Tomografia industriale CT: come funziona, parametri e norme

Una radiografia dice che nel getto c'è un poro. Quasi mai dice quanto è grande, a che profondità sta e se finirà sulla superficie che l'utensile scoprirà in lavorazione, ed è su questo che si decide se la fusione parte o resta in magazzino. La tomografia industriale computerizzata (CT) serve a chiudere quel vuoto. Da centinaia di proiezioni acquisite intorno al pezzo ricostruisce un volume in cui il difetto ha posizione, forma e dimensioni misurabili, e la geometria interna si confronta direttamente con il CAD.

Un'analisi tomografica, quindi, consegna un volume prima ancora di un'immagine. Lo stesso volume alimenta due mestieri diversi, la ricerca dei difetti e la misura dimensionale, con norme e domande proprie. Entrambi dipendono da come il volume viene costruito, ed è da lì che conviene partire.

Dalle proiezioni al volume: che cosa ricostruisce una tomografia industriale

Una radiografia registra l'attenuazione accumulata lungo ogni raggio che attraversa il pezzo, secondo la legge di Beer-Lambert, e tutto ciò che il raggio incontra si sovrappone sulla stessa immagine. Un poro a due millimetri dalla superficie e uno al centro della sezione lasciano la stessa ombra.

La CT scioglie l'ambiguità facendo ruotare il pezzo, o la coppia sorgente-rivelatore intorno al pezzo, e acquisendo centinaia o migliaia di proiezioni su un giro completo. Un algoritmo di ricostruzione le combina in un volume di voxel, gli elementi di volume in cui ogni valore di grigio rappresenta l'attenuazione locale del materiale. Il metodo più diffuso è la retroproiezione filtrata, nella variante FDK per il fascio conico; gli algoritmi iterativi sono più lenti e reggono meglio il rumore e i dati incompleti. Il risultato resta una misura indiretta, e la ISO 15708-2:2025 lo scrive al paragrafo sui limiti del metodo. Le misure assolute, come la dimensione di una disomogeneità o uno spessore di parete, vanno fondate sul confronto con altri procedimenti di misura. La direttiva delle fonderie tedesche BDG P 203 dice lo stesso e raccomanda la sezione metallografica, che la scansione aiuta a posizionare nel punto giusto.

Il quadro normativo è più recente di quanto molti capitolati facciano pensare. La serie ISO 15708 è stata riemessa per intero fra l'ottobre 2024 e il giugno 2025. La parte 1 raccoglie il vocabolario, la 2 principi, apparecchiature e campioni, la 3 esecuzione e interpretazione, la 4 la qualifica del sistema rispetto al compito di prova. In ambito americano la ASTM E1441, riapprovata nel 2026, è la guida generale al metodo. Per chi ha in contratto le edizioni del 2017 o del 2019 la riemissione non cambia il modo di lavorare; cambia la riga della citazione, che oggi rimanda a testi ritirati.

Fascio conico o a ventaglio: due architetture, due pratiche d'esame

Il sistema a fascio conico (cone-beam) abbina un fascio a cono a un rivelatore a pannello piatto e acquisisce l'intero volume in una rotazione. È veloce ed è l'architettura di quasi tutti i sistemi da laboratorio e da reparto; paga la velocità con più radiazione diffusa e con gli artefatti tipici degli angoli di cono elevati. La sua pratica d'esame è la ASTM E3375, pubblicata nel 2023.

Il sistema a ventaglio (fan-beam) collima il fascio su un rivelatore lineare e ricostruisce una fetta alla volta. È più lento, ma la collimazione lo rende molto meno sensibile alla diffusione, e per questo resta preferito alle alte energie e sui pezzi massicci. La ASTM E1570 riguarda proprio questa geometria, per cui un capitolato per un tomografo a pannello che richiama soltanto la E1570 cita la pratica di un'altra architettura.

Dal lato della sorgente conta la dimensione della macchia focale. I tubi minifocus servono getti e componenti grandi, i microfocus, con macchie di pochi micrometri, i dettagli fini a forte ingrandimento, i nanofocus scendono sotto il micrometro per microelettronica e ricerca sui materiali. Per i componenti più massicci si passa agli acceleratori lineari, con energie nell'ordine dei megaelettronvolt.

Voxel, macchia focale ed energia: la risoluzione si decide sul pezzo

Il voxel nasce dalla geometria. La BDG P 203 ne riporta la formula: dimensione del pixel del rivelatore moltiplicata per il rapporto fra distanza sorgente-oggetto e distanza sorgente-rivelatore. Avvicinare il pezzo alla sorgente lo ingrandisce sul rivelatore e rimpicciolisce il voxel, finché il pezzo resta tutto nel campo inquadrato. Con il pezzo inquadrato per intero il voxel vale quindi all'incirca la sua larghezza divisa per i pixel del rivelatore, e sulla stessa macchina un pezzo grande non avrà mai il voxel di uno piccolo.

