"Non-Destructive Inspection - Tomographic Inspection of a UAS-Wing Structure" on Compositi Magazine

1. Non-Destructive Inspection
Tomographic Inspection of a UAS-Wing Structure
of the process itself; only at the end of
the process, by means of appropriate
checks and tests, can be established
whether the process has been succes-
sfully performed;
• a process that needs specific validation
(in order to ensure its compliance with
the requirements);
• a process whose deficiencies, if not
identified by the controls/tests forese-
en by the process itself, may emerge at
the stage of use of the finished product.
The effects of a production process that
has not been developed are typically defi-
ned as defects, including:
• voids/porosity and/or poor compaction
(air not leaked from the laminate);
• inclusions/contamination;
• fibres or matrix cracking;
• delamination or disbonding;
• fibres misalignment and wrinkles;
• low degree of polymerisation;
• uneven thickness in laminate.
It is widespread and consolidated practi-
ce, for the development and quality con-
trol of the production processes of com-
posite components, the use of NDI (Non
Destructive Inspection) in order to identify
such defects and to characterise them and
finally decide their acceptability.
As mentioned above the NDI non-de-
structive inspection techniques apply for
two different purposes:
• in the production phase, for the deve-
lopment of the production process, the
monitoring of the production process
and the acceptance of the componen-
ts produced;
• in the framework of inspections “on
vice”, to monitor/ascertain the degra-
The use of UAS (Unmanned Aerial Sy-
stems) is a subject of undisputed relevan-
ce and ranges from small systems for the
most diverse applications, to complex sy-
stems completely similar (for shape and
size) to aeroplanes with crew. It is equal-
ly common to use composite materials for
the manufacturing of primary structures, in
order to maximise the containment of wei-
ghts and the optimisation of performance,
it goes without saying that the process of
transformation of such materials from their
semi-finished form (raw materials) to fini-
shed component is one of the most criti-
cal and interesting aspects to analyse, in
fact in aeronautics is considered Special,
which in other words is:
• a process the outcome of which, in ter-
ms of product control, cannot be fully
ascertained during the implementation
L’utilizzo di UAS (Unmanned Aerial Sy-
stems) è una realtà sempre più attuale e
spazia da sistemi di piccole dimensioni per
le applicazioni più disparate a sistemi com-
plessi del tutto simili (per forma e dimen-
sioni) a velivoli dotati di equipaggio.
Nella produzione degli UAS è ormai diffu-
so l’uso di materiali compositi per la realiz-
zazione di strutture primarie, al fine di mas-
simizzare il contenimento dei pesi e l’otti-
mizzazione delle performance.
Il processo di trasformazione di tali mate-
riali da semilavorato (raw materials) a com-
ponente finito è uno degli aspetti più critici
e interessanti da analizzare, e in aeronauti-
ca è considerato Speciale.
In pratica, si tratta di:
• un processo il cui esito, in termini di
controllo del prodotto, non può esse-
re completamente accertato durante
l’implementazione del processo stes-
so; solo in fase terminale e a prodot-
to completato, con appropriati control-
li e collaudi, si può stabilire se il proces-
so sia stato effettuato con successo;
• un processo che necessita di specifica
validazione (per assicurarne la confor-
mità ai requisiti);
• un processo le cui carenze, se non indi-
viduate dai controlli/collaudi previsti dal
processo stesso, possono emergere in
fase di utilizzazione del prodotto finito.
Gli effetti di un processo tecnologico pro-
duttivo non messo a punto vengono tipi-
camente definiti difetti, tra cui:
• vuoti/porosità e/o scarsa compattazio-
ne (aria non fuoriuscita dal laminato);
• inclusioni/contaminazioni;
• rotture di fibre o di matrice;
• delaminazioni o scollamenti;
• disallineamento delle fibre e grinze;
• insufficiente grado di polimerizzazione;
• disuniformità di spessore nel laminato.
Per la messa a punto e il controllo di qua-
lità dei processi produttivi di componenti
in composito, si impiegano NDI (Non De-
structive Inspection) per identificare tali di-
fetti e caratterizzarli, così da poterne deci-
dere l’accettabilità.
Le tecniche di ispezione non distruttiva
NDI si applicano con due finalità differenti:
• durante la fase produttiva, per la messa
a punto del processo produttivo, il suo
monitoraggio e l’accettazione dei com-
ponenti prodotti;
• nell’ambito delle ispezioni “on service”,
per monitorare/accertare il degrado su-
bito dai componenti in condizioni di lavo-
ro, verificarne eventuali danneggiamen-
ti post-incidente, e/o validarne la corret-
ta riparazione.
