ITMI20131989A1 - METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING THE THERMAL IMPRESSION OF A MATERIAL OR OBJECT - Google Patents
METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING THE THERMAL IMPRESSION OF A MATERIAL OR OBJECTInfo
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Description
Descrizione Description
“METODO ED APPARATO PER DETERMINARE L’IMPRONTA TERMICA DI UN MATERIALE O OGGETTO” "METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING THE THERMAL IMPRINT OF A MATERIAL OR OBJECT"
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Campo di applicazione dell’invenzione Field of application of the invention
La presente invenzione si riferisce ad un metodo ed un apparato per la determinazione univoca dell’impronta termica di un materiale o oggetto e, in particolare, di un oggetto di valore storico culturale. The present invention refers to a method and an apparatus for the univocal determination of the thermal footprint of a material or object and, in particular, of an object of historical and cultural value.
Stato della tecnica State of the art
Un problema di sempre maggiore interesse è relativo alla caratterizzazione e quindi identificazione univoca di materiali o manufatti, specialmente di valore storico culturale elevato. A problem of increasing interest is related to the characterization and therefore univocal identification of materials or artefacts, especially of high historical and cultural value.
E’ nota una tecnica di caratterizzazione di un materiale, mediante la così detta “impronta sonica”. Si tratta di una tecnica finalizzata alla definizione di una impronta caratteristica del oggetto esaminato, estraendo lo spettro di ampiezza dalle vibrazioni generate su un bene storicoartistico attraverso una sollecitazione meccanica. A material characterization technique is known, using the so-called "sonic imprint". It is a technique aimed at defining a characteristic imprint of the examined object, extracting the spectrum of amplitude from the vibrations generated on a historical-artistic asset through a mechanical stress.
Tuttavia la “impronta sonica” presenta evidenti svantaggi. In particolare si tratta di una metodica particolarmente invasiva poiché richiede l’applicazione di sollecitazioni meccaniche al oggetto in esame, sottoponendolo quindi a gravi rischi di lesioni. However, the "sonic imprint" has obvious disadvantages. In particular, it is a particularly invasive method since it requires the application of mechanical stresses to the object under examination, thus subjecting it to serious risks of injury.
Inoltre, la impronta sonica è intrinsecamente poco ricca di informazioni poiché le vibrazioni possono essere campionate in un numero limitato di punti solitamente inferiore a dodici. Furthermore, the sonic fingerprint is inherently poor in information since vibrations can be sampled in a limited number of points usually less than twelve.
Inoltre, la tecnica della impronta sonica è particolarmente sensibile rispetto al posizionamento dei sensori, ciò comportando una maggiore complessità delle operazioni di misura ed una maggiore criticità dei risultati. Furthermore, the sonic impression technique is particularly sensitive with respect to the positioning of the sensors, this entails greater complexity of the measurement operations and greater criticality of the results.
Sommario dell’invenzione Summary of the invention
Pertanto scopo della presente invenzione è quello proporre un metodo ed un apparato per la determinazione univoca dell’impronta termica di un materiale o oggetto, in particolare, di manufatti di valore storico culturale, volto a superare tutti gli inconvenienti suddetti. Therefore, the purpose of the present invention is to propose a method and an apparatus for the unambiguous determination of the thermal footprint of a material or object, in particular, of artifacts of historical and cultural value, aimed at overcoming all the aforementioned drawbacks.
