UNI-EN-16714 : 2016
La norma UNI-EN-16714 : 2016, versione ufficiale di quella Europea elaborata dal Comitato Tecnico CEN/TC 138 “Non-destructive testing” (segreteria AFNOR Francia), finalmente adottata anche dall’Ente Italiano di Normazione. Descrive diversi principi, requisiti della strumentazione, scopi, termini e definizioni per l’applicazione della termografia nelle prove non distruttive.
Analizziamo di seguito nelle tre parti:
- Principi generali
- Equipaggiamento
- Termini e definizioni
In conformità alle Regole Comuni UNI CEN/CENELC, gli enti nazionali di normazione di molti paesi sono tenuti a recepire la presente Norma Europea.
UNI-EN-16714 – 1:2016
La presente norma Europea UNI-EN-16714 specifica i principi generali per la termografia delle prove non distruttive. Le prove termografiche sono utilizzate per la rivelazione e la localizzazione delle discontinuità come cricche, delaminazioni e inclusioni. Questo in materiali differenti come compositi, metalli e rivestimenti.
Solitamente per questo tipo di indagine è richiesta una stimolazione termica la cui scelta dipende dall’applicazione in funzione del tipo di materiale, della geometria, dell’oggetto e del tipo di difetti da determinare.
Si definiscono i criteri per la preparazione alla prova, come le istruzioni per l’esecuzione, la descrizione del metodo di analisi che devono essere messe a disposizione del personale responsabile.
Le istruzioni devono indicare la posizione di ripresa e l’accessibilità della stessa, lo scopo, ambito, area da sottoporre all’analisi. Occorre indicare il tipo di disomogeneità attesa e se esistono rotture in superficie o meno.
Occorre oltresì definire i requisiti richiesti dalla strumentazione, come risoluzioni spaziali, temporali, termiche e il grado di precisione della misura.
Nelle istruzioni è necessario indicare l’eventuale tipo di sorgente per la stimolazione termica appropriata e le relative caratteristiche, la distanza e il tempo di esposizione, posizioni e distanza della termocamera rispetto ad essa ed i parametri di misurazione da adottare.
Importante anche annotare tutte le condizioni ambientali presenti durante l’esecuzione con l’ausilio della strumentazione adeguata e specificare lo stato operativo dell’oggetto in esame al momento della prova, lo scopo e il campo di applicazione dell’analisi.
Per verificare l’allestimento dell’intero sistema di misurazione, la norma UNI-EN-16714 definisce che, oltre ai parametri di misurazione selezionati, si debba utilizzare almeno uno dei provini di riferimento.
Vengono indicati tre tipi di provino:
- TIPO 1: provino per il controllo della taratura per la prova del sistema di misurazione. In sintesi, prima o durante la prova, si deve verificare il corretto funzionamento e l’eventuale taratura della termocamera. Infatti viene specificato che occorrerebbe utilizzare un corpo nero tarato a due diverse temperature pertinenti la prova per la verifica dell’accuratezza della taratura effettiva. Qualora vi fosse energia introdotta da radiazioni omogenee, tale omogeneità andrebbe verificata sottoponendovi, per esempio, una grande lastra metallica annerita;
- TIPO 2: provino realizzato con lo stesso materiale dell’oggetto sottoposto a prova che comprende difetti artificiali come fori a fondo piatto, tacche o cunei a gradini con differenti geometrie. Devono quindi essere considerate tutte le proprietà termiche anisotrope. A tale scopo possono essere necessari diversi provini di riferimento di tipo 2;
- TIPO 3: provino reale con difetti naturali che sono generati durante il processo di produzione, quindi tipo di materiale, geometria e condizioni superficiali sono simili a quello dell’oggetto sottoposto a prova. I difetti dovrebbero essere caratterizzati mediante altri metodi non distruttivi come ultrasuoni e tomografia computerizzata.
Vengono definiti i passi che devono essere eseguiti con l’ausilio dei provini di riferimento per assicurare che l’apparecchiatura utilizzata stia funzionando correttamente
In termografia, i risultati delle misurazioni sono condizionate dall’emissività dell’oggetto e dall’irradiazione proveniente dall’ambiente circostante. Tali grandezze devono essere prese in considerazione. Nel caso di oggetto a bassa emissività può essere applicato un rivestimento (nastro isolante o vernice spry nero opaca) con emisività alta e nota. Il tipo di rivestimento deve essere determinato utilizzando un provino di riferimento di tipo 2 o 3.
Le PROCEDURE DI TERMOGRAFIA possono essere eseguite in modo attivo o passivo e valutate in modo qualitativo, comparativo o quantitativo.
Nella termografia qualitativa si esaminano i modelli termici e la distribuzione delle radiazioni sulla superficie interessata. In quella comparativa, sia in forma attiva che passiva, vengono esaminate e messe a confronto grandezze differenziali (ΔT), mentre in quella quantitativa, grandezze assolute.
