Nei controlli con liquidi penetranti e con particelle magnetiche, è l'occhio umano a decidere tra un difetto rilevato e un'indicazione mancata. Il fatto che un'indicazione venga vista dipende direttamente dall'irradianza UV-A e dalla quantità di luce bianca presente nella postazione di ispezione.

ISO 3059: misura, strumenti e taratura

La norma ISO 3059 definisce quali valori devono essere rispettati, come vengono misurati e quali requisiti devono soddisfare gli strumenti di misura. Questa pagina tratta la misura e la taratura. Il metodo stesso, le sorgenti UV e i parametri di processo sono trattati nella pagina Controllo con liquidi penetranti fluorescenti e ispezione industriale.

ISO 3059 (recepimento europeo attuale: EN ISO 3059:2012; edizione tedesca DIN EN ISO 3059:2013-03) disciplina il controllo delle condizioni di osservazione per l'ispezione con particelle magnetiche e con liquidi penetranti. Stabilisce i requisiti minimi per l'illuminamento e l'irradianza UV-A e per la loro misurazione, e si applica ovunque l'occhio umano sia il mezzo principale di rilevamento. Non si applica ai sistemi di valutazione automatizzati basati esclusivamente su telecamera, né disciplina le sorgenti di luce blu attinica.

ISO 3059 è un documento trasversale: sia ISO 3452-1 (ispezione con liquidi penetranti) sia ISO 9934-1 (ispezione con particelle magnetiche) vi fanno riferimento. Chiunque effettui un'ispezione secondo uno di questi metodi sta quindi ispezionando anche secondo ISO 3059.

La norma distingue due metodi di valutazione:

• Metodo a contrasto di colore (non fluorescente): è necessaria luce bianca sufficiente per un contrasto affidabile.
• Metodi fluorescenti: è necessaria un'irradianza UV-A sufficiente, combinata con la minor quantità possibile di luce bianca.

Nell'esame con liquidi penetranti, è opportuno evitare la combinazione di un'irradianza UV-A molto elevata e un tempo di esposizione prolungato. Come valore indicativo generale, la norma indica un'irradianza non superiore a circa 5.000 µW/cm² (50 W/m²).

Nella pratica, due aspetti vengono regolarmente trascurati. Il valore di 20 lx è un valore totale: comprende sia la luce residua presente nell'ambiente sia la componente di luce visibile emessa dalla lampada UV-A stessa. Una lampada filtrata in modo inadeguato può esaurire da sola questo margine. Inoltre tutti i valori si applicano sulla superficie in esame – non a una distanza arbitraria sotto la lampada.

Per la sorgente di luce bianca utilizzata con il metodo del contrasto cromatico, la norma specifica inoltre una temperatura di colore di almeno 2.500 K, preferibilmente superiore a 3.300 K.

In funzione del metodo di controllo, sono rilevanti due diverse grandezze.

Illuminamento E_v in lux (lx) descrive l'effetto della radiazione visibile pesata secondo la sensibilità spettrale dell'occhio umano. È richiesto in particolare per il controllo con liquidi penetranti a contrasto di colore e per il controllo magnetico non fluorescente.

Irradianza UV-A E_e in W/m² o µW/cm² descrive la potenza radiante ottica incidente su una superficie. Nel controllo con liquidi penetranti fluorescenti e nel controllo magnetico, l'irradianza UV-A nella regione intorno a 365 nm è la grandezza di eccitazione determinante.

Entrambe le grandezze devono essere determinate direttamente sulla superficie di controllo pertinente e nelle condizioni operative effettive.

La norma ISO 3059 specifica una sorgente UV-A con il massimo di intensità a 365 ± 5 nm. La larghezza di banda spettrale a metà altezza non deve superare i 30 nm. Un LED UV con il massimo a 385 nm o 395 nm non è pertanto conforme alla norma, indipendentemente da quanto elevata sia l'irradianza misurata. Tali sorgenti eccitano i mezzi di controllo fluorescenti in modo meno efficiente, aumentando al contempo la componente di luce visibile.

