Cos’è la Tomografia Industriale Computerizzata?

A cosa serve?

Quali sono le se applicazioni in campo diagnostica, controllo qualità e ottimizzazione dei processi produttivi industriali?

Grazie alla Tomografia Computerizzata hai la possibilità di capire come è fatto un oggetto, sia nel suo interno, che all’esterno, senza necessità di sezionarlo, distruggerlo o modificarlo, ma ricostruendolo virtualmente in 3D tramite raggi X e algoritmi matematici che ti restituiscono a monitor un oggetto identico al tuo oggetto reale, sul quale fare tutte le indagini necessarie: ricerca difetti, failure analysis, misurazioni.

Per spiegarmi meglio, ti faccio un piccolo esempio: a causa di un’emergenza medica generica sei costretto a recarti in ospedale. Il medico di turno ha necessità di osservarti “dall’interno”, e ti prescrive quindi una TAC.

Ebbene, la Tomografia Computerizzata è per un qualsiasi oggetto ciò che la TAC è per il tuo corpo: a differenza della semplice Radiografia, infatti, con TAC e Tomografia abbiamo la possibilità di visualizzare immagini tridimensionali del nostro soggetto di analisi.

Ma entriamo un po’ più nello specifico.

La Tomografia è l’evidente e naturale evoluzione della Radiografia.
I Raggi-X utilizzati per questo tipo di analisi vengono scoperti l’8 Novembre 1895, dal fisico tedesco Wilhelm Conrad Röntgen.

Lo scienziato stava investigando sugli effetti prodotti da scariche elettriche emesse attraverso gas rarefatti in un tubo di Crookes-Hittorf avvolto in carta nera, quando notò che del cianuro di bario platino posizionato solo per caso vicino al tubo, emetteva della luce fluorescente.

Non capendo il fenomeno, Röntgen pensò fosse causato da radiazioni sconosciute che chiamò, per l’appunto, Raggi-X.

Anche prima del 1895, comunque, erano stati condotti esperimenti sulle scariche all’interno di tubi di Crookes: è molto probabile, quindi, che i Raggi-X fossero stati prodotti inconsapevolmente anche da altri scienziati prima di Röntgen.

Se il fisico non avesse fatto la sua scoperta, ad ogni modo, lo avrebbe fatto qualcun altro poco tempo dopo: ecco perché subito dopo che la scoperta venne annunciata, molti laboratori furono in grado di eseguire radiografie e fluoroscopie.

Oggi sappiamo con precisione il funzionamento dei Raggi-X e, di conseguenza, di come si possono fare le Radiografie.

La Radiografia si basa sull’interazione tra un fascio di fotoni (Raggi-X) che partono da una sorgente e raggiungono un ricettore.
Nel mezzo, viene interposto il soggetto da analizzare, che può essere un oggetto inanimato o il corpo umano (in ambito medico).
Gli atomi dell’oggetto da analizzare interferiscono in diversa percentuale con il passaggio del fascio di fotoni, permettendo solo ad alcuni di essi di raggiungere il recettore.

I fotoni che riescono ad attraversare il corpo in esame vengono quindi impressi sulla pellicola, riproducendo così un’immagine in negativo: è questa l’immagine che viene consegnata dal radiologo che ha effettuato la Radiografia.

Come detto in precedenza, la Tomografia, che entra a pieno diritto tra i Controlli Non Distruttivi (CND), è quindi la naturale evoluzione della Radiografia.

La Tomografia Computerizzata viene introdotta nel 1972, con l’invenzione dello scanner CT (Computed Tomography) da parte dell’inglese Godfrey Newbold Hounsfield.
Il primo utilizzo dello scanner CT, ai tempi, fu ovviamente per scopi medici.

L’ingegnere inglese, grazie all’invenzione, vinse nel 1979 il Premio Nobel per la medicina, condiviso con il fisico sudafricano Allan McLeod Cormack, che lo aiutò nel concepimento dello scanner.

Grazie al progresso tecnologico attuale, la Tomografia Computerizzata permette quindi l’analisi in 3D dell’esterno e dell’interno di qualsiasi tipo di corpo, sia esso vivente o inanimato.

Ad oggi, la tecnica di Tomografia Computerizzata è l’unica tecnologia in grado di misurare con la stessa accuratezza sia le geometrie interne che esterne, senza bisogno di effettuare tagli o di distruggere il campione.