E’ oggetto della presente invenzione un procedimento per la determinazione univoca di un’impronta termica di un materiale o oggetto, comprendente i passi di: The subject of the present invention is a procedure for the unambiguous determination of a thermal footprint of a material or object, comprising the steps of:
- applicare una prima sollecitazione termica alternata, dotata di un primo periodo, ad una prima superficie del materiale o oggetto; - applying a first alternating thermal stress, provided with a first period, to a first surface of the material or object;
- applicare a detta prima superficie almeno una seconda sollecitazione termica alternata, dotata di almeno un secondo periodo diverso dal primo periodo; - applying to said first surface at least a second alternating thermal stress, having at least a second period different from the first period;
- acquisire prime ed almeno seconde immagini termografiche temporali dei punti di una seconda superficie del materiale o oggetto, dette immagini termografiche rappresentando andamenti di ampiezza di termogrammi temporali dei punti di detta seconda superficie, come effetto rispettivamente di dette prima e almeno una seconda sollecitazione termica alternata; - acquire first and at least second temporal thermographic images of the points of a second surface of the material or object, said thermographic images representing amplitude trends of temporal thermograms of the points of said second surface, respectively as an effect of said first and at least a second alternating thermal stress ;
- elaborare dette prima ed almeno una seconda immagini termografiche temporali, come immagini d’onda monocromatiche di ogni punto del materiale o oggetto, associando colori diversi a dette prima e rispettivamente almeno una seconda immagine; - processing said first and at least a second temporal thermographic images, as monochromatic wave images of each point of the material or object, associating different colors to said first and respectively at least a second image;
- combinare dette prima ed almeno una seconda immagine termografica temporale di ogni punto del materiale o oggetto, per ottenere un’immagine multicolore a colori fittizi di ognuno di detti punti, rappresentativa di detta impronta termica del materiale o oggetto. - combine said first and at least a second temporal thermographic image of each point of the material or object, to obtain a multicolored fictitious color image of each of said points, representative of said thermal imprint of the material or object.
E’ pure oggetto della presente invenzione un dispositivo per l’attuazione del metodo, comprendente: The present invention also relates to a device for implementing the method, comprising:
- primi mezzi per applicare a detto materiale o oggetto dette prima ed almeno una sollecitazione termica alternata, dotate di periodi diversi; - first means for applying to said material or object said first and at least one alternating thermal stress, having different periods;
- secondi mezzi per acquisire dette prime ed almeno seconde immagini termografiche temporali; - second means for acquiring said first and at least second temporal thermographic images;
- mezzi di controllo ed elaborazione adattati per controllare detti primi e secondi mezzi, e per eseguire l’elaborazione di dette prima ed almeno una seconda immagini termografiche temporali, e per combinare dette prima ed almeno una seconda immagine termografica temporale, per ottenere detta impronta termica del materiale o oggetto. - control and processing means adapted to control said first and second means, and to perform the processing of said first and at least one second temporal thermographic images, and to combine said first and at least one second temporal thermographic images, to obtain said thermal imprint of the material or object.
E’ particolare oggetto della presente invenzione un metodo ed un apparato per la determinazione univoca dell’impronta termica di un materiale o oggetto, come meglio descritto nelle rivendicazioni, che formano parte integrante della presente descrizione. The particular object of the present invention is a method and an apparatus for the unambiguous determination of the thermal footprint of a material or object, as better described in the claims, which form an integral part of this description.
Breve descrizione delle figure Brief description of the figures
Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa (e di sue varianti), e con riferimento ai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui: Further objects and advantages of the present invention will become clear from the following detailed description of an example of its embodiment (and its variants), and with reference to the attached drawings given purely for explanatory and non-limiting purposes, in which:
nella figura 1 è indicato un grafico tridimensionale che riporta una rappresentazione esemplificativa dei dati acquisiti tramite il metodo ed apparato della presente invenzione; Figure 1 indicates a three-dimensional graph which shows an exemplary representation of the data acquired by the method and apparatus of the present invention;
nella figura 2 è mostrato uno schema a blocchi semplificato di un apparato secondo la presente invenzione; Figure 2 shows a simplified block diagram of an apparatus according to the present invention;
nella figura 3 è indicato un grafico cartesiano Temperature-Tempi in cui è evidenziata la possibile evoluzione della temperatura di un punto del oggetto nel tempo, di carattere oscillante, ottenuta applicando il metodo della presente invenzione; Figure 3 indicates a Temperature-Times Cartesian graph in which the possible evolution of the temperature of a point of the object over time, of an oscillating character, obtained by applying the method of the present invention is highlighted;
nella figura 4 è indicato un grafico cartesiano Temperature-Tempi filtrato, dopo la rimozione della eventuale deriva termica dall’oscillazione mostrata in figura 3; Figure 4 shows a filtered Temperature-Times Cartesian graph, after the removal of any thermal drift from the oscillation shown in Figure 3;
Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti. Descrizione di dettaglio di esempi di realizzazione The same reference numbers and letters in the figures identify the same elements or components. Detailed description of examples of realization
Il procedimento secondo la presente invenzione prevede l’applicazione di una sollecitazione termica, o energizzazione, ad una prima superficie di un campione del materiale sotto analisi. The process according to the present invention provides for the application of a thermal stress, or energization, to a first surface of a sample of the material under analysis.
