Nowoczesne metody śledzenia rozwoju mikrouszkodzeń

Transkrypt

1 Nowoczesne metody śledzenia rozwoju mikrouszkodzeń badania średniowiecznego ołtarza w kościele w Hedalen w Norwegii oraz malarstwa tablicowego ze zbiorów Muzeum Narodowego w Krakowie Michał Łukomski Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN w Krakowie

2 Mechanizmy zniszczenia Struktura polichromowanego drewna drewno klej grunt malarski farba przyczyna Czynniki niszczące - chemiczne - biologiczne - mechaniczne (środowiskowe) skutek różna odpowiedź metryczna materiałów na bodźce środowiskowe (T, RH) - ubytki materii historycznej - pęknięcia i odspojenia warstwy dekoracyjnej

3 Dozwolone fluktuacje mikroklimatu Modele decyzyjne: 1.Analiza właściwości mechanicznych polichromowanego drewna 2. Analiza klimatu historycznego koncepcja aklimatyzacji 3. Monitorowanie rozwoju mikro-uszkodzeń systemy wczesnego ostrzegania

4 Monitorowanie rozwoju mikrouszkodzeń obiektu obiekt nieuszkodzony mikro-uszkodzenie widoczne uszkodzenie czas Cechy systemu pomiarowego: - czułość - możliwość częstego powtarzania pomiarów

5 Metody pomiarowe Kontrola warunków przechowywania Monitorowanie mikroklimatu ciągły pomiar temperatury i wilgotności względnej powietrza Termografia przestrzenny i czasowy rozkład temperatury powierzchni Pomiar rozwoju mikro-uszkodzeń Emisja Akustyczna ciągły pomiar mikro-pękania struktury materiału Interferometria Plamkowa (ESPI) analiza stanu zachowania obiektu

6 Kościół w Hedalen Norwegia

7 System ogrzewania czas [h] temperatura [ 0 C] wilgotność względna [%]

8 Pomiary termograficzne jednorodny rozkład temperatury powierzchni brak stratyfikacji

9 Monitorowanie rozwoju mikro-uszkodzeń przy użyciu metody Emisji Akustycznej Pomiar fal akustycznych powstających podczas relaksacji naprężeń w materiale Metoda jest: pasywna, nieniszcząca, kontaktowa Czułość metody: pojedynczy sygnał EA: 10µm 2 zasięg czujnika (drewno) 30x15x15 cm

10 Metoda Emisji Akustycznej Amplituda [V] czas [µs] Ciągły pomiar rozwoju uszkodzeń materiału w korelacji ze zmianami warunków mikroklimatycznych Lokalizacji źródła sygnału (w przestrzeni i w czasie) Możliwość efektywnej filtracji środowiskowego szumu Amplituda [a.u.] Częstotliwość [Hz] częstotliwość [Hz] czas [µs]

11

12 temperatura [ 0 C] wilgotność względna [%] czas [dni] Energia EA

13 Metoda emisji Akustycznej w ocenie zagrożenia obiektu Panel: brak nieskorelowanych zadrzeń EA - obiekt nie jest zagrożony Rzeźba: występują nieskorelowane zdarzenia EA obiekt wymaga okresowych kontroli konserwatorskich Trudno jednoznacznie ocenić tempo uszkadzania obiektu - metoda antykorelacji - odległość źródła sygnału od detektora Nie sposób odróżnić uszkodzenia drewna i polichromii

14 Interferometr Plamkowy (ESPI) Wykrywanie mikropęknięć i odspojeń warstw dekoracyjnych precyzyjne szybkie bezkontaktowe

15 Wzbudzenie termiczne ESPI pomiar lokalnych odkształceń wywołanych zmianą rozkładu temperatury powierzchni metoda korelacyjna interferogram - odspojenia, pęknięcia, ubytki warstwy dekoracyjnej - różnice w grubości warstw dekoracyjnych - struktura drewna (sęki, uszkodzenia strukturalne)

16 Wzbudzenie falą dźwiękową ESPI Rejestracja wywołanych falą dźwiękową wibracji powierzchni detekcja odspojeń określenie mechanicznej charakterystyki uszkodzenia śledzenie rozwoju uszkodzeń

17 Śledzenie rozwoju mikro-uszkodzeń warstwy malarskiej Rozmiar drgającego obszaru amplitude of vibration [nm] Częstotliwośc rezonansowa 0, Hz 0, Hz 0,4 0,2 0,0 Przestrzenny rozkład amplitudy wibracji frequency [Hz]

18

19 ESPI narzędzie wspierające pracę konserwatora

20 1 cm Defekty warstwy dekoracyjnej 0.5 cm 0.5 cm

21 Rozwój defektu warstwy malarskiej wzbudzenie termiczne wzbudzenie akustyczne a b c

22 Optyczne metody analizy stanu zachowania powierzchni - wykrywanie odspojeń warstw dekoracyjnych -śledzenie rozwoju uszkodzeń oraz ilościowa ocena stopnia uszkodzenia powierzchni - narzędzie do ilościowej analizy wpływu warunków przechowywania na stan zachowania obiektu

23 ŚŚ. Bonawentura, Bernard, Augustyn i Benedykt Około 1500r., tempera na desce, 78x56 cm, parkiet drewniany 1977 r. Muzeum Narodowe w Krakowie

24 Wzbudzenie termiczne ultrafiolet ESPI

25 Wzbudzenie akustyczne 11.7 KHz 12.1 KHz 12.5 KHz Charakterystyka uszkodzenia: - częstotliwość własna - wielkość odspojonego obszaru - rozkład amplitudy wibracji

26 Wnioski Przenośny Interferometr Plamkowy jest przydatny zarówno do analizy stanu zachowania powierzchni polichromowanych jak również do śledzenia rozwoju mikro-uszkodzeń w laboratorium i we wnętrzach zabytkowych Metoda Emisji Akustycznej pozwala na ciągłe monitorowanie mikro-pękania struktury materiału w korelacji z bodźcami mikroklimatycznymi Obie techniki umożliwiają bezpośredni pomiar wpływu warunków środowiskowych na badany obiekt

27 Wnioski Podejmowanie decyzji o optymalnej ochronie dzieł sztuki wymaga złożonej analizy właściwości samego obiektu oraz środowiska w którym jest on przechowywany Analiza właściwości mechanicznych polichromowanego drewna Analiza klimatu historycznego Monitorowanie rozwoju mikro-uszkodzeń systemy wczesnego ostrzegania