Di conseguenza, non ogni misuratore UV è idoneo per una valutazione conforme alla norma. Il radiometro UV-A deve possedere una responsività spettrale definita. Un sensore idoneo deve soddisfare, tra l'altro, i seguenti requisiti:

• massimo della responsività spettrale relativa tra 355 e 375 nm
• responsività relativa a 313 nm inferiore al 10 %
• responsività relativa a 405 nm inferiore al 2 %
• limitazione definita della responsività spettrale relativa sull'intero campo di misura

Un sistema di misura idoneo per la ISO 3059 dovrebbe presentare in particolare le seguenti caratteristiche:

• responsività spettrale UV-A definita
• un campo di misura fino ad almeno 5.000 µW/cm²
• buona linearità nell'intero campo di misura rilevante – i punti di verifica sono tipicamente 1.000, 3.000 e 5.000 µW/cm²
• taratura riferibile
• misura dell'illuminamento con adeguata ponderazione fotometrica
• ottica di ingresso a correzione del coseno con valore f₂ dichiarato – senza ottica di ingresso diffusa, la radiazione incidente obliquamente viene sistematicamente sottostimata
• un luxmetro con valore f₁′ dichiarato per la corrispondenza a V(λ): quanto più piccolo è il valore, tanto minore è l'errore sotto luce LED
• risoluzione adeguata nella parte bassa della scala lux – il limite di 20 lx si trova ben al di sotto del campo per cui i luxmetri standard sono progettati; uno strumento con risoluzione di 1 lx non può fornire qui una valutazione significativa
• un'incertezza di misura dichiarata – solo questa consente di giudicare se una lettura appena superiore al limite dimostri effettivamente la conformità

Il modo in cui la responsività spettrale di un sensore influisce sulla lettura è trattato in dettaglio in disallineamento spettrale dei sensori UV; per la valutazione delle letture al limite si veda incertezza di misura nella radiometria UV.

L'Opsytec RMD Pro è un radiometro digitale per la misura dell'irradianza e dell'illuminamento. Diversi sensori tarati possono essere collegati alla stessa unità di visualizzazione e due sensori possono essere letti contemporaneamente. L'identificazione del sensore e i dati di taratura sono memorizzati nel sensore stesso.

Per le attività di misura secondo la norma ISO 3059, l'RMD Pro viene combinato con un sensore UV-A adeguatamente specificato e un sensore lux. Entrambe le grandezze di controllo sono così coperte da un unico sistema: l'irradianza UV-A per il monitoraggio dell'ispezione a fluorescenza e l'illuminamento per il monitoraggio della luce ambientale visibile, così come per il controllo con liquidi penetranti a contrasto di colore e per l'esame magnetoscopico non fluorescente.

Poiché entrambi i sensori vengono letti contemporaneamente, le letture vengono effettuate nello stesso punto e nello stesso stato di funzionamento. Ciò evita un errore comune: misurare UV-A e luce bianca in sequenza in condizioni leggermente diverse.

Ciò che conta per una misura conforme alla norma non è l'unità di visualizzazione da sola, ma le caratteristiche spettrali, il campo di misura e lo stato di taratura valido del sensore utilizzato.

La norma ISO 3059 richiede la misurazione nelle condizioni di lavoro effettive. La posizione del sensore deve pertanto corrispondere alla posizione della superficie che verrà successivamente valutata – nel punto di controllo effettivo e alla distanza di lavoro prevista. I metodi ASTM specificano inoltre una distanza di misurazione di 380 mm.

1. Lasciate stabilizzare la lampada. Le fonti luminose non raggiungono immediatamente uno stato stabile. Con le lampade a vapori di mercurio, attendete almeno 10 minuti dopo l'accensione prima di effettuare la misurazione.
2. Orientate il sensore perpendicolarmente alla direzione di irraggiamento. Un'inclinazione riduce sensibilmente la lettura; un sensore senza correzione del coseno la distorce ulteriormente.
3. Individuate il massimo e definite il punto di misurazione. Le lampade UV-A presentano una distribuzione spaziale pronunciata. Solo un punto di misurazione documentato rende la misurazione riproducibile.
4. Determinate il campo utilizzabile. Registrate l'area in cui viene mantenuto il valore richiesto di 1.000 µW/cm² – questa è l'area di controllo effettivamente utilizzabile.
5. Valutate la luce bianca separatamente. La lettura del luxmetro non deve essere influenzata dalla radiazione UV-A; solo così si può dimostrare in modo affidabile la luce bianca residua consentita.
6. Controllate le lampade portatili a batteria verso la fine del loro periodo di funzionamento, non solo quando sono completamente cariche.
7. Documentate. Nella registrazione devono figurare la lettura, la data, lo strumento con relativo stato di taratura e la postazione di controllo.