In particolare, la sollecitazione termica è alternata, nel senso che è tale da realizzare un’alternanza temporale di raffreddamento e riscaldamento del materiale stesso. In particular, the thermal stress is alternating, in the sense that it is such as to achieve a temporal alternation of cooling and heating of the material itself.
Preferibilmente, tale sollecitazione termica alternata prevede un’ampiezza dell’oscillazione di temperatura centrata rispetto alla temperatura ambiente, ad esempio compresa entro ±5°C, ed è anche periodica, con un periodo compreso in un intervallo tra 30 secondi e 600 secondi, ad esempio dipendente dalla natura del materiale investigato. Preferably, this alternating thermal stress provides for an amplitude of the temperature oscillation centered with respect to the ambient temperature, for example within ± 5 ° C, and is also periodic, with a period comprised in an interval between 30 seconds and 600 seconds, for example example dependent on the nature of the investigated material.
Secondo l’invenzione, sono poi acquisite, nel tempo, immagini termografiche in formato digitale di una seconda superficie del campione scelta in modo tale da essere la più rappresentativa possibile del oggetto. According to the invention, thermographic images in digital format of a second surface of the sample chosen in such a way as to be as representative as possible of the object are then acquired over time.
Ciascuna immagine acquisita rappresenta perciò un termogramma dei vari punti di tale seconda superficie ad un certo istante, come emissione termica effetto della su citata sollecitazione termica. Each acquired image therefore represents a thermogram of the various points of this second surface at a certain instant, as a thermal emission effect of the aforementioned thermal stress.
Le immagini termografiche sono preferibilmente acquisite ad intervalli di tempo costanti, con una frequenza di campionamento predeterminata. E’ da intendersi che il periodo di acquisizione è limitato superiormente dal teorema del campionamento di Nyquist e pertanto la frequenza di campionamento non sarà superiore alla metà del periodo della sollecitazione termica applicata. The thermographic images are preferably acquired at constant time intervals, with a predetermined sampling frequency. It should be understood that the acquisition period is limited at the top by the Nyquist sampling theorem and therefore the sampling frequency will not exceed half the period of the applied thermal stress.
Preferibilmente, la prima superficie del campione, alla quale è applicata la sollecitazione, è una superficie piana, ad esempio la base del campione. Preferably, the first surface of the sample, to which the stress is applied, is a flat surface, for example the base of the sample.
Preferibilmente la seconda superficie del campione su cui acquisire le immagini termografiche è dotata di un determinato angolo rispetto alla prima superficie, ad esempio ortogonale, oppure parallela o coincidente con la prima superficie sollecitata. Preferably the second surface of the sample on which to acquire the thermographic images is provided with a determined angle with respect to the first surface, for example orthogonal, or parallel or coincident with the first stressed surface.
Attraverso un’elaborazione dei dati relativi alle acquisizioni effettuate in un certo lasso di tempo, è possibile ottenere come risultato una vera e propria impronta digitale, nella forma di un’immagine le cui caratteristiche dipendono strettamente dalle proprietà termo-fisiche del materiale indagato e quindi può univocamente identificare il oggetto esaminato. By processing the data relating to the acquisitions made over a certain period of time, it is possible to obtain as a result a real digital imprint, in the form of an image whose characteristics strictly depend on the thermo-physical properties of the investigated material and therefore can uniquely identify the object examined.
In particolare l’elaborazione comprende innanzitutto la determinazione di un valore di ampiezza dell’onda termica per ciascun punto della superficie monitorata e scansionata. In particular, the processing first of all includes the determination of a thermal wave amplitude value for each point of the monitored and scanned surface.
