Nedestruktivní metody průzkumu dřevěných prvků. Zkušenosti, vhodnost použití, interpretace, limity

RTG diagnostika

Mezi možné nedestruktivní metody určující míru poškození je možné řadit i ty, které používají zdroj aktivního elektromagnetického ionizujícího záření s vlnovou délkou v intervalu 10⁻⁸ m až 10⁻¹² m. V úvahu přichází systém antén používaných při diagnostice karcinomu prsu [1] nebo aplikace rentgenové diagnostické metody známé v medicínské a veterinární praxi. Při využití rentgenových zařízení nastávají potíže s vyhodnocením objemového poškození detekovaného materiálu. Problém nalezení vhodného diagnostického postupu pro detekování rozsahu poškození konstrukčních prvků byl v posledních letech poměrně významně analyzován. V této souvislosti je hlavní zájem zaměřen na výzkum heterogenních a anizotropních materiálů, mezi které patří i dřevo jako stavební materiál a zároveň druh organické heterogenní hmoty.

a

b

c

Obr. 1a, b, c: Rentgenový přístroj (0,32–100 mAs, 0–40 kV), RTG bezdrátový panel a transportní kufr

Samotná RTG technika využívá obrazové informace zpracované pomocí 2D rovinné transformace. Získaný rentgenový snímek je vyhodnocen ve speciálně navržených programech, jejichž výsledkem je obrazová předloha, deklarující míru poškození dřevěných konstrukčních prvků včetně statistického vyhodnocení výskytu degradovaných částí. Metoda známá z medicínské nebo veterinární praxe je založena na kvalitním RTG snímku diagnostikovaného materiálu a velmi efektivním zpracováním obrazu [2].

RTG zařízení

Rentgenové pracoviště se skládá z rentgenového přístroje, panelu rentgenového záření a řídicí stanice v transportním kufru (obr. 1c), který obsahuje speciální notebook se softwarem pro rychlý náhled RTG snímků, nabíjecí modul pro snímací senzor a WiFi router pro komunikaci s RTG senzorem a pracovní stanicí. Vysokofrekvenční RTG přístroj EcoRay HF 1040 (obr. 1a) má rozsah expozičního napětí 40–100 kV a rozsah efektivních dávek 0,32–50 mAs. Mobilní zařízení o velikosti 344 × 191 × 188 mm funguje komplexně s DDR receptorem obrazu (RTG panel, obr. 1b) pro přímou digitalizaci obrazové předlohy (RTG snímek, obr. 2) [2, 3].

Obr. 2: Ukázka diagnostiky roubení mlýna v Kozlovicích, včetně vyhodnocení poškození v celém objemu dřeva (příklad vyhodnocení v podélném směru)

Zařízení díky své mobilitě nachází uplatnění jak při diagnostice stavu a rozsahu poškození dřevěných prvků konstrukcí, tak i v oblasti diagnostiky předmětů umělecké povahy. Pro potřeby praxe a přesného určení míry poškození vyvinula společnost Thermo Sanace s.r.o. vlastní software (Rentgen segmentation), který provádí spojitou segmentaci obrazové předlohy do pěti různých kategorií podle hustoty dřeva a intenzity RTG snímku (obr. 2) [2]. Příklady využití zařízení dokumentují obr. 3 a 4.

Obr. 3: RTG analýza oltářního obrazu v kostele Nalezení sv. Kříže při kapucínském klášteře v Brně ve spolupráci s Moravskou galerií v Brně

Obr. 4: RTG diagnostika spojení jednotlivých částí dřevěné sochy sv. Jiří s kopím

