I dimostratori per le diagnostiche

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1 I dimostratori per le diagnostiche A. Palucci Responsabile Laboratorio Diagnostiche e Metrologia ENEA FSN TECFIS DIM CR Frascati WORKSHOP PROGETTO COBRA TECNOLOGIE ENEA PER I BENI CULTURALI MATURE PER IL TRASFERIMENTO TECNOLOGICO: DISPONIBILITÀ E PROSPETTIVE 26 gennaio 2016 Via Giulio Romano n. 41 Roma

2 Sommario Presentazione Tecnologie a supporto delle indagini per I Beni Culturali 4 tecnologie laser e rispettivi dimostratori low cost Dimostratore PIXE basato su acceleratore di protoni Supporto analisi dati e sovrapposizione di immagini iperspettrali e strutturate Sala dedicata alla pulitura ed indagine laser per operatori esterni

3 Il Laboratorio Diagnostiche e Metrologia Il Laboratorio DIM da oltre 20 anni ha sviluppato tecnologie e brevettato sistemi diagnostici innovativi ad alto potenziale di applicazione nella filiera dei Beni Culturali, al fine di migliorare la conoscenza, la conservazione e la fruizione delle opere d arte. 2D LIF large area Laser scanning 3D Laser scanning RGB ITR Apparato LIBS sottomarino Sistema laser scanning 3D sottomarino Sviluppato in collaborazione Univ. Malaga Apparato LIBS da laboratorio

4 La tecnologia RGB ITR il prototipo basato su brevetto ENEA Il sistema RGB ITR è stato sviluppato per ottenere modelli 3D a colori di ampie superfici, tipicamente volte e grandi pareti dipinte di edifici monumentali. E' stato comunque usato con successo anche su vari substrati anche fragili (icone, tessuti) e con dettagli in rilievo (basso rilievi, altorilievi, statue) Vista 3D a colori RGB-ITR dell icona di Santa Caterina di Antonio Vivarini (XV secolo). Progetto bilaterale Italia (ENEA) Serbia (CIK) Modello 3D a colori «Giudizio universale di Lorenzo and Bartolomeo Torresani (Oratorio di San Pietro Martire, Rieti)

5 La tecnologia RGB ITR Giorno Il Sistema opera senza essere influenzato dalla luce ambiente Notte Giorno Notte Notte Giorno Notte Loggia di Amore e Psyche, Villa Farnesina (Roma) Raffaello Sanzio (20m long x 7.5m large x 10m high). Giorno

6 La tecnologia RGB ITR Digitalizzazione parziale 3D a colori dei Bronzi di Riace ottenuta con il Sistema RGB ITR. A destra la statua del Giovane mentre a sinistra quella denominate il Vecchio. Confronto tra pre e post processing dei modelli 3D ottenuti I modelli 3D ottenuti possono essere visualizzati con software commerciale disponibile anche su dispositivi mobili

7 Dimostratore per l acquisizione di modelli 3D in luce strutturata Il dimostratore «low cost» Sistema a basso costo COBRAKIN per il monitoraggio di interni (ad es. spazi museali) in grado di fornire una vista 3D a 360 dell ambiente che circonda il sensore per ogni singolo shot. Il sistema sarà composto da 4 unità basate su luce strutturata (griglia di punti emessa nel vicino IR) e una fotocamera nel visibile in grado di restituire una nuvola di punti colorata. I 4 sensori saranno connessi ad un minipc (due qualora le prestazioni dovessero degradare in modo significativo) con elevate prestazioni grafiche in grado di fornire in real time l immagine anche su dispositivi mobile. L innovazione di COBRAKIN consiste nello sviluppo di un software dedicato in grado di monitorare in 3D a 360 l interno di una stanza museale e di restituire in live streaming su piattaforma mobile le immagini acquisite