Il voxel però è una griglia, e la griglia da sola non dice che cosa si vedrà. La stessa direttiva fissa il minimo teorico: in condizioni ideali un dettaglio si riconosce da due o tre voxel per lato. Per una rilevazione affidabile ne servono di più. Su getti in lega di alluminio, Yosifov e colleghi (NDT&E International, 2026) hanno misurato la dimensione rilevata con il 90% di probabilità e il 95% di confidenza. Con voxel da 20 µm è risultata di 100 µm, cioè cinque voxel, mentre con voxel da 35 µm è salita a 235 µm, quasi sette. Da qui la regola che usiamo in tutti i nostri approfondimenti sulla CT. Per garantire un difetto si divide la sua dimensione per cinque, o per sette se il voxel è grosso, e si ottiene il voxel massimo da scrivere in capitolato. Il conto svolto su un carter pressofuso è nell'articolo sulla porosità nelle fusioni e pressofusioni.

Ad alto ingrandimento il limite passa alla macchia focale, perché la penombra geometrica cresce con la macchia moltiplicata per l'ingrandimento meno uno. Un voxel da 5 µm con una macchia da 30 µm non mostra dettagli da 5 µm. Le macchie piccole sopportano poca potenza, mentre per attraversare il materiale in tempi ragionevoli servono potenza ed energia adeguate. La ISO 15708-2:2025 chiede che a ogni angolo di proiezione attraversi il campione almeno il 10% della radiazione. I coefficienti di attenuazione del database NIST XCOM permettono di stimare in anticipo se un materiale, a un certo spessore, ci arriva. Si va dai 225 kV, sufficienti per polimeri e leghe leggere, agli acceleratori per gli acciai massicci. Un filtro di rame o di stagno sulla finestra del tubo indurisce lo spettro e attenua gli artefatti, a spese dell'intensità, che va recuperata con più corrente o più tempo.

Artefatti: che cosa sporca il volume e come lo si contiene

Il più noto è l'indurimento del fascio (beam hardening). Lo spettro di un tubo contiene molte energie, quelle basse vengono assorbite per prime e il fascio esce dal materiale più duro di come è entrato. Nel volume compaiono così bordi più chiari, un cuore apparentemente più scuro (l'effetto detto cupping) e strie fra le zone dense. Lo si attenua con la filtrazione, con correzioni software di linearizzazione e, nei casi difficili, con l'acquisizione a doppia energia.

La radiazione diffusa agisce in modo meno visibile. Riduce il contrasto e falsa i valori di grigio, soprattutto nei sistemi a cono su materiali densi, e si contiene allontanando il pezzo dal rivelatore, con collimatori, con correzioni software o passando alla geometria a ventaglio. Gli anelli concentrici (ring artifacts) vengono da pixel del rivelatore con risposta non uniforme, e si trattano con la calibrazione di campo piatto e con piccoli spostamenti del rivelatore durante l'acquisizione. Lontano dal piano centrale della geometria a cono la ricostruzione FDK è un'approssimazione, e si rimedia limitando l'angolo di cono, con traiettorie elicoidali o con algoritmi iterativi. Inserti molto densi e pezzi più larghi del campo inquadrato generano infine strie e valori errati, che si gestiscono con l'orientamento del pezzo e con energie più alte.

Nessuna di queste contromisure elimina l'artefatto, al massimo lo porta sotto controllo. La ISO 15708-2:2025 lo mette fra i limiti del metodo e chiede all'operatore di saper riconoscere gli artefatti comuni. Per chi compra una scansione la conseguenza è pratica, perché la qualità ottenibile si valuta sul pezzo reale e non su un campione dimostrativo scelto per riuscire bene.

Porosità, quote interne, assiemi: che cosa si ricava da un'analisi tomografica

L'applicazione che più spesso giustifica una tomografia è la porosità dei getti, in pressocolata di alluminio prima di tutto, e dei componenti in manifattura additiva. Di ogni poro il volume restituisce dimensione, posizione e distanza dalla superficie che verrà lavorata, e la percentuale si calcola per zona funzionale. Nessuna norma stabilisce però quanta porosità sia accettabile, perché il limite lo scrive chi firma il disegno, come spiega l'articolo sulla porosità di fusioni e pressofusioni in tomografia. E se il capitolato non fissa il modo di contarla, due laboratori possono restituire numeri diversi sullo stesso getto, il caso raccontato in porosità in tomografia: stesso getto, due numeri diversi.

Accanto alla difettologia c'è la misura dimensionale. Dalla superficie estratta dal volume si confronta il pezzo con il CAD in una mappa a colori e si misurano quote e tolleranze anche su canali e cavità che nessun tastatore raggiunge. L'accuratezza va però dimostrata. Le prove di accettazione dei sistemi CT come macchine di misura passano oggi dalla linea guida VDI/VDE 2630 foglio 1.3, perché la ISO 10360-11 dedicata a questi sistemi è ancora un progetto di norma. L'incertezza della singola quota si determina invece caso per caso con il foglio 2.1. Il tema è sviluppato nell'approfondimento sulla metrologia CT delle geometrie interne.