Con questi dati è quindi possibile produrre un’immagine d’onda rappresentativa appunto dell’ampiezza dell’onda termica in ciascun punto della superficie monitorata. With these data it is therefore possible to produce a wave image representative of the amplitude of the thermal wave at each point of the monitored surface.
Tale immagine d’onda è caratteristica del mezzo e dipende strettamente dalle sue proprietà termo-fisiche (densità, forma, diffusività termica). This wave image is characteristic of the medium and strictly depends on its thermo-physical properties (density, shape, thermal diffusivity).
Questo procedimento è ripetuto utilizzando come energizzazione onde termiche di differente periodo, cioè applicando un ciclo di riscaldamento e raffreddamento con frequenza (e quindi periodo) diversa dalla prima energizzazione. This procedure is repeated using thermal waves of different periods as energization, i.e. applying a heating and cooling cycle with a frequency (and therefore a period) different from the first energization.
Preferibilmente, il procedimento può essere ripetuto almeno tre volte, per lunghezze d’onda dell’onda termica comparabili con le dimensioni massime del oggetto e, ad esempio, calcolate approssimativamente dopo aver stimato o determinato con altri metodi la diffusività termica del oggetto. Preferably, the procedure can be repeated at least three times, for wavelengths of the thermal wave comparable with the maximum dimensions of the object and, for example, approximately calculated after having estimated or determined with other methods the thermal diffusivity of the object.
Le diverse immagini d’onda così ottenute, per ogni punto della superficie del campione in esame, potranno poi essere combinate tra loro per ottenere un’immagine finale che rappresenta l’“impronta termica del materiale” , nel senso prima descritto, di fatto ottenendo un’immagine multicolore, a colori fittizi. The different wave images thus obtained, for each point of the surface of the sample under examination, can then be combined with each other to obtain a final image that represents the "thermal imprint of the material", in the sense described above, effectively obtaining a multicolored, fictitious color image.
Più nel dettaglio, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, l’elaborazione delle immagini acquisite, prevede la loro memorizzazione in successione temporale in una prima matrice tridimensionale A. More in detail, according to an embodiment of the present invention, the processing of the acquired images provides for their storage in temporal succession in a first three-dimensional matrix A.
Tale successione di immagini rappresenta quindi la propagazione dell’onda termica generata dalla sollecitazione. La figura 1 schematizza la matrice tridimensionale A. This succession of images therefore represents the propagation of the thermal wave generated by the stress. Figure 1 schematises the three-dimensional matrix A.
Ciascun ‘piano’ della matrice A rappresenta un termogramma cioè il campionamento delle temperature del campione su un piano x-y corrispondente alla superficie monitorata. La terza dimensione della matrice A si sviluppa nella direzione del tempo t. Each 'plane' of matrix A represents a thermogram that is the sampling of the sample temperatures on an x-y plane corresponding to the monitored surface. The third dimension of matrix A develops in the direction of time t.
Quindi, scorrendo la matrice lungo l’asse del tempo t, a parità di indice di riga (x) e colonna (y), è possibile apprezzare l’oscillazione nel tempo della temperatura di ogni singolo punto della superficie del oggetto monitorata, per effetto del passaggio dell’onda termica. Therefore, by scrolling the matrix along the time axis t, with the same index of row (x) and column (y), it is possible to appreciate the oscillation over time of the temperature of each single point of the surface of the monitored object, due to the effect of the passage of the thermal wave.
Per ciascun punto viene quindi determinato il valore minimo ed il valore massimo di temperatura. Da questi, si può per differenza ottenere il valore dell’ampiezza dell’onda termica nel punto. The minimum and maximum temperature values are then determined for each point. From these, the value of the amplitude of the thermal wave at the point can be obtained by difference.
L’insieme di questi valori di ampiezza, può essere considerato come un’immagine d’onda monocromatica, in cui ciascun punto è rappresentato secondo una gradazione di uno specifico colore. The set of these amplitude values can be considered as a monochromatic wave image, in which each point is represented according to a gradation of a specific color.
