Realizzazione di un sistema tomografico per l'esecuzione di prove non distruttive su materiali conduttori

nell’oggetto da testare. La presenza di un eventuale difetto, variando il percorso 
delle correnti indotte, provoca una modifica del campo da queste generato, che 
viene rilevata ai capi della stessa bobina inducente o di un’altra bobina atta allo 
scopo.  
L’evoluzione del metodo ECT si è ulteriormente concretizzata con la 
realizzazione della sonda oggetto di questo lavoro di tesi, nel quale viene 
presentato un metodo ECT alternativo, che permette di svincolarsi dalla necessità 
del sistema di movimentazione automatico, collocandosi nell’ambito più generale 
delle ispezioni tomografiche. 
Nel primo capitolo viene riportata una panoramica delle varie tecniche di 
indagine non distruttiva; vengono specificati i principi di funzionamento, i pregi 
e i difetti dei vari metodi e i loro settori di impiego. Particolare attenzione viene 
posta ovviamente al metodo ECT, per il quale è riportato un breve excursus 
storico, al fine di evidenziarne l’evoluzione. 
Nel secondo capitolo viene illustrata la tecnica messa a punto per 
l’esecuzione del test non distruttivo, il tipo di sonda necessaria e l’algoritmo di 
processing dei dati atto all’individuazione delle caratteristiche del difetto. 
Nel terzo capitolo oltre ad analizzare in modo approfondito tutte le 
peculiarità del metodo proposto si cerca, in base a queste, di individuare tutti i 
fattori metodologico-costruttivi che concorrono al miglioramento delle 
prestazioni del metodo stesso. 
Vengono poi illustrati in dettaglio i motivi del passaggio in un ambiente di 
simulazione e la conseguente scelta del software, mirato all’esecuzione di 
un’analisi di sensibilità e alla ricerca dei parametri costruttivi della sonda 
proposta, al fine di ottimizzarne il funzionamento. Inoltre sono riportati i risultati 
ottenuti, in base ai quali è stata effettuata la progettazione e la conseguente 
realizzazione di un’adeguata stazione di misura e del necessario software di 
gestione e misura. Quest’ultimo viene quindi descritto nei sui elementi peculiari 
ed infine sono riportati i risultati delle prove eseguite.  
 IV
Nel quarto capitolo sono invece riportate le fasi di caratterizzazione 
sperimentale della sonda e della stazione di misura realizzate ed il settaggio dei 
parametri dell’algoritmo di in versione. 
Infine viene fatto un confronto dei risultati ottenuti dalle prove eseguite, le 
quali confermano la validità del sistema realizzato e dell’idea della sonda a 
matrice di bobine. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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I.1 Generalità 
Le Prove non Distruttive (PnD), sono un insieme di pratiche diagnostiche, 
atte a rilevare e a valutare le anomalie, la difettosità o le caratteristiche strutturali 
dei materiali, senza alterarne lo stato fisico o la geometria. 
La continua evoluzione dei materiali utilizzati nei vari settori industriali, 
finalizzata prevalentemente ad un incremento del grado d’affidabilità dei prodotti 
e/o manufatti, rappresenta ogni giorno la sfida tecnologica in ambito nazionale ed 
internazionale. A riguardo le PnD, e più in generale tutte le metodologie 
utilizzate nel settore della diagnostica e del monitoraggio, assumono un ruolo di 
fondamentale importanza sia per l'ottimizzazione dei processi industriali durante 
le fasi di produzione, sia per la valutazione dell'integrità strutturale dei manufatti 
e, di conseguenza, del loro grado di qualità ed affidabilità nei confronti degli 
utilizzatori.  
Tuttavia le numerose metodologie d’analisi attualmente disponibili, 
unitamente alla molteplicità dei materiali ispezionabili ed ai differenti campi 
d’applicazione (aeronautico, aerospaziale, energetico, metallurgico, elettronico, 
siderurgico, chimico, petrolchimico, eccetera), fanno sì che l'affidabilità dei 
controlli, sia in produzione che in esercizio, risulti notevolmente influenzata da 
numerose variabili che incidono direttamente o indirettamente sui risultati 
dell'ispezione. Tra loro particolare interesse assumono, oltre all'individuazione 
delle metodologie d’analisi più idonee alla specificità del caso ed alla 
qualificazione delle procedure di controllo, le caratteristiche strumentali e 
funzionali della strumentazione impiegata e dei prodotti utilizzati. Di 
conseguenza la verifica, la caratterizzazione e l'eventuale certificazione di tali 
caratteristiche assumono un ruolo fondamentale in tutti quei settori industriali in 
cui sono seguite specifiche d’accettabilità molto restrittive, e dove l'analisi 
preventiva del rischio d’incidenti assume carattere prioritario per garantire il più 
alto grado d’affidabilità dell'esercizio e di sicurezza verso l'uomo e verso 
l'ambiente. 
 