Quando il disegno manca, lo stesso volume diventa una mesh STL, ed è la base del reverse engineering con la tomografia CT. Sugli assiemi montati mostra posizione di guarnizioni, clip, connettori e incollaggi senza smontare niente. Su polimeri e compositi rivela vuoti, orientamento delle fibre e deformazioni rispetto allo stampo, con i limiti descritti nell'articolo sulla tomografia di componenti in plastica e compositi. Nell'elettronica i sistemi microfocus e nanofocus cercano vuoti nelle saldature dei componenti a sfere e difetti nei collegamenti a filo. La rassegna di De Chiffre e colleghi sui CIRP Annals (2014) documenta questi impieghi su casi che vanno dalla meccanica ai materiali disomogenei.

CT, radiografia 2D o ultrasuoni: la tabella per scegliere

Le tre tecniche rispondono a domande diverse, e la tabella va letta riga per riga, partendo dall'informazione che serve.

Quando il controllo deve stare nel tempo ciclo di una linea, la risposta è spesso la radioscopia industriale; il confronto fra metodi radiografici e ultrasonori è nell'approfondimento su radiografia industriale e ultrasuoni.

La scheda tecnica descrive la macchina senza il tuo pezzo nel fascio

Gli errori che si fanno comprando un sistema di tomografia, o una campagna di scansioni, sembrano sei e sono uno solo: si giudica la macchina a vuoto. La risoluzione di una scheda tecnica è misurata su un campione piccolo, scelto dal costruttore, al massimo ingrandimento. Quella che conta si ottiene con il pezzo vero nel fascio, ed è peggiore. Lo scrive la BDG P 203, per la quale dichiarare la dimensione del voxel non prova la risoluzione raggiunta, che va verificata con un corpo di riferimento appoggiato al pezzo, allo spessore di parete che interessa. Lo conferma, dal lato opposto, il metodo di prova americano ASTM E1695, che misura risoluzione spaziale e sensibilità di contrasto su un cilindro di materiale uniforme. Nel proprio campo di applicazione, però, la norma avverte di non servire a prevedere se un difetto specifico, in un'applicazione specifica, verrà rilevato.

Dalla stessa radice vengono gli altri. L'energia si sbaglia perché la si dimensiona sul pezzo tipico di oggi, e basta un getto più spesso nel mix dell'anno prossimo per scendere sotto il 10% di trasmissione. La misura dimensionale si sbaglia perché l'errore massimo ammesso dichiarato in offerta appartiene alla macchina, non al compito. L'incertezza di una quota precisa, su quel materiale, si determina con la procedura della VDI/VDE 2630 foglio 2.1:2015-06, cioè con misure ripetute su un pezzo tarato. Il tempo ciclo si sbaglia perché in dimostrazione si cronometra la scansione, mentre ricostruzione e analisi spesso durano di più. Software, formazione e assistenza escono dal confronto fra le offerte per lo stesso motivo, perché nella scheda tecnica non ci sono.

Il rimedio costa una spedizione. Manda al fornitore tre pezzi tuoi, il più spesso, il più complesso e uno che un cliente ti ha già contestato. Indietro chiedi più delle immagini: il voxel usato, la risoluzione misurata sul pezzo e tre tempi separati per scansione, ricostruzione e analisi. Un fornitore che accetta la prova sta già dicendo qualcosa, e lo dice anche quello che la rifiuta. Se poi convenga acquistare il sistema o restare al servizio esterno è un conto diverso, con i suoi numeri, sviluppato nell'articolo su tomografia CT industriale: acquisto o servizio esterno.

Cosa inviarci per una valutazione

Per dirti quale voxel è raggiungibile e come impostare la scansione bastano pochi dati, purché precisi:

• disegno o modello CAD del pezzo, con ingombro e peso;
• materiale o lega e spessore massimo da attraversare;
• obiettivo: ricerca di difetti, misura dimensionale, reverse engineering o verifica di un assieme;
• dettaglio minimo da rilevare, per esempio il diametro del poro, oppure quote e tolleranze da verificare;
• criterio di accettazione o specifica del cliente, se esiste;
• numero di pezzi, frequenza e tempo di risposta che ti serve;
• eventuale referto CT già ricevuto, se vuoi confrontarlo.

Puoi inviarli via email a info@dipitech.com o su WhatsApp, allegando disegni o foto.

Una tomografia industriale si giudica dal verdetto che dà sul tuo pezzo, e quel verdetto dipende da voxel, energia e modo di contare scelti prima della scansione. Se stai valutando un'analisi CT su un getto, una quota interna o un assieme, il passo successivo è una scansione su un pezzo reale. Il servizio di tomografia industriale conto terzi serve proprio a questo, mentre i sistemi CT industriali su misura diventano un tema quando le scansioni si ripetono ogni settimana. Configurazioni e campi d'impiego sono raccolti nella pagina sulla tomografia computerizzata industriale.