Questa immagine d’onda monocromatica è caratteristica del mezzo e dipende strettamente dalle sue proprietà termofisiche. This monochromatic wave image is characteristic of the medium and strictly depends on its thermophysical properties.
Come già indicato, il procedimento può essere preferibilmente ripetuto per lunghezze d’onda diverse. Ciò porta ad ottenere diverse immagini d’onda monocromatiche, ciascuna associata ad un diverso colore. Supponendo ad esempio di avere ripetuto tre volte il procedimento, è possibile associare le tre immagini d’onda ai tre colori fondamentali rosso, verde e blu. As already indicated, the procedure can preferably be repeated for different wavelengths. This leads to obtaining different monochromatic wave images, each associated with a different color. Assuming, for example, that you have repeated the procedure three times, it is possible to associate the three wave images with the three basic colors of red, green and blue.
Le diverse immagini d'onda sono poi combinate tra loro, sovrapponendo punto per punto, vale a dire pixel per pixel in elaborazione digitale, il colore relativo a ciascuna immagine d'onda, ottenendo quindi un'unica immagine finale multicolore, a colori fittizi. Questa immagine finale è la cercata impronta termica. The different wave images are then combined with each other, superimposing point by point, ie pixel by pixel in digital processing, the relative color of each wave image, thus obtaining a single final multicolored image, with fictitious colors. This final image is the desired thermal imprint.
Una possibile variante alla descritta modalità operativa prevede l’acquisizione di un’unica immagine d’onda monocromatica, a vantaggio della rapidità di esecuzione ma con minore accuratezza di riconoscimento, e la sua successiva rappresentazione multicolore tramite una conversione biunivoca della palette monocromatica a una corrispondente palette multicolori. Tale conversione prevede che a ciascun colore della palette monocromatica di partenza sia assegnato un corrispondente colore policromo della palette di destinazione, ottenendo quindi una immagine finale analoga per aspetto a quella finale descritta nel precedente capoverso ma di inferiore accuratezza. A possible variant of the described operating mode provides for the acquisition of a single monochromatic wave image, to the advantage of the speed of execution but with less recognition accuracy, and its subsequent multicolor representation by means of a one-to-one conversion of the monochromatic palette to a corresponding one. multicolored palettes. This conversion provides that each color of the starting monochromatic palette is assigned a corresponding polychrome color of the destination palette, thus obtaining a final image similar in appearance to the final one described in the previous paragraph but of lower accuracy.
In caso di sostituzione, manomissione, alterazione, il riconoscimento di un oggetto potrà essere univocamente determinato rispetto ad uno simile con un algoritmo di confronto che determini l’errore quadratico medio tra le due impronte. Se tale errore è inferiore all’accuratezza di misura delle due firme termiche, il riconoscimento è univoco. Per l’attuazione del procedimento sinora descritto, la presente invenzione prevede un apparato per l’acquisizione di una impronta termica di un materiale, come ad esempio mostrato in figura 2. In case of replacement, tampering, alteration, the recognition of an object can be uniquely determined with respect to a similar one with a comparison algorithm that determines the mean square error between the two footprints. If this error is less than the measurement accuracy of the two thermal signatures, the recognition is unique. For the implementation of the procedure described so far, the present invention provides an apparatus for the acquisition of a thermal imprint of a material, as shown for example in figure 2.
Esso comprende i seguenti elementi: It includes the following elements:
a. Mezzi 3 per applicare sollecitazioni termiche alternate ad una prima superficie del oggetto 1, energizzando per contatto il oggetto di cui si vuole riconoscere l’impronta termica; to. Means 3 for applying alternating thermal stresses to a first surface of the object 1, energizing by contact the object whose thermal imprint is to be recognized;
b. Mezzi di acquisizione 2 nel tempo di immagini termografiche in formato digitale di una seconda superficie del campione in esame; b. Means 2 for acquiring thermographic images in digital format over time of a second surface of the sample under examination;
c. Mezzi di controllo ed elaborazione 4, atti a controllare le sollecitazioni termiche alternate prodotte e l’acquisizione delle immagini termografiche, e ad elaborare quest’ultime per ottenere l’impronta termica del oggetto. c. Control and processing means 4, designed to control the alternating thermal stresses produced and the acquisition of thermographic images, and to process the latter to obtain the thermal imprint of the object.
