la ricerca di infiltrazione d'acqua in coperta su una barca a vela. Però, mentre ero nel cantiere ho passato qualche ora a guardare le murate delle barche. Allego una termofoto. Come potrai vedere, le aree di difettosità per osmosi della vetroresina, riparazioni nascoste da stucco o elementi impiantistici (eventualmente da ricercare) posti dietro la struttura sono facilmente individuabili. Anche il fasciame delle barche in legno verniciate é agevolmente visibile. Per quanto riguarda il controllo degli spessori, non puoi esimerti dagli ultrasuoni (per la precisione del metodo) però potrai restringere il campo di verifica alle aree in cui sono visibili le anomalie termiche. Se servissero altri esempi, mandami la tua email. Ciao

Per la misura fine degli spessori non ci piove, sul metallo ci vado con gli ultrasuoni, ma voglio approfondire il discorso di ciò che si può fare con la termografia, quanto meno per evidenziare le aree di corrosione in modo più immediato.

Se con la termografia riesco ad individuare le zone di maggior degrado, senza dover fare decine o centinaia di misurazioni con l'ultrasuono, il risparmio di tempo è notevole.

la mail: leonardo.massabo@libero.it