Allo stesso modo, è l’unica tecnologia per l’industria del controllo qualità in grado di analizzare pezzi che non dispongono di componenti interne accessibili (ad esempio, campioni a geometrie complesse prodotti dalla stampa 3D e additive manufacturing) o componenti composti da diversi materiali (ad esempio, materiali plastici prodotti da iniezioni di due componenti, o parti plastiche con inserti metallici).

Esistono principalmente due tipi di scanner:
Il Line beam scanning è il processo più tradizionale e, se vogliamo, classico della Tomografia Industriale Computerizzata. Il flusso di Raggi-X prodotto viene collimato per creare una linea. Il raggio lineare viene quindi fatto passare attraverso il campione e raccolto da un detector.
I dati vengono quindi ricostruiti per creare un render volumetrico in 3D dell’oggetto analizzato.

Nel Cone beam scanning, invece, il campione viene posizionato su una piattaforma rotante. Mentre il piatto ruota, il cono di Raggi-X produce un grande numero di immagini 2D che vengono raccolte dal detector. Le immagini vengono quindi processate ed elaborate per creare un render volumetrico 3D della geometria interna ed esterna dell’oggetto in analisi.

Il programma della Tomografia Computerizzata elabora poi le immagini ottenute restituendo quella che in gergo viene definita nuvola di punti.

Ma cos’è questa nuvola di punti?

La nuvola di punti è un insieme di punti caratterizzati da coordinate precise e da eventuali valori di intensità ad essi collegati che costituiscono un’immagine generica dell’analisi.

Grazie a particolari software di analisi, poi, la nuvola di punti ottenuta dall’esame Tomografico viene elaborata, restituendo così un’immagine precisa del campione analizzato.

Ecco che la Tomografia guadagna quindi anche l’appellativo di Industriale, grazie all’ampia gamma di utilizzi già esistenti ed in largo e rapido incremento anche all’infuori del campo medico.

In particolare il controllo tomografico è eseguito nei più svariati settori industriali e non: automotive, avio, food&beverage, gas&oil, elettronica, cosmetica, per non dimenticare le applicazioni in campo artistico ed archeologico – si possono infatti ricostruire in 3D manufatti antichi, opere d’arte e addirittura mummie egizie senza in nessun modo alterare il campione originario.

Tra le applicazioni della tomografia industriale c’è la Failure Analysis, metodo che ti consente l’evidenziazione di diversi tipi di difetti – siano essi porosità, inclusioni, fori o cricche – e di indagare sulle origini di malfunzionamenti, rotture, non conformità.

É possibile inoltre effettuare Analisi Dimensionali, con misurazioni interne ed esterne, anche su geometrie complesse e punti che normalmente non sono raggiungibili da altri strumenti, consentendo di conseguenza il confronto e la comparazione con il modello CAD di riferimento. Le analisi dimensionali con tomografia sono particolarmente utili in caso di campioni prodotti in stampa 3D o in additive manufacturing, vista la complessità che possono raggiungere.

Al contrario, se non hai il CAD, grazie al Reverse Engineering, puoi scansionare il campione del quale non hai alcun tipo di informazione e estrarre il modello CAD.

A seconda del modello del macchinario e del tubo radiogeno utilizzato, è possibile analizzare qualsiasi oggetto, fino ad un peso di 500 kg ed una dimensione di 700×1200 mm.
Le analisi, poi, si estendono anche a grandi e piccole serie, pezzi unici, rendendola una tecnica di analisi estremamente versatile e utile a diversi tipi di settori.

A seconda dei fuochi impostati (macrofuoco, microfuoco o nanofuoco) e delle caratteristiche del programma di elaborazione dati è possibile ottenere visualizzazioni HD della struttura interna ed esterna dei campioni.
Le consolle, composte generalmente da uno o più monitor, permettono l’utilizzo dei programmi di gestione dell’impianto, del programma di analisi e la visualizzazione delle immagini ottenute.

La Tomografia Industriale Computerizzata è sicuramente la tecnica che ti permette di risolvere i problemi con cui ti scontri quotidianamente nel tuo mestiere:

  • ridurre i costi di gestione non conformità
  • aumentare la qualità e la conformità dei tuoi prodotti
  • ottimizzare i processi produttivi e di controllo qualità

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