L’apparato comprende quindi un dispositivo di energizzazione 3 per applicare una sollecitazione termica alternata ad una prima superficie di un campione del materiale da analizzare. The apparatus therefore comprises an energizing device 3 to apply an alternating thermal stress to a first surface of a sample of the material to be analyzed.
Il dispositivo energizzatore è atto ad essere pilotato in maniera tale da produrre un’alternanza di riscaldamento e raffreddamento, preferibilmente periodica con una periodicità predeterminata. The energizer device is able to be piloted in such a way as to produce an alternation of heating and cooling, preferably periodic with a predetermined periodicity.
Vantaggiosamente, il dispositivo energizzatore comprende un dispositivo noto come cella di Peltier che può essere alimentato in corrente continua, ed è capace di generare un flusso di calore proporzionale all’intensità e al verso della corrente elettrica in esso circolante. Advantageously, the energizing device comprises a device known as a Peltier cell that can be powered by direct current, and is capable of generating a heat flow proportional to the intensity and direction of the electric current circulating therein.
L’alternanza è prodotta per inversione del verso della corrente di alimentazione. The alternation is produced by reversing the direction of the supply current.
Il dispositivo presenta due superfici opposte attraverso cui è possibile forzare il fluire del calore. Per alternare raffreddamento e riscaldamento viene mantenuta una superficie della cella ad una temperatura costante prossima alla temperatura ambiente, e viene forzato il funzionamento in riscaldamento e in raffreddamento alternando il verso della corrente circolante. The device has two opposite surfaces through which it is possible to force the flow of heat. To alternate cooling and heating, a cell surface is kept at a constant temperature close to the ambient temperature, and operation in heating and cooling is forced by alternating the direction of the circulating current.
In un possibile esempio di realizzazione, per mantenere a temperatura costante una faccia del dispositivo a cella di Peltier è stato realizzato un circuito termoidraulico costituito da uno scambiatore di calore, una pompa di circolazione, una vasca di accumulo ed un piccolo radiatore capace di smaltire o reintegrare il calore trasmesso o acquisito dalla cella nella sua alternanza di riscaldamento e raffreddamento. La superficie libera del dispositivo è quindi posta in contatto con una sottile piastra di alluminio che consente la conduzione del calore e ne protegge la superficie dal contatto con il materiale in prova. Tale superficie libera rappresenta l’elemento attivo del dispositivo, quello che posto in contatto con il materiale forza la propagazione dell’onda termica al suo interno. In a possible example of embodiment, to keep one face of the Peltier cell device at a constant temperature, a thermo-hydraulic circuit has been created consisting of a heat exchanger, a circulation pump, an accumulation tank and a small radiator capable of disposing of or reintegrate the heat transmitted or acquired by the cell in its alternation of heating and cooling. The free surface of the device is then placed in contact with a thin aluminum plate which allows the conduction of heat and protects its surface from contact with the material under test. This free surface represents the active element of the device, the one that placed in contact with the material forces the propagation of the thermal wave inside it.
E’ da intendersi che il dispositivo energizzatore potrà avere dimensioni, forma e potenza differenti per essere utilizzato, ponendolo a contatto con l’elemento di cui si vuole misurare la diffusività termica, per generare un’onda termica di frequenza predeterminata che si propaghi nell’elemento sotto esame. Naturalmente, la scelta della frequenza di sollecitazione dovrà essere opportunamente selezionata in base alla conoscenza di massima delle proprietà termiche del materiale sotto esame. La scelta infatti di una frequenza troppo elevata limiterà la lunghezza di diffusione termica del materiale esaminato limitando la propagazione del calore agli strati più superficiali del materiale in esame, mentre la scelta di una frequenza troppo bassa aumenterà inutilmente la durata della misura. It is to be understood that the energizing device may have different dimensions, shape and power to be used, by placing it in contact with the element whose thermal diffusivity is to be measured, to generate a thermal wave of predetermined frequency that propagates in the item under review. Naturally, the choice of the stress frequency must be suitably selected on the basis of the general knowledge of the thermal properties of the material under examination. In fact, the choice of a frequency that is too high will limit the thermal diffusion length of the material examined by limiting the propagation of heat to the most superficial layers of the material under examination, while the choice of a frequency that is too low will unnecessarily increase the duration of the measurement.
