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Applicazioni industriali

APPLICAZIONI INDUSTRIALI 

Due2lab ha sviluppato negli ultimi anni la tecnologia X-RAY MULTIENERGY per metterla al servizio delle imprese produttive che vogliono investire in innovazione


La tecnologia X-RAY MULTIENERGY consente di eseguire controlli non distruttivi di nuova generazione, in linea ed in tempo reale


I nostri sistemi X-RAY MULTIENERGY sono in grado di misurare la densità assoluta e la composizione elementale dei diversi materiali 

La tecnica X-RAY MULTIENERGY sviluppata da Due2lab costituisce un nuovo paradigma per le analisi non distruttive in linea di catene di produzione industriali. Nonostante si basi sullo stesso principio utilizzato nella comune tecnica di analisi non distruttiva a raggi-X, la arricchisce di nuove straordinarie potenzialità grazie all’impiego di una speciale classe di sensori a raggi X dotati di capacità spettroscopiche.

In generale le analisi non distruttive a raggi X sfruttano la proprietà dei raggi-X di penetrare i materiali. Il fascio di raggi-X incidente si modifica in funzione delle caratteristiche intrinseche del materiale attraversato. Queste alterazioni nel numero e nell’energia dei fotoni X (detto anche spettro X) sono specifiche a seconda del materiale attraversato, possono essere facilmente misurate facendo un confronto diretto tra lo spettro X di un fascio in assenza (STEP 0) e in presenza (STEP 1) del materiale da analizzare.Questa differenza nello spettro X delle due configurazioni dipende teoricamente da tre soli parametri : la densità, lo spessore e la composizione elementale (intesa come percentuale e natura degli elementi costituenti) del materiale.

Nella pratica queste analisi dei materiali sono limitate, a causa della tecnologia di sensori attualmente utilizzata, solamente alla densità e lo spessore dei materiali. Il risultato sono mappe in scala di grigi nelle quali il contrasto è direttamente proporzionale alla densità o allo spessore del materiale attraversato dai raggi-X. Perdendo però l’informazione riguardo alla composizione chimica del materiale, lo strumento non è in grado di distinguere due materiali simili in densità e spessore, ma diversi in composizione. Per questo motivo le macchine a raggi-X attuali devono essere tarate per evitare errori grossolani nella stima delle caratteristiche dei materiali.  La tecnologia X-RAY MULTIENERGY di due2lab sfrutta una nuova classe di sensori, definiti “spettroscopici”, in grado di misurare tutte le informazioni degli spettri X e risalire quindi a tutte le caratteristiche del materiale.

Grazie a questa nuova tecnologia è come se venissero inseriti i colori nelle immagini a raggi-X, colori diversi a seconda della composizione elementale dei materiali.

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Step 0 – Nella prima configurazione viene misurato lo spettro del fascio a raggi-X in assenza di materiale. Misurare lo spettro significa conoscere quanti fotoni (I, intensità) aventi una determinata energia (E, energia) arrivano al sensore. Il sensore Due2lab possiede infatti l’innovativa capacità di misurare l’energia (rappresentata da un colore) di ogni singolo fotone incidente. Inoltre é in grado di ‘contarne’ l’abbondanza relativa nel fascio (rappresentata dall’altezza dei rettangoli).

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Step 0 – Nella seconda configurazione viene misurato lo spettro del fascio a raggi-X una volta attraversato il materiale in esame. La forma dello spettro risulterà modificata a causa dell’assorbimento di specifici fotoni da parte dell’oggetto attraversato.  Se il materiale assorbe in particolare fotoni a bassa energia (colore rosso), il numero di tali fotoni verrà drasticamente ridotto, ossia l’intensità corrispondente (altezza del rettangolo rosso) sarà molto più bassa.

La differenza tra lo spettro X inalterato (I0) e il fascio X modificato dal materiale (I1) viene espressa come il logaritmo del rapporto delle loro intensità, punto per punto.

Il logaritmo del rapporto è sempre una funzione decrescente dell’Energia (con andamento esponenziale) ed dipende dai 3 parametri fondamentali relativi al materiale che vogliamo conoscere: densità, composizione elementale e spessore.

A parità di spessore (solitamente noto e costante in linee di produzione), la forma di questa curva dipende esclusivamente dalla composizione elementale del materiale, mentre la traslazione della curva nel piano (offset) dipende dalla densità e dallo spessore del materiale, come mostriamo nei seguenti grafici.

Effetto della densità – Considerato uno stesso materiale (composizione elementale costante), la posizione della curva caratteristica cambia al variare della densità del materiale.  Aumentando la densità del materiale (Densità 3 > Densità 2 > Densità 3) la curva trasla rigidamente allontanandosi dall’origine.

Effetto della composizione – Considerati tre diversi materiali aventi stessa densità, la forma della curva caratteristica cambia al variare della composizione elementale.  Se si considera il numero atomico medio come la media dei numeri atomici degli elementi del materiale (pesata per la loro abbondanza relativa nel materiale), l’aumento del numero atomico medio produce una modifica nella forma/pendenza della curva.

Con questa tecnica è possibile misurare la densità e composizione elementale di diversi materiali: Legno, Plastica, Grafite, Carta, Materiali Ceramici, Liquidi


Alcuni esempi di misurazioni reali di materiali industriali


Misura di densità e Composizione Elementale di grafite e legno

Misura di densità assoluta del PE estruso, in ottimo accordo con il valore misurato con metodi tradizionali

Con la tencica X-RAY MULTIENERGY è possibile discriminare il PE-High Density dal PE-Low Density indipendentemente dal colore della plastica

Misura di densità e composizione elementale di Polietilene e Polistirene

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