Le tecniche NDI nell’ambito dei proces-
Ispezioni Non Distruttive
Scansione tomografica di una struttura alare UAS

2. mographic one until today would be exclu-
ded, despite its excellent ability to detect
different types of defects within structures
and to identify sub-millimetric discontinu-
ities. The cause of the exclusion is due to
the construction characteristics of the typi-
cal CT instruments that are generally made
with a suitably shielded box structure in-
side which are placed an X-ray generator
opposed to a sensor (detector) and in the
middle a rotating plate on which the com-
ponent to be inspected is placed. Such po-
sitioning and the fact of rotating the object
impose limits on its shape and size. The
CT systems commonly used allow to scan
objects of volume inscribed in a cylinder of
about diam = 600 mm and l = 1 mt. Of
course, the most common primary structu-
res in the aeronautical sector are elongated
in shape and far exceed the metre of len-
gth. So how can we fully benefit from the
potential of the tomographic survey by ap-
plying it to real aeronautical structures (and
not sampling of a few decimetres)?
A valid solution has been designed by VE-
TORIX technicians and is identified with
STG-1. This system was designed with an
innovative configuration that allows for the
inspection of elongated structures of seve-
ral meters, without being rotated. Although
with a more complicated mechanics and
acquisition system, the “gantry” configu-
ration which sees X-ray generator and sen-
sor opposite rotating around the object to
be inspected, guarantees remarkable scan-
ning opportunities. This kind of architectu-
re is effectively solving the problem of the
limitations posed by standard CT systems
(closed-box) giving the possibility to take
advantage of the benefits of tomographic
scans also to sectors, such as aeronauti-
cs, often characterised by large structures.
Another common requirement to various
sectors of the industry are the timing of
analysis and the usability of data. The ra-
cing world in particular needs very fast
component lead times and test results
must be available with the same imme-
diacy. To meet this requirement too, the
hardware structure of the STG-1 and the
post-processing phase have been calibra-
ted to be as efficient as possible and can
ensure responsiveness in a few hours, in
some cases minutes, since the end of the
si produttivi e della diagnostica struttu-
rale “on service” consentono di avere in-
formazioni sui difetti/danni interni ai com-
ponenti che potrebbero influenzarne tan-
to il comportamento a breve termine (re-
sistenza, elasticità ecc.) quanto il compor-
tamento a lungo termine (vita a fatica, re-
sistenza all’ambiente, meccanica della frat-
tura ecc.).
In base al panorama tecnologico disponi-
bile, si stabilisce il/i tipo/i di tecnica/tecni-
che da impiegare. La scelta è subordina-
ta a considerazioni inerenti le geometrie/
dimensioni dei componenti da ispeziona-
re, i materiali e i processi produttivi impie-
gati nella loro realizzazione, la tipologia dei
difetti/danni attesi e a valutazioni su tempi
e costi associati a tali pratiche.
Secondo questi criteri di scelta, la tecni-
ca tomografica verrebbe esclusa a priori,
a dispetto della sua eccellente capacità di
rilevare differenti tipologie di difetto inter-
no alle strutture, nonché di identificare di-
scontinuità sub-millimetriche.
A determinarne l’esclusione sono le carat-
teristiche costruttive delle strumentazioni
CT, di solito realizzate con una struttura a
box schermato, all’interno del quale sono
posizionati un generatore X-ray contrap-
posto a un sensore (detector) e nel mez-
zo un piatto rotante su cui viene posiziona-
to il componente da ispezionare.
Tale posizionamento e il fatto di mettere in
rotazione l’oggetto impongono limiti su for-
ma e dimensione dello stesso.
I sistemi CT in uso permettono di scansio-
nare oggetti di volume inscrivibile in un ci-
lindro di circa 600 mm di diametro e 1 m
di lunghezza.
Tuttavia, le strutture primarie più comuni
nel settore aeronautico sono di forma af-
fusolata e superano abbondantemente il
metro di lunghezza.
Come poter beneficiare, allora, delle poten-
zialità dell’indagine tomografica applican-
dola a strutture aeronautiche reali (e non a
campionature di pochi decimetri)?
Una valida soluzione è stata progettata dai
tecnici di VETORIX: è il sistema STG-1.