La norma ISO 3059 disciplina la misurazione stessa; la frequenza con cui vengono eseguite le misurazioni deriva dalla norma di metodo, dalla specifica del cliente e dalla procedura scritta interna. Nel settore aerospaziale (Nadcap, EN 4179 / NAS 410, SAE AMS 2647, specifiche OEM), i requisiti sono spesso più severi rispetto ai requisiti minimi della norma – in particolare limiti superiori aggiuntivi per l'irradianza UV-A e intervalli più brevi.

Le condizioni di osservazione non sono solo una questione di attrezzatura. Prima dell'inizio dell'ispezione occorre consentire l'adattamento al buio dell'occhio – la norma ISO 3059 prevede un minimo di un minuto. Non devono essere indossate lenti fotocromatiche, poiché si scuriscono sotto i raggi UV-A e compromettono la visibilità delle indicazioni. Le componenti UV-B e UV-C devono essere efficacemente filtrate alla sorgente di radiazione.

Con il metodo del contrasto cromatico, l'illuminamento viene determinato mediante un luxmetro la cui ponderazione spettrale corrisponde alla sensibilità fotopica dell'occhio. L'illuminazione della superficie di prova deve essere uniforme; sono da evitare abbagliamenti e riflessi.

La taratura regolare è un elemento centrale della norma ISO 3059. Il campo di lavoro dei misuratori di irradianza UV-A e dei luxmetri deve essere tarato agli intervalli raccomandati dal produttore; tale periodo non deve superare i dodici mesi. Rispetto all'edizione precedente della norma, questo intervallo di verifica è stato esplicitamente ridotto a dodici mesi.

Per la misurazione UV-A, la norma impone requisiti aggiuntivi:

• taratura mediante radiazione a banda stretta a 365 nm
• riferibilità metrologica a standard nazionali, europei o internazionali
• taratura del campo di lavoro rilevante, in più punti piuttosto che in un unico punto – per applicazioni NDT tipicamente da circa 100 a 10.000 µW/cm²
• documentazione mediante un certificato di taratura
• un'incertezza di misura indicata nel certificato di taratura – senza di essa la prova è incompleta: con una lettura di 1.020 µW/cm² e un'incertezza di ± 8 %, la conformità a 1.000 µW/cm² non è dimostrata
• nuova taratura dopo un danno o interventi di manutenzione rilevanti, così come in caso di letture non plausibili, di una deviazione significativa rispetto a uno strumento di confronto, o di uno stoccaggio prolungato fuori dalle condizioni specificate

Quando un sistema di misura è costituito da un sensore staccabile e un'unità di visualizzazione separata, la taratura deve coprire l'intera catena di misura del sensore e dell'unità di visualizzazione. Per la definizione dell'intervallo nella propria azienda, vedere intervallo di taratura per i misuratori UV.

La norma ISO 3059 richiede una taratura riferibile e la relativa documentazione, ma non richiede di principio un laboratorio accreditato secondo ISO/IEC 17025. Una taratura accreditata fornisce tuttavia un'evidenza di competenza più ampia e un'incertezza di misura valutata all'interno del campo di accreditamento; per i laboratori di prova a loro volta accreditati, è la via riconosciuta.

Opsytec Dr. Gröbel gestisce un proprio laboratorio di taratura per radiometri UV e sensori UV. Oltre alle tarature del produttore, sono disponibili tarature accreditate secondo ISO/IEC 17025 per grandezze e strumenti idonei – sia per gli strumenti Opsytec che per numerosi radiometri UV idonei di altri produttori.

Un radiometro UV valuta sempre uno spettro in base alla propria risposta spettrale. Due sensori possono quindi indicare valori diversi per la stessa fonte di radiazione, anche se entrambi funzionano correttamente.

Per la ISO 3059, la misurazione UV-A è deliberatamente allineata allo spettro utilizzato nell'ispezione fluorescente. Per questo motivo la norma richiede una radiazione a banda stretta a 365 nm per la taratura del radiometro UV-A – la riferibilità metrologica viene così stabilita direttamente alla lunghezza d'onda che governa l'ispezione.

Ciò è particolarmente rilevante nel passaggio dalle classiche lampade a vapori di mercurio alle lampade di ispezione UV LED: spettri delle fonti differenti portano a spectral mismatch nei radiometri a banda larga. Una taratura specifica per l'applicazione riduce questa influenza.

Una singola misurazione di accettazione non è sufficiente a garantire condizioni di ispezione riproducibili nel tempo. L'irradianza UV-A può cambiare a causa dell'invecchiamento della lampada UV o del LED UV, della contaminazione di filtri e schermi protettivi, di modifiche ai riflettori, del guasto di singoli LED, di una variazione della distanza di lavoro, di modifiche meccaniche alla posizione della lampada e di variazioni di temperatura.