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Prima di illustrare le varie tecniche d’indagine si vuole dare un’ampia 
visione della collocazione e del ruolo delle PnD nel sistema industriale europeo. 
Con l'apertura delle frontiere comunitarie se un prodotto viene fabbricato e 
commercializzato legalmente in uno Stato Membro, con la garanzia ufficiale che 
sia stato realizzato nel rispetto d’alcuni requisiti essenziali definiti 
precedentemente da una Normativa Tecnica, non ci sarà motivo per cui non 
debba essere venduto all'interno dell'intera comunità. Di conseguenza, nel campo 
delle PnD, della diagnostica e del monitoraggio la possibilità di avere  una 
Qualificazione delle procedure d’analisi e una Caratterizzazione e Certificazione 
delle apparecchiature e dei prodotti utilizzati nelle varie metodologie di controllo, 
rappresenta sicuramente un elemento essenziale di competitività, sia per le 
società manifatturiere e di servizio che operano nel settore, sia per tutte quelle 
realtà produttive e/o ispettive in cui si richiede un elevato grado d’affidabilità dei 
controlli.  
Pertanto, in accordo con la Direttiva del Consiglio 28 marzo 1983, n. 
83/189/CEE recepita con L. 21 giugno 1986, n. 317, i concetti di "Normazione" e 
"Caratterizzazione" assumono nuovi significati, ponendo le strutture adibite allo 
scopo nella necessità di operare nel contesto di tecnologie avanzate, al fine di 
mantenere il passo con i partners europei e salvaguardare gli interessi 
dell'industria nazionale. In particolare la suddetta Direttiva Comunitaria 
introduce nel settore della "Normazione" il concetto di "Specificazione 
Prestazionale" mutando le finalità della Normativa Tecnica che sempre più 
spesso, nell'ambito di un libero scambio nel Mercato Comune, è chiamata a 
stabilire:  
"... i requisiti minimi che un prodotto e/o servizio deve possedere per 
essere funzionale nei confronti dell'utente (fitness for purpose) ...".  
Di conseguenza la Normativa Tecnica che regola la "Caratterizzazione" di 
un prodotto, o di un servizio, è un elemento essenziale per giungere alla sua 
"Certificazione", quest'ultima intesa come:  
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"... l'azione dell'attestare da parte di un terzo, per mezzo di un certificato 
e/o di un marchio, che un prodotto o un servizio è conforme ai requisiti stabiliti 
da una Norma Tecnica emanata dalle autorità competenti (Direttiva n. 
83/189/CEE) ...". 
I.2 Tecniche di Controllo non Distruttivo 
Vengono di seguito illustrate le principali tecniche d’indagine PnD con 
particolare attenzione al metodo delle correnti indotte, oggetto di questo lavoro di 
tesi. Il gran numero di PnD nasce dalla necessità di rilevare difetti di morfologia 
e giacitura variabilissime, in pezzi aventi le forme più strane e costituiti con i 
materiali più disparati. Tale esigenza, quindi, non può essere certo soddisfatta da 
un unico metodo d’indagine, ma si dovrà avere la possibilità di scegliere in un 
ampio panorama di prove diverse. Numerosi sono i difetti riscontrabili su pezzi 
di natura e dimensione diversa e dovuti alle cause più disparate, dal processo di 
produzione del materiale (inclusioni, cristallizzazioni, cavità, tensioni di 
deformazione, eccetera), all’esercizio (corrosione, fatica, erosione, 
invecchiamento, eccetera).  
 
I.2.1 Esami Visivi 
Il principio si basa sull’impiego della luce come mezzo rivelatore dei 
difetti. Analizzando la direzione, l’ampiezza e la fase della luce riflessa o diffusa 
dalla superficie di un oggetto opaco, o trasmessa all’interno di un mezzo 
trasparente, si possono ottenere informazioni sullo stato fisico dell’oggetto in 
esame.  
Gli esami visivi (anche denominati Esami Ottici) assumono particolare 
importanza nel settore delle PnD in quanto, pur disponendo di sofisticate 
apparecchiature ottiche per l'ispezione, ed elettroniche per l'elaborazione delle 
immagini, l'interpretazione e la valutazione dei risultati viene effettuata 
oggettivamente dall'operatore in base a degli standards di accettabilità specifici 
della particolare difettologia del componente in esame. È facilmente deducibile, 
quindi, come la competenza tecnica del personale addetto ai lavori e l'esperienza 
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pratica maturata negli anni, assumono un ruolo essenziale per assicurare la 
sensibilità e l'affidabilità richieste da questo tipo di controlli. Nel campo delle 
PnD gli esami visivi sono generalmente utilizzati per rilevare specifiche 
caratteristiche superficiali e/o dimensionali quali gli allineamenti, le forme e le 
dimensioni di componenti di macchine, d’impianti e di manufatti, lo stato delle 
superfici, oltre ad evidenti perdite di tenuta, serraggio dei bulloni, eccetera.  
Essi sono generalmente suddivisi in: 
 
- Esami visivi diretti: Possono essere utilizzati quando è possibile accedere 
con gli occhi ad una distanza della superficie in esame non maggiore di 
circa 60 cm con un’angolazione non inferiore a 30°. Sono generalmente 
utilizzati specchi per migliorare la visuale e lenti per ingrandire le 
immagini, ma l'illuminazione, ottenuta mediante opportune lampade, 
dovrà essere compresa tra un min. di 150 Lux ed un max. di 600 Lux.  
 