8 5.1.2 Sensore a scansione per imaging di fluorescenza indotta da laser (LIF) prototipo ENEA brevettato Il sistema LIF (Laser Induced Fluorescence) Scanning a scansione di linea è uno strumento portatile che permette la diagnostica di superfici mediante lo studio dell emissione di fluorescenza indotta dalla radiazione laser. Chiesa Santa Caterina della Rosa dei Funari Le immagini 2D in fluorescenza e la ricostruzione di immagini in falsi colori, ottenute dall elaborazione dei dati, permettono l individuazione di aree sottoposte a processi di degrado o a precedenti interventi di restauro. Chiesa SS. Trinità Hrastovlje (Slovenia)

9 5.1.2 Sensore a scansione basato su fluorescenza indotta da laser (LIF) Tecnica di indagine rapida, non invasiva, operante a distanza (circa 20 m), e per tali caratteristiche particolarmente vantaggiosa in applicazioni nel campo dei beni culturali. Battistero di Padova Confronto tra immagini convenzionali e composite relative alla fluorescenza emessa a 293nm, corrispondente a MOVILITH/PRIMAL AC33. Destra la composizione della cupola, mentre in alto una parte del tamburo. La scala dei grigi corrisponde alla concentrazione del consolidante.

10 5.1.2 Sensore a scansione basato su fluorescenza indotta da laser (LIF) Grazie a componentistica di ultima generazione è in corso la miniaturizzazione del sistema LIF a scansione di punto. Il sistema, low cost, consentirà l analisi dalla distanza di due metri di un metro quadrato con risoluzione di circa 5 mm in meno di 10 minuti. Un micro embedded pc permetterà di gestire le varie periferiche, grazie ad elettronica e software appositamente sviluppati. E previsto, inoltre, lo sviluppo di un applicazione per piattaforme Android che consenta di gestire la misura da smartphone etablet Il dimostratore «low cost» 20 cm x 20 cm x 30 cm Scheda elettronica di controllo del dispositivo

11 5.2 Due dimostratori laser spettroscopici in situ operanti a distanza inferiore al metro: uno per il LIBS (microdistruttivo, con possibilità di stratigrafia) e uno per Raman (non distruttivo, con possibilità di imaging) ILS un prototipo ENEA per utilizzo remoto da campo Sistema integrato per misure a distanza LIBS ecc = 1064 nm), Raman ( ecc = 266 nm) e LIF ( ecc = 266/355 nm). Distanza tipica : 10.5 m (range 8 30 m) Due videocamere a colori: visione intera e di dettaglio (foto) Movimentazione fine Apparato controllabile tramite Wi Fi remota Spettro LIBS nm in singolo colpo Possibilità di effettuare profilazione Campioni ferro a - 30 m Analisi LIBS su campioni di interesse culturale: frammenti di ceramica periodo Teotihuacan, 150 ac 350 dc (collaborazione con Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), México DF. Test LIBS su campioni in mare In collaborazione Univ. Malaga Concentration with respect to the bulk Composizione atomica ricavata da red pigment spettro LIBS white pigment brown coating Si Fe Mg Ca Al CN Mn Sr K Na Ti Ba

12 5.2 Due dimostratori laser spettroscopici in situ operanti a distanza inferiore al metro: uno per il LIBS (microdistruttivo, con possibilità di stratigrafia) e uno per Raman (non distruttivo, con possibilità di imaging) Il dimostratore «low cost» Schema a blocchi del doppio sensore LIBS Raman Nell ambito del progetto COBRA sarà realizzato un dimostratore LIBS-Raman per misure locali combinate, anche in situ. Il sistema combinato potrà essere utilizzato con una sorgente laser operante a 532 nm con impulsi della durata di 8 ns. Il dimostratore sarà indirizzato al riconoscimento di pigmenti e leganti su opere d arte. Per quanto riguarda le analisi LIBS, nell intervallo individuato si trovano molte righe di emissione elettroniche degli elementi costituenti i pigmenti inorganici (Cu, Al, Ti, Mg, Mn, Ni, Pb, Ag, V, ).