Tale sistema ha un design innovativo per
consentire l’ispezione di strutture di for-
ma allungata di diversi metri, senza porle
in rotazione. Seppur con una meccanica e
un sistema di acquisizione più complicati,
la configurazione “gantry” con generatore
X-ray e sensore contrapposto che ruotano
attorno all’oggetto da ispezionare permet-
te scansioni notevoli.
Un’architettura così concepita risolve il pro-
blema dei limiti posti dai sistemi CT stan-
dard (a box chiuso), permettendo di appli-
care le scansioni tomografiche anche in
settori, come quello aeronautico, carat-
terizzati spesso da strutture di grandi di-
mensioni.
Un’altra esigenza che accomuna vari set-
tori dell’industria sono le tempistiche di
analisi e la fruibilità dei dati. Soprattutto il
mondo racing necessita tempi di transito
dei componenti molto veloci, come pure di
disponibilità immediata dei risultati dei test.
Per soddisfare anche questi requisiti, la
struttura hardware di STG-1 e la fase di
post processamento sono state calibrate
per essere quanto mai efficienti e garantire
responsi in poche ore, in taluni casi minuti,
dal termine dell’acquisizione dati.
Queste caratteristiche sono state messe
alla prova durante la scansione della semia-
la di un velivolo UAS caratterizzato da una
corda alla radice di circa 550 mm e una lun-
ghezza di circa 6 m.
Le strutture target d’ispezione sono sta-
ti due longheroni portanti realizzati in car-
bonio monolitico e l’incollaggio con i rive-
stimenti aerodinamici, anch’essi in com-
posito.
Il test è stato eseguito presso il bunker
Vetorix di Venezia con l’apparecchiatu-
ra STG-1.
I parametri del test sono stati i seguenti:
• tensione: 110-130 kV;
dation of components in working con-
ditions, ascertain any post-accident da-
mage, and/or validate the correct repair.
This illustrates the important role of NDI
techniques, which in other words, in pro-
duction processes and structural diagnosti-
cs “on service” have the objective of pro-
viding information on defects/internal da-
mage to components that could potentially
affect both short-term behaviour (resistan-
ce, elasticity, etc.) and long-term behaviour
(fatigue life, resistance to the environment,
fracture mechanics, etc.).
Starting from the available technological
panorama, the theme of the selection of
the type/s of technique/techniques to be
used is first addressed. Such selection is
inevitably subordinatedto multiple conside-
rations inherent in the geometries/dimen-
sions of the components to be inspected,
the materials and the production proces-
ses used in their realisation, the type of de-
fects/damages expected, and finally esti-
mates of time and cost associated with
such practices. Beyond the already men-
tioned thermographic and ultrasound tech-
niques, it is interesting to note that the to-

3. scanning process was carried out.
9:35 am: start of scanning - sector 1.
11:50 am: launch the sector 4 scan, vo-
lume reconstruction of sectors 1-2 com-
pleted and file transfers for the post-pro-
cess phase.
2:25 pm: scan phases complete, volume
reconstruction of sectors 3-4 complete,
post-processing of sectors 1-2 complete.
3:15 pm: wing out of the bunker and rea-
dy for delivery.
4:40 pm: wing delivered, volume recon-
structions complete, post-processing acti-
vity about 80%.
6 pm: tomographic analysis complete. De-
fect mapping and sizing done, start drafting
reports.
In summary, a team of 2 technicians
(and an assistant for logistics), in less
than 10 hours the inspection of a 6 mt
long wing structure has been comple-
ted, from reception to delivery including
all the Tomographic activities (scan-re-
construction-post-processing). The target
areas (spars and bondings) have been ca-
refully analysed ensuring the detection of
defects starting from 1 mm in diameter.
This examination has now been included in
the production cycle of this type of compo-
nent for the specific UAS Project.
Resume of primary targets accomplished:
• to monitor the qualitative level of pro-
duction of the supplier (of the spars)
through the precise identification of the
shape-dimension-position of any rele-
vant defects;
• to proceed to the following working
steps from machining to trimming and
bonding without having any doubt about
the spar’s quality status;
• defect assessment of all the bonding in-
terfaces, with a clear Top View map;
• database archived of all the “tomo-
graphic data” useful for furthers re-pro-
cessing activities or monitoring purpo-
se (e.g. maintenance program, compa-
rison during mechanical tests);
• to detect in detail any defect that by
orientation and position could not be de-
tected by ultrasound or thermographic
analysis;
• 3D rendering with map thicknesses.
