Accuracy of geometrical measurements using computed tomography

Allo stato dell’arte, negli ultimi anni la tomografia computerizzata a raggi x (TC) si sta rivelando una tecnologia molto promettente nell’ambito della metrologia dimensionale, soprattutto perché, rispetto ai sistemi di misura tradizionali (tattili e ottici), essa presenta diversi vantaggi tra i quali la possibilità di controllare geometricamente parti interne di componenti senza doverli scomporre o distruggere, di verificare contemporaneamente la qualità dimensionale e dei materiali, di ricostruire tridimensionalmente gli oggetti con nuvole di punti ad alta densità in un tempo relativamente breve. Grazie a questi vantaggi, quindi, la tomografia computerizzata si è rivelata una tecnica di misura non a contatto molto interessante e molti produttori di sistemi TC e centri di ricerca stanno investendo nello sviluppo e nello studio di sistemi di tomografia a raggi x metrologici sia per uso industriale che nell’ambito di ricerca. Tuttavia, sono presenti alcuni limiti legati a problemi di riferibilità della misura e di stima dell’incertezza del processo di misurazione. L’obiettivo principale di questo lavoro di dottorato vuole quindi essere un contributo allo sviluppo di metodi e relativi campioni tarati per la verifica delle prestazioni di sistemi TC. La prima parte della tesi di dottorato è dedicata allo studio dello stato dell’arte dei sistemi di tomografia computerizzata, partendo dalle prime applicazioni a livello medicale per approdare agli ultimi promettenti utilizzi nel campo della metrologia dimensionale. In seguito è presentata una seconda parte dello studio dello stato dell’arte e alla verifica delle prestazioni dei sistemi TC, con particolare attenzione alle applicazioni metrologico dimensionali. In particolare sono presentate le proposte di verifica di prestazione di alcune norme nazionali e internazionali e delle proposte sperimentali di centri di ricerca e università. L’analisi dello stato dell’arte ha portato allo sviluppo di nuove procedure e di nuovi campioni tarati presso il Laboratorio di metrologia industriale e geometrica dell’Università di Padova. In particolare sono descritti i campioni “Pan Flute Gauge” e “CT Tetrahedron”. In una terza parte, viene riportato il lavoro relativo a un ulteriore campione “PTB Tetrahedron” sviluppatosi nell’ambito di un’esperienza di quattro mesi presso il centro metrologico tedesco PTB a Braunschweig (Physikalisch-Technische Bundesanstalt). Inoltre, come descritto nella prima parte del lavoro, i sistemi TC non sono ancora universalmente accettati come strumenti di misura di riferimento metrologico. Per questo motivo, un confronto interlaboratorio è stato ritenuto indispensabile per stabilire lo stato dei sistemi metrologici TC internazionale. L’Università di Padova ha quindi organizzato il primo interconfronto internazionale tra laboratori che utilizzano sistemi di tomografia computerizzata per misure metrologico dimensionale (Progetto CT Audit). Un esauriente estratto del rapporto ufficiale del progetto è presentato nel lavoro di dottorato. Infine, sono descritti gli studi preliminari riguardanti la risoluzione metrologica strutturale. Essa è una caratteristica metrologica importante dei sistemi TC, anche se non è ancora chiaramente descritta in termini di definizione e di verifica con appositi test. La bozza di lavoro ISO 10360-11 definisce la risoluzione metrologica strutturale come “la misura della più piccola struttura che può essere valutata dimensionalmente”. Partendo da questa definizione, è stato creato un campione, denominato “Hourglass”, per la valutazione della risoluzione strutturale e sono presentati i primi risultati raggiunti.