13 5.3 Dimostratore THz imaging Caratteristiche del dimostratore: apparato sperimentale basato su tecnica TDS (time domain spectroscopy) adatto per imaging spettroscopico di campioni con superficie di diversi cm 2 emissione al THz prodotta con sorgente laser al femtosecondo (TECFIS C.R. Casaccia) intervallo spettrale THz Imaging al THz: rivelazione di strutture e dettagli nascosti o ricoperti in materiali vari individuando finestre di trasparenza nell intervallo spettrale Spettroscopia al THz: identificazione di specie chimiche attive nell intervallo spettrale presenti nel campione rif. : mauro.falconieri@enea.it Possibili sviluppi: misure in riflessione portabilità (con componentistica e laser miniaturizzati)

14 5.6 Dimostratore di PIXE basato su acceleratore di protoni con fascio impulsato Proton Induced X ray Emission analisi di superficie (profondità decine di micron) analisi multi elementale, rapida, quantitativa, alta sensibilità (ppm) analisi simultanea ad altre tecniche Ion Beam Analysis che forniscono informazioni complementari misure totalmente non invasive e non distruttive FACILITY D IRRAGGIAMENTO A BASSA ENERGIA (Iniettore TOP IMPLART) Energia: 3 7 MeV Corrente: na scale Regime Impulsato (durata: 10 sec; frequenza ripetizione: fino a 50Hz) Movimentazione campione Rivelatore RX: Silicon Drift Detector (Amptek SDD) TEST CON FASCIO AD ALTA ENERGIA (Acceleratore TOP IMPLART) Energia: fino a 35 MeV Corrente: na scale Regime Impulsato (durata 4 msec; freq.ripetizione fino a 15Hz) Collaborazione con INFN Laboratorio di Tecniche Nucleari per i Beni Culturali (LABEC, Firenze), confronto PIXE (non distruttiva) con LIBS (microdistruttiva) Laboratorio FSN TECFIS APAM Dr. Luigi Picardi

15 5.4 Sistema di algoritmi per estrazione automatizzata di caratteristiche importanti per il restauro Foto della Cartapesta del Sansovino con evidenziata l area di cui sono presentate le analisi Immagine RGB in falsi colori (a destra) da immagini in fluorescenza a 446 (carta), 380 (bianco zinco) e 300 (Paraloid) nm rispettivamente (a sinistra). Merging fra dati di fluorescenza e di riflettanza Analisi PCA sono state individuate2bandesignificativea300 nm e 446 nm e 2 bande di minore intensità a 380 nm e 580 nm (come si nota dalla figura nel grafico riportato a destra)

16 5.4 Sistema di algoritmi per estrazione automatizzata di caratteristiche importanti per il restauro Merging fra dati di fluorescenza e strutturali RGB ITR Immagine 3D a colori acquisita con RGB ITR a cui sono stati sovrapposti i dati a falsi colori acquisiti con LIF scanner Cartapesta del Sansovino

17 Disponibilità dei sistemi pronti e dei nuovi prototipi presso il CR Frascati Prototipi già disponibili Sistema a scansione LIF Di punto Di linea Grande area Sistema RGB ITR Sistema LIBS Sistema Raman da portatile I dimostratori saranno realizzati e pronti prima dell estate sia per misure presso il nostro Centro di Frascati e per campagne nel Lazio. Si invitano gli end user a portare campioni di riferimento su cui eseguire test preliminari alle attività in campagna e/o reperti da caratterizzare. Si invitano altresì le PMI interessate all'allestimento dei dimostratori low cost per task specifici a segnalare questa loro esigenza in modo da valutare la possibilità di collaborare in tal senso nell'ambito del progetto. Potranno seguire le attività localmente, dalla sala utenti che stiamo attrezzando, o comodamente in remoto per interventi nella sala allestita o nei laboratori dedicati e collegati in rete. Sala allestita per pulitura laser