Digitální mikroskop VHX-5000

Mobilní digitální mikroskop VHX-5000 od firmy Keyence využívá pro získání vysoce kvalitního obrazu vysokorychlostní digitální zobrazovací technologii. Kamera mikroskopu dokáže zachytit velké množství obrazových dat (50 snímků za sekundu) v různých polohách snímkování s různými ohnisky (obr. 5). Díky svým pokročilým funkcím, například vysokému rozlišení HDR, měření v hloubkách (vrstvách) obrazu, skládání obrazové předlohy nebo zvětšení obrazu až 5000×, je mikroskop vhodným nástrojem pro kvalitní screening. Výsledky měření umožňuje technologie ve 2D i 3D s okamžitou dokumentací snímku, včetně možnosti vytvářet pokročilé 2D a 3D analýzy. Rychlý přístup k pokročilým funkcím vytváří z digitální zobrazovací technologie rychlý a mobilní nástroj pro analýzu předmětů sbírkové povahy i pro screening biotické degradace v krovových konstrukcích objektů. Metodické pracoviště společnosti Thermo Sanace s.r.o. využívá mikroskop pro analýzy povrchů historických artefaktů nebo vyhodnocení biotické degradace dřevokazným hmyzem i houbami. Pracoviště přístroj také používá pro analýzy povrchu dřeva i kamene po úpravě suchým ledem, povrchu dřeva po požáru apod. [4]. Příklady využití zařízení dokumentují obr. 6 a 7.

Obr. 5: Digitální mikroskop VHX-5000 a možné laboratorní zkoumání zájmových oblastí povrchu artefaktu

Obr. 6: Ukázka 2D a 3D analýz povrchu zkoumaného materiálu

Obr. 7: Analýza malovaného stropu Rytířského sálu na zámku Nový hrad v Jimlíně

Výpočetní tomografie – CT zařízení

Multidetektorový CT přístroj VCT 64 LightSpeed (obr. 8) má 64 řad (0,625 × 64–40 mm) keramických detektorů s rotační rychlostí 0,35–1 sekunda a tloušťkou řezu 0,625–5 mm [4]. Zkoumaný objekt je uložen na pojízdný stůl a dochází ke snímání zájmových oblastí za současného kontinuálního pohybu objektu CT zařízením. Zdrojem je rentgenové záření, které prochází vyšetřovaným objektem. Na základě různých hustot objektu dochází k částečnému pohlcování záření, které dopadá oslabené na soustavu detektorů na druhé straně. Měření jsou provedena okolo celého obvodu, respektive výšky zkoumaného objektu. Celý soubor měření je podroben filtrovaným zpětným projekcím a adaptivní statistické iterativní rekonstrukci za vzniku tomografického obrazu. Výstupem je obrazová informace v DICOM formátu s možností následné konvergence do jiného formátu, např. JPG, PNG atd. (obr. 8).

Obr. 8: CT přístroj a prostředí programu pro vyhodnocení snímku

Akustická detekce – zařízení Acoustic Pack

V případě napadení dřevěných prvků konstrukcí dřevokazným hmyzem je před vlastním rozhodnutím o postupu a sanační metodě nutné diagnostikovat rozsah poškození, identifikovat porušené části konstrukčních prvků a určit, zda je dřevokazný hmyz ještě v aktivním stadiu svého vývoje. Nedestruktivní nebo případně semidestruktivní přístroje sice poskytují přesnou informaci o stavu posuzované konstrukce, ale nejsou schopny určit, zda jsou larvy dřevokazného hmyzu v aktivním nebo latentním stavu. Znalost aktivity dřevokazného hmyzu v poškozených prvcích konstrukce je pro vlastníky objektů i orgány památkové péče důležitým parametrem při rozhodování a zvolení správné sanační metody. Zařízení Acoustic Pack snímá pomocí senzorů zvukové projevy larev (akustické emise), vytvářené při narušování buněčných stěn elementů dřeva požerem. Získané signály jsou přes napájecí modul posílány do zvukové karty, kde jsou analogová data z jednotlivých senzorů sloučena a digitalizována. Výslednou akustickou a grafickou analýzu umožňují dva programy. V prvním případě jde o komerční software CUBASE ELEMENTS 6 a v druhém o speciálně naprogramovaný software pro automatické vyhodnocení napadených prvků na základě korelace sinusového signálu larev dřevokazného hmyzu se vzory zvuků v databázi. Tímto postupem je možné anulovat vliv nežádoucí akustické emise okolí, vypočítat korelační faktor shody a numericky určit míru napadení konstrukce [5].

