inapoi ________inapoi la cuprins________inainte

Roxana Radvan, Joakim Striber, Roxana Savastru, Suzana Dan, Dan Savastru

TEHNICA LASER DE MARE PRECIZIE PENTRU RESTAURAREA

OBIECTELOR DE ARTA

Institutul National de Cercetare & Dezvoltare pentru Optoelectronica INOE

Centrul pentru Restaurare prin Tehnici Optoelectronice CERTO

Platforma Magurele, P.O.Box MG 5, Bucuresti, Romania

E-mail: radvan@inoe.inoe.ro, web page:http://inoe.inoe.ro/

Bujoreni, August 2002. Specialiştii de la Institutul Naţional de Optoelectronică prezintă tehnicile laser folosite pentru restaurarea obiectelor de patrimoniu.

Cuvinte cheie: curatare laser, system de marcare, laser cu emdiu solid activ YAG:Nd, dioda laser, artefact, stabilitate cromatica

Abstract. Lucarea prezinta un studiu comparativ a regimurilor de curatare cu laser aplicate suprafetelor policrome cu diferite caracteristici, inclusive pe hartie colorata sau printata cu diferite densitati, precum si pe suprafete metalice. Testele sunt realizate sub microscop cu o tehnica de mare precizie, utilizand un laser cu mediu solid activ YAG:Nd

Lungimea de unda folosita cu precadere in experimente este cea din regimul fundamental de functionare a laserului (1064 nm). In paralel s-au efectuat experimente la 532 nm, in spoecial in cazurile ceva mai dificile, unde rezultatele obtinute utilizand radiatia la 1064 nm nu au fost satisfacatoare.

O parte semnificativa a lucrarii prezinat cateva rezultate obtinute la curatarea unor timbre. Rezultatele experimentale demonstreaza ca eficienta curatarii depinde de culoarea substartului, varsta cernelei, calitatea hartiei si a culorilor.

Experimenetle au fost realizate pe un microscop specializat, dotat cu un laser cu YAG:Nd, proiectat in cadrul proiectului Eureka E 2094!. Echipamnetul are o serie de accesorii : sistem de preluare a imaginii si de inregistrare a intregii operatii, precum si inserarea acestora intr-o baza de date digitala.

INTRODUCERE

Laserii pulsati sunt in atentia multor restauratori din centre moderne de cercetare in domeniul restaurarii si conservarii, din ateliere, ca o tehnica noua si ca urmare multor avantaje, precum si din cauza contraindicatiilor.

Lucrarea de fata prezinta o tehnica care a urmarit asigurarea preciziei de operare, eliminand toate riscurile din timpul procesului si, nu in ultimul rand, pentru studiul curatarii suprafetelor pictate sau repictate. Pana in present, un numar mic de cercetari au fost destinate curatarii hartiei scrise sau tiparite, mai mult in domeniul deconatminarii si a indeparatrii depunerilor de praf [1, 2]. Exista in bibliografia de specialitate, doar cateva lucrari destinate curatarii hartiei relativ noi, mai noua de 50 de ani, care este mult mai putin rugoasa decat cea veche sau decat pergamentul, cu o coeficient de reflectanta si un grad de alb superioare.

De asemena, caracteristicile cerenlurilor moderne schimba problematica unui experiment.

Teste comparative de curatare au fost effectuate pe timbre realtiv noi, din acelasi tip de hartie, cu o policromie sau simpla sau mai complicata. Structura celulozei si absorbtia hartiei sunt similare pentru cazurile selectate.

Rezultatele experimentale au relevant concluzii importante in privinta interactiei radiatie infrarosii (1064 nm) cu hartia. Experimentul a urmarit indepartarea stratului superfical de cerneala de pe suprafete deja tiparite. Interventia este cu mult mai complicata cand substratul contine multe culori si diferite tipuri de pigmenti.

MONTAJUL EXPERIMENTAL

Montajul experimental contine un laser pulsat cu YAG:Nd care emite la 1064 nm, un microscop optic, un sistem laser pentru marcare si un sistem video de preluare a imaginii in format compatibil IBM PC. Acest montaj a fost utilizat pentru curatarea unui timbru stampilat. Durata pulsului este de 10 ns. In paralel, atunci cand rezultatele in regim fundamental nu au fost satisfacatoare, s-au efectuat teste utilizand a doua armonica a laserului cu YAG :Nd – 532 nm.