Lo stesso vale per lo strumento di misura: la contaminazione o la graffiatura del diffusore del sensore riduce la lettura in modo impercettibile e fa apparire difettosa una postazione di ispezione in realtà intatta.

Oltre alla taratura annuale dello strumento, è quindi consigliabile un monitoraggio regolare interno delle effettive condizioni di ispezione. Le misurazioni devono sempre essere effettuate e documentate in punti di riferimento definiti. Sulle aree di ispezione più grandi è necessario rilevare più posizioni per valutare anche l'uniformità spaziale dell'irradianza.

Una revisione della norma ISO 3059 è attualmente in corso presso l'ISO; la pubblicazione è prevista per il 2026. La motivazione è la diffusione delle lampade di ispezione UV LED. I punti focali annunciati sono requisiti più precisi per la lunghezza d'onda di picco intorno a 365 nm, limiti definiti in modo restrittivo per la larghezza di banda spettrale a metà altezza, requisiti per la stabilità dell'irraggiamento durante il periodo di funzionamento, requisiti per il monitoraggio delle lampade UV LED alimentate a batteria, distanze di lavoro minime definite e regole che escludono gli UV LED pulsati e quelli azionati con un ripple significativo.

Per la tecnica di misura ciò significa che, oltre alla sola irradianza, la caratterizzazione spettrale della sorgente di radiazione sta assumendo maggiore importanza. Chi investe oggi dovrebbe verificare se la lunghezza d'onda di picco e la larghezza di banda spettrale delle lampade in uso possano essere dimostrate in modo attendibile.

Quale irradianza UV-A richiede la norma ISO 3059?

Per l'ispezione fluorescente effettiva, l'irradianza UV-A sulla superficie di prova deve essere di almeno 10 W/m², ossia 1.000 µW/cm². Allo stesso tempo, l'illuminamento visibile non deve superare 20 lx.

Quale lunghezza d'onda viene utilizzata per l'ispezione fluorescente?

La norma ISO 3059 specifica una sorgente UV-A con il massimo di intensità a 365 ± 5 nm.

Un LED UV a 395 nm soddisfa la norma se l'irradianza è sufficientemente elevata?

No. La norma richiede un massimo di intensità a 365 ± 5 nm. Un'irradianza più elevata non compensa la lunghezza d'onda errata.

Con quale frequenza deve essere tarato un misuratore UV-A?

L'intervallo di taratura segue in primo luogo le indicazioni del produttore, ma non deve superare i dodici mesi. È necessaria una nuova taratura dopo danni o interventi di manutenzione rilevanti.

La taratura deve essere eseguita a 365 nm?

Sì. Secondo la norma ISO 3059, il misuratore di irradianza UV-A deve essere tarato utilizzando radiazione a banda stretta a 365 nm.

È sufficiente un misuratore UV-A generico?

Non necessariamente. La norma ISO 3059 stabilisce requisiti specifici per la risposta spettrale del radiometro UV-A. Un sensore UV-A generico può essere adatto ad altre applicazioni senza soddisfare la pesatura spettrale richiesta per l'ispezione fluorescente.

Perché è necessario misurare anche l'illuminamento?

Nei metodi fluorescenti, la luce ambientale visibile riduce il contrasto tra l'indicazione fluorescente e lo sfondo. La norma limita quindi l'illuminamento durante l'ispezione a un massimo di 20 lx. Con i metodi a contrasto cromatico, invece, è richiesta un'adeguata illuminazione con luce bianca.

La norma ISO 3059 si applica anche ai sistemi automatizzati con telecamera?

No. La norma si applica quando l'occhio umano è il mezzo primario di rilevamento.

Una taratura accreditata ISO 17025 è obbligatoria secondo la norma ISO 3059?

No. È richiesta una taratura riferibile; una taratura accreditata ISO 17025 ne costituisce la prova riconosciuta ed è consuetudine nei laboratori di prova accreditati.

Quando sarà pubblicata la nuova edizione della norma?

La revisione è in corso presso l'ISO; la pubblicazione è prevista per il 2026. L'attenzione è rivolta ai requisiti per le lampade UV LED.

• Controllo con liquidi penetranti fluorescenti e ispezione industriale – metodo, sorgenti UV e parametri di processo
• Mismatch spettrale dei sensori UV
• Incertezza di misura nella radiometria UV
• Intervallo di taratura per i misuratori UV
• Laboratorio di taratura di Opsytec Dr. Gröbel