Obr. 9: Ukázka akustické detekce aktivity larev v dřevěných prvcích roubení chalupy z Prlova ve Valašském muzeu v přírodě, Rožnov pod Radhoštěm

Závěr

V příspěvku jsou prezentována zařízení pro nedestruktivní průzkum dřeva, dřevěných částí konstrukcí a předmětů sbírkové povahy. Popisovaná zařízení jsou buď využívána v medicínské praxi a transformována do oblasti průzkumu dřeva, nebo jde o zařízení nově vyvinutá pro tyto účely.

V příspěvku je představeno RTG zařízení s DDR receptorem obrazu a možnosti jeho využití. Pro srovnání je uveden i CT výpočetní tomograf, využívající jako zdroj ionizující záření, i když je jeho provoz nákladný a následné zpracování výsledků měření časově náročné. RTG zařízení se ukazuje jako dostupnější varianta s dostačující získanou obrazovou informací. Výsledky měření a analýzy získané pomocí RTG a CT zařízení potvrzují možnosti jejich využití zejména pro restaurátorskou praxi.

Digitální mikroskop VHX-5000 otevírá svou mobilitou a rychlostí zpracování požadovaných analýz nové možnosti pro své využití při zkoumání dřevěných prvků konstrukcí, ale i v restaurátorské praxi při posuzování vlastností a pravosti maleb, měření defektů artefaktů apod.

Jako poslední je uvedeno zařízení Acoustic Pack speciálně vyvinuté pro požadavky posudkové činnosti. Acoustic Pack umožňuje detekci aktivity dřevokazného hmyzu ve dřevě nebo dřevěných konstrukčních prvcích, a tím poskytuje data pro lepší vyhodnocení vhodnosti použití navrhované sanační metody. Jedná se o jediné zařízení v České republice, které dokáže tyto informace získat a interpretovat.

Literatura

1. M. O’HALLORAN, M, M. GLAVIN, AND E. JONES. Channel-Ranked beamformer for the early detection of breast cancer, Progress In Electromagnetics Research, PIER 103, 153{168, 2010, Boston, USA.
2. NASSWETTROVÁ, A., ŠMÍRA, P., KŘIVÁNKOVÁ, S., 2015: RTG detekce míry poškození dřevěných prvků staveb. TZB-info [on-line], 2017 [cit. 16.03.2017]. Dostupné na:
   https://elektro.tzb-info.cz/12684-rtg-detekce-miry-poskozeni-drevenych-prvku-staveb.
3. FIALA, P., FRIEDL, M., CAP, P., KONAS, P., SMIRA, P., NASSWETTROVA, A. Non Destructive Method for Detection Wood-destroying Insects. Progress in Electromagnetics Research Symposium 2014, Guangzhou, 2014. s. 1642–1646. ISBN: 978-1-934142-28-8. ISSN: 1559-9450.
4. GROSSOVÁ, O., NASSWETTROVÁ, A., ŠMÍRA, P., KŘIVÁNKOVÁ, S. Využití nedestruktivních screeningových metod pro průzkum a restaurování uměleckých artefaktů. Zborník príspevkov z konferencie CSTI 2015. Integrácia konzervačnej vedy a technológií do interdisciplinárnej ochrany materiálov a objektov dedičstva. Bratislava, máj 2016, ISBN 978-80-8060-377-9.
5. NASSWETTROVÁ, A., ŠMÍRA, P., KŘIVÁNKOVÁ, S., 2015: Akustická detekce aktivity larev dřevokazného hmyzu zařízením Acoustic Pack. TZB-info [on-line], 2015 [cit. 2015-09-04]. Dostupné na: https://stavba.tzb-info.cz/drevene-konstrukce/12872-akusticka-detekce-aktivity-larev-drevokazneho-hmyzu-zarizenim-acoustic-pack.

Původní verze článku byla otištěna ve Zpravodaji Společnosti pro technologie ochrany památek STOP 1/2020. Pro portál TZB-info upravena s respektováním návrhů recenzenta.