All available after little more than a wor-
king day.
gi) sono state accuratamente analizza-
te, garantendo la rilevazione di discon-
tinuità a partire da 1 mm di diametro.
Attualmente, tale esame è stato inse-
rito nel ciclo di produzione di questo
tipo di componenti per il Progetto UAS
specifico.
In conclusione, le finalità primarie/
output dell’ispezione sono state:
• monitorare il livello qualitativo di pro-
duzione del fornitore (dei longhero-
ni) attraverso la precisa identificazio-
ne di forma-dimensione-posizione di
eventuali difettologie;
• procedere alle successive fasi di la-
vorazione dei longheroni per la pre-
parazione all’assemblaggio senza
avere dubbi sulla qualità costruttiva
dei longheroni;
• vista in pianta di tutte le interfacce
di incollaggio, incluse le eventuali di-
scontinuità caratteristiche;
• avere un database dati salvato e
pronto per il ri-processamento in
qualsiasi momento (per esempio,
comparativa pre/post statica);
• rilevare con precisione eventuali di-
fettologie che per orientamento e
posizione non potrebbero essere ri-
levate dall’analisi ultrasonora o ter-
mografica;
• renderizzazione 3D con mappa spes-
sori.
Il tutto a disposizione dopo poco più di
una giornata lavorativa.
• amperaggio: 45-56 mA;
• acquisizione: 1440 shots/per rotazione;
• FOV: 600 mm;
• settori di scansione: totale 6;
• risoluzione: 300 µm;
• SW ricostruzione: proprietario;
• SW post-Processing: VG Studio Max
v.3.3.2.
CRONISTORIA DELL’ISPEZIONE
Il componente è arrivato in azienda la
mattina alle ore 8:30 e dopo circa qua-
ranta minuti è stato scaricato, sballato,
posizionato e preparato per l’ispezione.
Dopo una veloce procedura di warm up
e il lancio di un ciclo per la verifica dei
settaggi e la calibrazione del sensore,
si è proceduto con l’iter di scansione.
Ore 9:35: inizio scansione – settore 1.
Ore 11:50: lancio della scansione del
settore 4, ricostruzione dei volumi dei
settori 1-2 completata e importazione
dei file per l’inizio post-processamento.
Ore 14:25: scansioni settoriali comple-
tate, ricostruzione dei volumi 3-4 com-
pletate, post-processamento dei setto-
ri 1-2 completati.
Ore 15:15: componente estratto dal
bunker e imballato pronto consegna.
Ore 16:40: pezzo ritirato, ricostruzio-
ne dei volumi completata, attività di
post-processing circa all’80%.
Ore 18: attività completata con esiti
pronti alla spedizione in versione draft
(mappature e dimensionamento difet-
ti), inizio redazione report.
In sintesi, un team di due tecnici (e un
assistente per la logistica), in meno di
dieci ore ha portato a termine l’ispezio-
ne di una semiala assemblata di circa
6 m, incluso imballo e consegna.
Le zone target (longheroni e incollag-
data acquisition. The example in question
concerns the scanning of the wing of an
UAS aircraft with about 550 mm of wing
chord and a span of around 6 m. The in-
spection’s targets are both the structural
spars (solid carbon fibre) and the aerody-
namic skins, also in composite.
The test was carried out at the Vetorix Lab
in Venice with the STG-1 equipment.
The parameters of the test were:
• voltage: 110-130 kV;
• amperage: 45-56 mA;
• acquisition: 1440 shots/per rotation;
• FOV: 600mm;
• section of scanning: total 6;
• resolution: 300 μm;
• SW reconstruction: custom;
• SW post-processing: VG Studio Max
v.3.3.2.
HISTORY OF THE INSPECTION
The wing was received 8:30 am and after
about 40 minutes was unloaded, un-
packed, positioned and prepared for in-
spection. After a quick warm-up procedu-
re and the launch of the calibration cycle
to verify the sensor/system settings, the

4. Vetorix NDI - after more than 30 years of experience as NDT service provider - has developed the
only fully customizable CT system based on each customer needs. STG-1 is a CT scanner that aims
to solve the NDT paradigm, providing valuable data that cannot be obtained otherwise.
THERE IS NO BETTER SOLUTION THAN THE ONE TAILORED FOR YOU.

5. The one and only Computed Tomography
fully customizable
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FIND US AT HALL 5, C62 BOOTH A5
#BeyondYourEyes
Non-destructive inspections and testing solutions.