Vantaggiosamente il funzionamento del dispositivo energizzatore può essere regolato da un apposito software caricato su un dispositivo programmabile, ad esempio un PLC, che consente di impostare ad esempio il periodo (e quindi la frequenza) della sollecitazione termica. Advantageously, the operation of the energizing device can be regulated by a special software loaded on a programmable device, for example a PLC, which allows for example to set the period (and therefore the frequency) of the thermal stress.
I mezzi per acquisire nel tempo immagini termografiche comprendono ad esempio una termo-camera digitale 2 collocata a una certa distanza dal oggetto stesso con possibilità di effettuare acquisizioni temporizzate in formato digitale di una superficie del campione in esame, scansionandolo per punti. Ciascuna delle immagini acquisite rappresenta un termogramma della seconda superficie monitorata, in ogni punto ad un certo istante. The means for acquiring thermographic images over time comprise for example a digital thermo-camera 2 located at a certain distance from the object itself with the possibility of making timed acquisitions in digital format of a surface of the sample under examination, scanning it by points. Each of the acquired images represents a thermogram of the second monitored surface, at each point at a certain instant.
La termo-camera digitale invia i dati acquisiti ai mezzi di controllo ed elaborazione, ad esempio un elaboratore elettronico 4 che compie elaborazioni atte ad ottenere come risultato la suindicata impronta termica, e che controlla pure l’emissione termica del dispositivo energizzatore. The digital thermo-camera sends the acquired data to the control and processing means, for example an electronic processor 4 which performs processing suitable for obtaining the aforementioned thermal imprint as a result, and which also controls the thermal emission of the energizing device.
La figura 3 mostra un grafico cartesiano Temperature-Tempi in cui è evidenziata la possibile evoluzione della temperatura di un singolo pixel (corrispondente ad un punto del oggetto) nel tempo sotto l’azione di una sollecitazione termica periodica così come acquisibile mediante la termo camera, e possibilmente soggetto ad una deriva termica, (linea retta ascendente tratteggiata) dovuta alla variazione delle condizioni al contorno o ad uno sbilanciamento dell’energia immessa/assorbita dall’energizzatore. Figure 3 shows a Temperature-Times Cartesian graph in which the possible evolution of the temperature of a single pixel (corresponding to a point of the object) over time under the action of a periodic thermal stress is highlighted, as can be acquired through the thermo camera, and possibly subject to a thermal drift, (dashed ascending straight line) due to the variation of the boundary conditions or to an imbalance of the energy input / absorbed by the energizer.
La figura 4 mostra un grafico cartesiano Temperature-Tempi filtrato, dopo la rimozione della eventuale componente di deriva termica dall’oscillazione, rimozione compiuta dall’elaboratore elettronico. E’ evidenziata l’ampiezza dell’onda termica (Tmax-Tmin), informazione utilizzata dall’elaboratore elettronico per generare la componente dell’impronta termica relativa alla specifica frequenza/periodo dell’onda termica immessa. Figure 4 shows a filtered Temperature-Times Cartesian chart, after the removal of any thermal drift component from the oscillation, removal performed by the electronic computer. The amplitude of the thermal wave (Tmax-Tmin) is highlighted, information used by the electronic computer to generate the thermal footprint component relating to the specific frequency / period of the thermal wave entered.
