Termografia a induzione per il collaudo dei componenti - Una nuova soluzione per l'ispezione automatizzata di superfici complesse

Le cricche nei componenti metallici possono essere rilevate con diversi metodi di ispezione, tra cui il test a correnti parassite, il test penetrante (PT) e il test delle particelle magnetiche (MPT). Tuttavia, i componenti con geometria complessa rappresentano una sfida particolare per il controllo qualità. La scansione della superficie di un pezzo con una sonda a correnti parassite può essere inefficiente, mentre il PT e l'MPT devono essere applicati e valutati da personale specializzato e l'automazione è spesso impossibile.

Principi fisici e metodo di registrazione

La termografia a induzione è una nuova soluzione per rilevare le cricche superficiali sui componenti metallici. Questo metodo è privo di contatto e non distruttivo. Produce immagini dei difetti ad alto contrasto e offre un'elevata riproducibilità. Abbinata a cicli di test brevi, inferiori a un secondo per area di test, è la chiave per un'ispezione automatizzata che può essere integrata in una linea di produzione.

La termografia a induzione è anche complementare ai test a correnti parassite. Poiché entrambi i metodi utilizzano correnti parassite indotte per produrre un segnale di difetto, le proprietà del materiale richieste per un metodo spesso corrispondono anche all'altro. Inoltre, anche i difetti target sono per lo più gli stessi.

Il rilevamento delle cricche a correnti parassite è semplice, robusto e altamente efficiente su superfici lineari e cilindriche dove la sonda può essere spostata lungo l'area di prova con un semplice movimento. Qualsiasi movimento complicato richiesto per la scansione della superficie aumenta la complessità e il test a correnti parassite perde i suoi vantaggi. Sono necessari programmi robotici o operazioni manuali. In queste aree, la termografia a induzione può essere applicata per offrire un'ispezione completa del pezzo.

I principi fisici e il metodo di registrazione della soluzione termografica induttiva  

La termografia in generale è l'acquisizione di immagini di radiazioni termiche. A differenza della fotografia luminosa, non richiede una fonte di luce che illumini la scena. Piuttosto, la radiazione termica viene emessa da tutti gli oggetti a causa del movimento delle particelle atomiche e subatomiche in tutta la materia. L'intensità e lo spettro dipendono dalla temperatura della materia, come descritto da Max Planck nella sua legge del 1900. Alle alte temperature le radiazioni termiche sono visibili e si manifestano come sorgenti luminose familiari, come il bagliore dei metalli caldi, i forni, le lampadine a incandescenza o, soprattutto, la luce del sole. A temperature più basse, la radiazione termica si sposta nello spettro dell'infrarosso. Non è più visibile agli occhi umani, ma può essere registrata con speciali telecamere a infrarossi.

La termografia a induzione è una forma di termografia attiva in cui l'oggetto viene riscaldato come parte di una misurazione. Ciò significa che un impulso viene applicato all'oggetto in esame e la risposta termica della superficie, come il riscaldamento, il raffreddamento e la diffusione del calore, viene monitorata sotto forma di immagini termiche o video. Questi effetti forniscono informazioni significative sulle proprietà dei materiali e sulla costituzione dell'oggetto in esame.

Come funziona la termografia induttiva? 

Figura 1 - (a sinistra) Una tipica configurazione a induzione con telecamera a infrarossi, induttore e pezzo di prova. I generatori e le apparecchiature di temporizzazione non sono rappresentati. (al centro) Nella termografia passiva di un pignone dello sterzo le cricche non sono visibili. (a destra) La termografia a induzione attiva rivela le fonti di calore durante l'impulso indotto e mostra un modello di difetto distinto.

Figura 2 - (da sinistra a destra) Schema del rilevamento delle crepe: Le correnti indotte aggirano una cricca. Le aree ad alta densità di corrente diventano punti caldi visibili come fonti di calore in una registrazione termografica a induzione. A confronto, una foto al microscopio ottico non mostra alcuna indicazione di una crepa.

Quali difetti si possono trovare con la termografia induttiva?

Il rilevamento delle cricche è l'obiettivo principale della termografia a induzione. Questo tipo di difetto spesso produce modelli caratteristici nella risposta termica. Quando l'induzione viene applicata a un materiale, le correnti parassite si formano vicino alla superficie dell'oggetto e lo riscaldano in modo uniforme. Se nel materiale è presente una crepa, la corrente è costretta ad aggirarla passando sotto, ai lati o collegandosi attraverso punti di contatto sulle pareti della crepa. Mentre il riscaldamento in prossimità della crepa è generalmente ridotto, questi punti particolari ricevono densità di corrente eccezionalmente elevate e formano punti caldi. Sulla superficie dell'oggetto sono visibili alla telecamera. Anche il calore generato a poca profondità sotto la superficie può diffondersi in superficie e manifestarsi come punti caldi sfocati su un'immagine termica. In una registrazione termografica a induzione, una crepa appare spesso come un'area più fredda con punti caldi distinti alle estremità. Talvolta, lungo il percorso della fessura, si verifica anche un motivo a perline di punti caldi.

Figura 3 - Esempi di pezzi e aree di ispezione adatti alla termografia a induzione (verde). Alcuni pezzi con superfici cilindriche possono essere adatti a un'ispezione ibrida con test a correnti parassite (arancione).

Soluzioni automatizzate per la verifica delle cricche con DEFECTOVISION CT

I vantaggi della termografia a induzione rispetto ad altri indicatori visivi, come i test con liquidi penetranti o con particelle magnetiche, sono l'elevata intensità del segnale e l'alta riproducibilità dei modelli di difetti. Ciò consente di addestrare gli algoritmi di elaborazione delle immagini per rilevare con precisione i modelli di difetti e distinguerli da quelli naturalmente presenti sui pezzi buoni.

DEFECTOVISION CT è la nuova termografia a induzione automatizzata di FOERSTER per il controllo dei componenti. È l'implementazione dei principi di acquisizione ed elaborazione delle immagini termiche che consente un processo di selezione affidabile.

Insieme al test a correnti parassite, DEFECTOVISION CT consente di testare pezzi complicati in celle di prova ibride automatizzate e di testare tutte le aree di prova o quelle più critiche. Questo senza l'uso di costosi test con particelle magnetiche e penetranti.

Figura 4 - DEFECTOVISION CT