Per avere successo le prove termografiche richiedono una scelta appropriata della termocamera in funzione della sensibilità, un intervallo di temperatura idoneo, sezione dell’immagine idonea con prevenzione dei riflessi mediante la scelta di angolazione opportuna, monitoraggio di sorgenti di disturbo esterne (vento e umidità), una lente idonea alla risoluzione spaziale richiesta, capacità di focalizzazione e corretta scelta della tavolozza di rappresentazione.
La termografia passiva utilizza soltanto il flusso di calore dovuto al calore dell’oggetto sotto verifica, ed è utilizzata negli edifici per la localizzazione dell’umidità, ponti termici e perdite d’acqua, per l’ispezione in sistemi elettrici e meccanici.
La termografia attiva invece utilizza fonti addizionali di energia che possono essere naturali o artificiali che generano un flusso di calore non stazionario verso l’oggetto sotto esame. Le fonti naturali possono essere la radiazione solare, la luce pulsata e non, aria fredda o calda, ultrasuoni, induzione, e le prestazioni dell’eccitazione devono essere convalidate dai provini di riferimento di tipo 2 e 3. Le fonti artificiali vengono descritti nella sezione 2 della presente norma. La termografia attiva si suddivide a seconda del tipo di eccitazione, in transitoria (pulsata, a gradini), di modulazione (look-in, raffica di impulsi). Anche a seconda del tipo di valutazione, (angolo di fase o look-in, derivata dal tempo, a temperatura differenziale).
Nella termografia qualitativa si visualizza la densità e la distribuzione della radiazione di temperatura apparente sulla superficie dell’oggetto sottoposto ad esame. Ricerca tubazioni e perdite, verifica della variazione di temperatura su pavimenti radianti, ricerca di strutture nascoste, localizzazione della delaminazione, sono gli esempi applicativi.
Comparativa (comparativa o quantitativa): valuta le differenze di temperatura apparenti o i parametri secondari, come le differenze di fase, confrontando gli stessi oggetti sottoponendoli a prova in diversi momenti in condizioni simili, oppure a prove differenti alle medesime condizioni.
Per ottenere successo in questo tipo di analisi occorre aggiungere delle “precondizioni” come la scelta della stessa sezione d’immagine, la stima dei parametri di misurazione (emissività e temperatura riflessa) e la stabilità della temperatura nella fotocamera nel tempo.
Nella procedura quantitativa le temperature o i parametri secondari sono determinati e valutati dai valori di radiazione misurati. Occorre quindi una conoscenza approfondita delle caratteristiche dei materiali (emissività) e delle sue dipendenze (temperatura, lunghezza d’onda e condizioni ambientali). Questa metodologia è applicata nella classificazione dei difetti di macchine e sistemi elettrici e meccanici.
Per garantire un successo con la termografia attiva si richiede la scelta di un filtro spettrale idoneo che corrisponda alle caratteristiche spettrali del soggetto in esame, un metodo di eccitazione con intensità idonea variabile nel tempo. In quella passiva invece si richiede la taratura della temperatura e l’impostazione corretta dei parametri di misurazione quali emissività e Trif.
Il personale qualificato secondo la EN ISO 9712 deve dimostrare la propria competenza sulle norme, regole, specifiche, istruzioni di prova, conoscenza dell’attrezzatura e il suo funzionamento, montaggio, progettazione. Conoscenze sui regolamenti di sicurezza legate alle eccitazioni ottiche, sonore, elettriche, magnetiche e di altro tipo. Deve essere in grado, inoltre, di capire le indicazioni sui criteri per riconoscere i veri difetti da quelli forvianti dipendenti da errata emissività, temperatura riflessa e inquinamento superficiale.
La norma UNI-EN-16714 definisce anche i dettagli minimi che deve contenere il rapporto di prova o report. Oltre il riferimento della presente normativa, occorre specificare scopo e campo di applicazione della prova, riferimento dell’ordinante dell’analisi, data, luogo, tecnica utilizzata, caratteristiche dei materiali, provini di riferimento utilizzati, tipo di apparecchiatura, parametri ambientali, stato operativo e condizioni limiti dell’oggetto analizzato, descrizione dello stesso (dimensione, posizione e temperatura), risultati dell’analisi, incertezza di misurazione. Nome, certificazione e firma dell’operatore e del supervisore.
UNI-EN-16714 -2:2016
La seconda parte della norma UNI-EN-16714, elaborata sotto la competenza della Commissione Tecnica UNI. Descrive le proprietà e i requisiti delle termocamere utilizzate per le prove non distruttive. Fornisce anche esempi di fonti di eccitazione e le caratteristiche richieste.
La termocamera deve essere scelta in base all’applicazione e alla temperatura d’esercizio dell’oggetto sottoposto ad ispezione. I parametri fondamentali sono la sensibilità spettrale, l’intervallo di temperatura, risoluzione termica, spaziale e temporale, frequenza dell’immagine. Tali dati devono essere certificati dal costruttore.