Il procedimento della presente invenzione può essere vantaggiosamente realizzato tramite un programma per computer, preferibilmente caricato nell’elaboratore elettronico. Il programma comprende mezzi di codifica per la realizzazione di uno o più passi del procedimento, quando questo programma è eseguito su di un computer. Pertanto si intende che l’ambito di protezione si estende a detto programma per computer ed inoltre a mezzi leggibili da computer che comprendono un messaggio registrato, detti mezzi leggibili da computer comprendendo mezzi di codifica di programma per la realizzazione di uno o più passi del procedimento, quando detto programma è eseguito su di un computer. The process of the present invention can be advantageously carried out by means of a computer program, preferably loaded into the electronic computer. The program comprises coding means for carrying out one or more steps of the process, when this program is executed on a computer. Therefore it is intended that the scope of protection extends to said computer program and further to computer readable means comprising a recorded message, said computer readable means comprising program coding means for carrying out one or more steps of the method. , when said program is run on a computer.
Sono possibili varianti realizzative all'esempio non limitativo descritto, senza per altro uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, comprendendo tutte le realizzazioni equivalenti per un tecnico del ramo. Implementation variants of the described non-limiting example are possible, without however departing from the scope of protection of the present invention, including all equivalent embodiments for a person skilled in the art.
Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione. The elements and features illustrated in the various preferred embodiments can be combined with each other without however departing from the scope of protection of the present invention.
Sono chiari i vantaggi derivanti dall’applicazione della presente invenzione. The advantages deriving from the application of the present invention are clear.
In particolare, la presente invenzione consente di superare gli svantaggi della metodologia della impronta sonica. Ad esempio presenta una minore invasività non richiedendo alcuna sollecitazione meccanica del oggetto. In particular, the present invention allows to overcome the disadvantages of the sonic impression methodology. For example, it is less invasive as it does not require any mechanical stress on the object.
Inoltre, l’ impronta termica secondo la presente invenzione consente di acquisire una elevata densità di informazioni in quanto prevede un campionamento di temperatura realizzato mediante una termo-camera di un tipo attualmente disponibile sul mercato, che consente di acquisire l’evoluzione di temperatura nel tempo su di un numero elevato di punti. Inoltre consente di ottenere una identificazione del oggetto molto elevata, poiché incorpora informazioni di tipo grafico quali la forma del oggetto stesso. Furthermore, the thermal imprint according to the present invention allows to acquire a high density of information as it provides for a temperature sampling carried out by means of a thermo-chamber of a type currently available on the market, which allows to acquire the temperature evolution over time. on a large number of points. It also allows to obtain a very high identification of the object, since it incorporates information of a graphic type such as the shape of the object itself.
Ancora, la tecnica proposta presenta una bassa sensibilità rispetto ad errori di posizionamento dei sensori. Furthermore, the proposed technique has a low sensitivity with respect to sensor positioning errors.
Infine, non trascurabile, la presente invenzione consente di ottenere un risultato affidabile, attraverso un metodo particolarmente semplice da applicare, anche in situ, attraverso un apparato tecnicamente semplice. Finally, not negligible, the present invention allows to obtain a reliable result, through a particularly simple method to be applied, also in situ, through a technically simple apparatus.
A tale scopo, l'invenzione proposta prevede di ricorrere ad un dispositivo semplificato alimentato in corrente continua in cui la tensione varia di direzione con una periodicità predeterminata. Ciò consente l'ingegnerizzazione di un dispositivo di costo ridotto. For this purpose, the proposed invention envisages resorting to a simplified device powered by direct current in which the voltage varies in direction with a predetermined periodicity. This allows for the engineering of a low cost device.
Dalla descrizione sopra riportata il tecnico del ramo è in grado di realizzare l’oggetto dell’invenzione senza introdurre ulteriori dettagli costruttivi. From the above description, the person skilled in the art is able to realize the object of the invention without introducing further construction details.
Claims (10)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| IT001989A ITMI20131989A1 (en) | 2013-11-28 | 2013-11-28 | METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING THE THERMAL IMPRESSION OF A MATERIAL OR OBJECT |
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| ITMI20131989A1 true ITMI20131989A1 (en) | 2015-05-29 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070288177A1 (en) * | 2006-06-06 | 2007-12-13 | Siemens Power Generation, Inc. | Advanced processing of active thermography signals |
-
2013
- 2013-11-28 IT IT001989A patent/ITMI20131989A1/en unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070288177A1 (en) * | 2006-06-06 | 2007-12-13 | Siemens Power Generation, Inc. | Advanced processing of active thermography signals |
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