Analisi di superfici metalliche che presentano fratture con un microscopio digitale

Una superficie metallica con frattura

Frattografia

La frattografia è una tecnica analitica utilizzata per determinare la causa di una frattura in una struttura metallica. Il metodo si basa sull'analisi di fossette e slittamenti sulla superficie della frattura, al fine di determinare se è stata causata da fatica a corrosione, corrosione sotto sforzo o se si tratta di una frattura da sforzo causata da fatica, fragilità, duttilità o creep. Solitamente è possibile determinare anche la direzione della rottura, che fornisce informazioni preziose sulla quantità di stress e di carico che la parte metallica può sopportare.

La frattografia ha acquisito sempre più importanza perché le infrastrutture continuano ad invecchiare e le questioni legate al controllo qualità creano problemi. I microscopi ottici o digitali sono strumenti essenziali ai fini della frattografia e vengono utilizzati per acquisire immagini di alta qualità da analizzare. Tuttavia, le superfici delle fratture possono presentare forme complesse, difficili da analizzare servendosi di un microscopio.

Ispezione delle superfici delle fratture dei metalli con un microscopio: 4 problematiche da risolvere

Osservazione della superficie di una frattura su un'area estesa

All'inizio di un'analisi, gli ispettori devono osservare la superficie col campo visivo più ampio possibile per trovare la causa del danno. Una soluzione consiste nell'utilizzare lo stitching e combinare diverse immagini per formarne una più grande. Tuttavia, un'ottica di scarsa qualità può lasciare i bordi visibili tra le immagini, ostacolando l'individuazione della causa del danno.

I bordi delle immagini sovrapposti sono molto visibili

Tenere traccia della posizione di osservazione durante l'analisi

Le caratteristiche e la topografia della superficie di una frattura possono essere molto simili tra loro, perciò è facile perdere traccia della propria posizione durante l'analisi. Se un utente perde la propria posizione, potrebbe essere necessario ricominciare da capo.

Difficoltà nell'individuare una singolarità sulla superficie della frattura

Per individuare le singolarità si effettuano osservazioni a basso ingrandimento. Quando le superfici presentano differenze d'altezza, è possibile che la profondità di messa a fuoco del microscopio renda impossibile la totale messa a fuoco dell'immagine, anche in condizioni di basso ingrandimento. Quando ciò accade, gli ispettori possono usare una tecnica di elaborazione delle immagini chiamata focus stacking per creare un'immagine chiara. Tuttavia, tale processo può richiedere tempo, e se è necessario esaminare una sezione diversa del campione, l'utente deve tornare all'immagine in tempo reale per potersi spostare.

L'abilità di individuare una singolarità dipende anche dalla risoluzione della lente del microscopio. La maggior parte delle lenti a basso ingrandimento hanno una scarsa risoluzione, perciò è difficile acquisire l'immagine di una singolarità sulla superficie di una frattura dalla forma complessa.

Difficoltà nell'analisi di una singolarità

In seguito all'individuazione di una singolarità, la si esamina con ingrandimento elevato. Come accennato in precedenza, la risoluzione dell'obiettivo ha un grande impatto sulla qualità dell'immagine, perciò se un operatore zooma sulla singolarità, l'immagine potrebbe risultare sfocata. Se ciò accade, l'operatore deve sostituire la lente con una ad ingrandimento più elevato e una migliore risoluzione. Tuttavia, questo processo implica che l'immagine debba essere messa nuovamente a fuoco e la singolarità nuovamente acquisita, allungando così i tempi dell'ispezione.

Un altro problema delle lenti ad alto ingrandimento è la minore profondità di messa a fuoco, che rende difficile applicare la tecnica di focus stacking per ottenere un'immagine completamente a fuoco. È anche possibile che, a causa della distanza di lavoro ridotta, la lente urti il campione nel corso del focus stacking e si danneggi, o danneggi il campione.

Profondità di messa a fuoco ridotta

Vantaggi del microscopio digitale DSX1000 per la frattografia

Gli obiettivi DSX a basso ingrandimento combinano un campo di messa a fuoco profondo a un'elevata risoluzione per offrire immagini nitide. E se si necessita di una profondità di campo della messa a fuoco ancora più elevata, basta premere il pulsante Focus Depth Up sulla console. Queste funzioni consentono di visualizzare immagini chiare e trovare le singolarità in modo più rapido. È possibile ottenere immagini ad alta risoluzione anche se la superficie della frattura presenta irregolarità di grandi dimensioni.

Nell'immagine acquisita utilizzando il microscopio digitale DSX1000 (destra), la topografia del pezzo con frattura è molto più chiara rispetto a quanto mostrato dall'immagine acquisita con un microscopio convenzionale.

Ingrandimento elevato

Sul microscopio digitale DSX1000 è semplice passare a un ingrandimento elevato per un'ispezione più dettagliata. Il cambio rapido di obiettivo consente di sfilare la lente a basso ingrandimento e sostituirla con una ad alto ingrandimento, senza perdere la propria posizione sul campione.

Gli obiettivi sono montati su cartucce a sostituzione rapida che si infilano e si sfilano dalla testina dello zoom.

Proprio come le lenti a basso ingrandimento, anche gli obiettivi DSX ad alto ingrandimento combinano risoluzione elevata e campo di messa a fuoco profondo, in modo da consentire all'operatore di vedere la superficie della frattura durante un'ispezione dettagliata con immagini a fuoco. La funzione Focus Depth Up funziona anche con le lenti ad alto ingrandimento, quando si necessita di una maggiore profondità focale.

Obiettivi serie XLOB

Pulsante Depth of Focus Up

Al fine di correggere le problematiche più comunemente riscontrate durante la procedura di unione delle immagini, quali bordi visibili, il microscopio digitale DSX1000 offre un algoritmo migliorato per la combinazione dei pattern e la compensazione delle ombreggiature. Ne risultano immagini unite di qualità superiore senza variazioni di posizione né bordi delle immagini irregolari.

La funzione mappa macro del sistema mostra la posizione di osservazione per aiutare l'utente a comprendere meglio la posizione del punto che stanno osservando sul campione. Ora gli utenti possono continuare l'osservazione senza perdere di vista la propria posizione.

La mappa macro mostra la regione di osservazione sul campione analizzato.

Confronto tra immagini acquisite con un microscopio DSX1000 e un microscopio convenzionale

Nell'immagine acquisita mediante microscopio digitale DSX1000 si può osservare lo stato caratteristico della superficie della frattura ad alta risoluzione.

*Per garantire la precisione XY, la taratura deve essere realizzata da parte di tecnici specializzati Olympus.