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
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
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
Monitorowanie rozwoju mikrouszkodzeń obiektu obiekt nieuszkodzony mikro-uszkodzenie widoczne uszkodzenie czas Cechy systemu pomiarowego: - czułość - możliwość częstego powtarzania pomiarów
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
Kościół w Hedalen Norwegia
System ogrzewania czas [h] temperatura [ 0 C] wilgotność względna [%]
13 15 17 Pomiary termograficzne jednorodny rozkład temperatury powierzchni brak stratyfikacji
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
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]
temperatura [ 0 C] wilgotność względna [%] czas [dni] Energia EA
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
Interferometr Plamkowy (ESPI) Wykrywanie mikropęknięć i odspojeń warstw dekoracyjnych precyzyjne szybkie bezkontaktowe
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)
Wzbudzenie falą dźwiękową ESPI Rejestracja wywołanych falą dźwiękową wibracji powierzchni detekcja odspojeń określenie mechanicznej charakterystyki uszkodzenia śledzenie rozwoju uszkodzeń
Śledzenie rozwoju mikro-uszkodzeń warstwy malarskiej Rozmiar drgającego obszaru amplitude of vibration [nm] Częstotliwośc rezonansowa 0,8 11499 Hz 0,6 11811 Hz 0,4 0,2 0,0 Przestrzenny rozkład amplitudy wibracji 10000 11000 12000 13000 14000 frequency [Hz]
ESPI narzędzie wspierające pracę konserwatora
1 cm Defekty warstwy dekoracyjnej 0.5 cm 0.5 cm
Rozwój defektu warstwy malarskiej wzbudzenie termiczne wzbudzenie akustyczne 19.11.2008 22.04.2009 a b c
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
ŚŚ. Bonawentura, Bernard, Augustyn i Benedykt Około 1500r., tempera na desce, 78x56 cm, parkiet drewniany 1977 r. Muzeum Narodowe w Krakowie
Wzbudzenie termiczne ultrafiolet ESPI
Wzbudzenie akustyczne 11.7 KHz 12.1 KHz 12.5 KHz Charakterystyka uszkodzenia: - częstotliwość własna - wielkość odspojonego obszaru - rozkład amplitudy wibracji
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
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