Le termocamere vengono classificate secondo il tipo di sensore e secondo il principio operativo:
- sensore a elemento singolo con scansione opto-meccanica bidimensionale;
- scanner in linea con scansione opto-meccanica monodimensionale o serie di sensori lineari;
- matrice a sensori bidimensionale senza scansione meccanica (FPA Focal Plane Array).
La scansione meccanica si ottiene spostando specchi o prismi limitandone la frequenza immagine. Gli ultimi sono pertanto meno applicabili in processi rapidi rispetto alle fotocamere FPA.
I principi di funzionamento dei sensori invece li dividono in termici e fotonici.
Quelli termici, come microbolometri o piroelettrici, lavorano a temperatura ambiente, mentre quelli fotonici devono essere raffreddati con l’ausilio di elementi di Peltier multi stadio, azoto liquido, motore Stirling, a temperature molto basse.
I sensori fotonici hanno maggiore sensibilità e possono ottenere frequenze immagine superiori a quelle di sensori termici.
Le termocamere possono essere semplici visori infrarossi utilizzati per attività qualitative (rilevazione punti caldi o analisi di distribuzione radiante), oppure termocamere con taratura radiometrica che consentono le misurazioni di temperature assolute con la massima precisione.
Le termocamere sono suddivise anche in funzione della proprietà di trasmissione dell’atmosfera delle radiazioni infrarosse secondo la lunghezza d’onda sulla quale sono state adattate:
- SW (short wave) lunghezza d’onda compresa tra 0,8 µm e 2,0 µm circa;
- MW (midle wave) lunghezza d’onda compresa tra 2,0 µm e 5,0 µm circa;
- LW (long wave) lunghezza d’onda compresa tra 8,0 µm e 14,0 µm circa.
Le termocamere differiscono anche secondo l’intervallo di temperatura minimo e massimo di misurabile.
La risoluzione termica descrive invece l’abilità alla risoluzione di poccole differenze di temperatura, comunemente descritta dalla sensibilità termica NETD. Essa dipende dalla temperatura di esercizio e dai tempi di risposta.
La risoluzione spaziale descrive la capacità di una camera termica a risolvere piccoli oggetti. Viene indicata con le sigle SRF (Slit Response Function), HRF (Hole response function), IFOV (campo di vista istantaneo. Tale specifiche sono necessarie per il calcolo del diametro della dimensione del punto, che dipende anche dalla distanza di ripresa. Tale caratteristica varia anche a seconda della lente utilizzata in funzione delle dimensioni dell’oggetto o del dettaglio investigato.
La MRTD (minima differenza di temperatura risolvibile) considera la risoluzione termica e spaziale e caratterizza l’abilità del sistema combinato tra termocamera e osservatore umano a risolvere piccole differenze in piccole strutture in relazione all’intero FOV.
Altre caratteristiche sono la frequenza immagine è il numero di immagini lette dal sensore per unità di tempo, e la risoluzione temporale, importante per la cattura di oggetti in movimento e per le rapide variazioni di temperatura.
L’intervallo di temperature di esercizio e di immagazzinamento definiscono l’intervallo previsto per il funzionamento e per l’acquisizione del termogramma, e sono fornite dal costruttore.
I filtri spettrali limitano e adattano l’intervallo di sensibilità della termocamera. Una volta note le bande di assorbimento dei materiali da sottoporre ad esame, si scelgono i filtri adatti da applicare.
Vengono definiti anche gli accessori equipaggiabili: lenti grandangolari o teleobiettivi (da comprendere nella taratura della termocamera). Specchi a infrarossi, finestre di protezione (protezione meccanica, chimica e da elevate temperature), alloggiamenti di protezione (dal calore, polvere, acqua, sostanze chimiche, campi magnetici, atmosfere esplosive).
Le FONTI DI ECCITAZIONE utilizzabili per la termografia attiva possono sono le lampade flash (pulsata), lampade led e laser (modulata o pulsata), aria (calda o fredda), bobine a induzione (riscaldamento di elettroconduttori senza contatto), eccitazione meccanica (vibrazioni e ultrasuoni).
I controlli del FUNZIONAMENTO E TRACCIABILITA’ riguardano i dispositivi e il software che devono essere controllati con regolarità, sia da parte dell’utilizzatore prima della prova, sia da parte del costruttore, che con frequenza di interventi programmati esegue la taratura e la verifica dell’accuratezza di misura.
La norma definisce anche i parametri e metodi di misurazione per la caratterizzazione delle termocamere, quali IFOV, FOV, SRF, NETD e MRTD.
La UNI-EN-16714 definisce anche l’utilizzo di strumenti accessori, quali termometri, dispositivi per la misurazione dell’umidità, anemometri, pinze amperometriche, fotocamere nell’intervallo del visibile e endoscopi.
UNI-EN-16714 -3:2016
La terza parte ed ultima parte della norma UNI-EN-16714 stabilisce termini e definizioni da utilizzare per le prove termografiche.
Sede operativa Oristano Sardegna