- Esami visivi remotizzati: Sono generalmente utilizzati quando non è 
possibile accedere direttamente all'oggetto od alla superficie in esame. 
Allo scopo sono utilizzate apparecchiature più o meno sofisticate, quali, 
ad esempio, specchi, telescopi, endoscopi, fibre ottiche, telecamere, 
eccetera. In ogni caso, qualunque sia il mezzo utilizzato, gli strumenti 
devono avere una risoluzione almeno equivalente a quella dell'occhio 
umano.  
 
Per quanto concerne gli "Esami Visivi Remotizzati", le attrezzature 
maggiormente utilizzate in numerosi campi applicativi, risultano essere i 
boroscopi, gli endoscopi, i fibroscopi e le microtelecamere che sono scelti di 
volta in volta secondo le caratteristiche geometriche, dimensionali e strutturali 
della superficie in esame. Per la corretta applicazione di questo metodo d’esame 
non distruttivo è essenziale l'esatta conoscenza delle anomalie o del tipo di 
difetto che s’intende rilevare, quali, ad esempio, la corrosione, le crinature, la 
corretta installazione e la presenza d’oggetti estranei. 
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Particolare importanza assume, inoltre, la possibilità di documentare 
l'ispezione tramite l'uso di macchine fotografiche e/o telecamere, sia per scopi 
didattici e di trasferimento competenze tra gli addetti ai lavori, sia per 
confrontare tra più persone i risultati seguendo nel tempo l'evoluzione delle 
anomalie riscontrate. 
Gli svantaggi di tale metodo sono essenzialmente: l’impossibilità 
d’utilizzo senza un accesso diretto alla zona d’esame, e la soggettività del metodo 
dipendente dal parere dell’operatore e dalla sua esperienza. 
 
I.2.2 Interferometria Olografica 
L'olografia è un metodo di registrazione su lastra fotografica (ologramma) 
del campo completo della luce diffusa da un oggetto con riproduzione 
tridimensionale delle immagini. Questo metodo d’analisi non distruttiva, di tipo 
prevalentemente ottico, si avvale di sorgenti luminose coerenti (laser) e sfrutta la 
proprietà ondulatoria della luce ed il fenomeno dell'interferenza. La luce laser è 
riflessa dall'oggetto in esame e viene ad interferire con un fascio (detto di 
riferimento) proveniente dallo stesso laser ma separato da opportuni specchi. I 
due fasci producono figure d’interferenza e le lastre dell'ologramma non 
registrano la variazione di luce in un piano unico come la normale fotografia, 
bensì linee luminose e buie che corrispondono alle figure d’interferenza (figura 
1.1). Le informazioni visive provenienti dall'oggetto, codificate nelle linee chiare 
e scure, sono notevolmente amplificate rispetto ad un'immagine fotografica 
bidimensionale.  
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 1.1  Interferometria olografica di una valvola a sfera. 
La ricostruzione dei fronti d'onda (mediante la stessa luce utilizzata per 
costruire l'ologramma) è un sistema molto affidabile per immagazzinare una 
grandissima quantità d’informazioni in una piccolissima quantità di spazio; 
quando su uno stesso ologramma si registrano, successivamente, due immagini di 
uno stesso oggetto in condizioni leggermente diverse (per esempio, con il 
componente in esame sottoposto a carico termico o di pressione) si riescono ad 
evidenziare, mediante la sovrapposizione dei campi ondulatori, le più piccole 
deformazioni o discontinuità sottoforma di un sistema di frange d’interferenza. 
Questo tipo d’analisi, prevalentemente di tipo qualitativo, può tuttavia 
fornire utili informazioni di carattere quantitativo utilizzando opportuni algoritmi 
ed applicando il processamento digitale delle immagini con analisi 
computerizzata degli interferogrammi. Recentemente, attrezzature strumentali 
d’avanguardia, hanno consentito di modificare l'iniziale concetto 
dell'interferometria olografica quale "tecnica da laboratorio" rendendo possibile 
la sua applicazione direttamente sul campo. In particolare tali apparecchiature 
sono rappresentate da laser "pulsanti" d’elevata potenza che permettono la 
realizzazione dell'ologramma in un brevissimo intervallo di tempo (20 ns), 
durante il quale avviene l'emissione della radiazione luminosa. Di conseguenza, 
considerando l'estrema brevità dell'impulso, tutte le variabili esterne al sistema 
che potrebbero influenzare il risultato delle analisi, sono trascurabili; tuttavia 
successivi sviluppi strumentali in questo tipo d’analisi non distruttiva lasciano 
intravedere in un prossimo futuro il raggiungimento di numerosi obiettivi, quali 
ad esempio: 
 
- alta sensibilità alle deformazioni dell'oggetto in esame; 
- capacità d’ispezione panoramica; 
- risultati costituiti da immagini con conseguente evidenza oggettiva dei 
controlli; 
- possibilità d’utilizzo del processamento digitale delle immagini per 
automatizzare l'esame e le valutazioni dei risultati; 
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