Controlul continuu al spotului laser este facut cu un sistem de diagnosticare SPIRION LBA 300 care permite vizualizarea diagramei spot. Fluenta laser a fiecarui spot este calculata automat. Echipamentul ofera posibilitatea selectarii fluentei laser de operare intre 0.4 J/cm² si 11 J/cm², fie prin variatia energiei/puls, fie prin reglarea diametrului spotului laser de lucru.

Doua regimuri de lucru din domeniul mentionat au fost utilizate cu precadere, cu rezultate bune. Cele doua regimuri sunt notate in continuare astfel : R1 – regimul de aproximativ 3.5 J/cm², R2 – regimul de aproximativ 0.8 J/cm². Diagramele spot pentru cele doua regimuri sunt prezentate mai jos (fig.2, fig.3).

Fig.1 Reprezentarea schematica a montajului experimental

Regimul R1 are urmatorii parametrii: fluenta laser 3.5 J/cm², diametrul spotului laser 50 mm, deviatia standard a spotului laser mai mica de 10 % (la 200 de pulsuri),

Regimul R2 are urmatorii parametrii: fluenta laser 0.8 J/cm², diametrul spotului laser 100 mm, deviatia standard a spotului laser mai mica de 10 % (la 100 de pulsuri).

Caracteristicile optice ale echipamentului sunt: distanta de lucru 107 mm, marrea optica intre 16 x si 50 x, campul de observare intre 33 mm si 3.5 mm, precizia de pozitionare pe planul obiect – 10 mm, precizia de pozitionare in planul obiect (profunzime) - 5 mm.

Regimul R2 caracterizat de o fluenta mai scazuta si de un diametru mai mare al spotului laser ceea ce ofera posibilitatea acoperiri mai rapide a unei suprafete, atunci cand natura culorilor substartului nu necesitati anumite valori ale fluentei.

Distibutia energetica a spotului laser in sectiune transversala Regimul de lucru R1	Distibutia energetica a spotului laser in sectiune transversala Regimul de lucru R2

Fig.2 Fig.3

STUDII DE CAZ

Trei timbre cu varste diferite si distributie diferita a culorilor, atat din punct de vedere cantitativ, cat si caliativ, aufost selectate pentru analiza. Din punctul de vedere al distributie/structurii cromatice, cele trei cazuri sunt complementare. Toate sunt acoprite pe o buna parte a suprafetei cu mai multe culori amestecate, chiar si cu auripigment care da stralucire imaginii si complica adesea procesul de curatare.

Acest tip de pigment – utilizat pentru efecte decorative – datorita compozitie si structurii sale, nu patrunde in hartia support. Gasirea regimului optim de lucru implica gasirea regimului care sa asigure succesul operatiei pe straturi fragile.

Proba 1 (foto. 1) este un timbtu tiparit in Romania intr-o serie de mare tiraj dedicata marilor pictori. Dimensiunile timbrului sunt 4 cm x 5 cm, si reprezinta a reproducere dupa “Iarna la Barbizon” de Ioan Andreescu. Timbrul are o rama decorativa aurie. Stampila postala este plasata central si acopera partial imaginea.

Regimul de lucru pentru acest timbru a fost foarte diferit de alte cazuri. Din cauza aderentei foarte scazute a auripigmentului, doar o fluenta foarte mica a fost eficienta, mai mica chiar de 0.5 J/cm².

Foto 1 – Timbru “iarna la Barbizon” – inainte de curatare

Fluenta laser scazuta a fost eficeint in acest caz si datorita calitatii medii a tipariturii. Rezultatele obtinute treptat dupa 4 spoturi preluate prin microscop (marirea 50 x) and prezentate in imaginile din Foto 2 a-c.

a) b) c)

Foto 2. Timbru “iarna la Barbizon” – a,b,c –

detalii dupa actiunea succesiva a spoturilor laser.

Suprafata prezentata in detaliu este de aproximativ 1 mm x 1,5 mm, plasata in mijlocul timbrului si pe marginea dintre rama aurie si imaginea propriu-zisa. Zona selectata este tiparita cu auripigment cu o foarte slaba aderenta la hartie.

Proba 2 este presentata in foto 3 - a,b. Suprafata curatata a timbrului este aproximativ 3 mm x 4 mm. Acest caz prezinta un test dificil din cauza deforamrii plastice a hartiei de-a lungul liniei stampilei Experimentul a necesitaat mai mult de 700 pulsuri laser.

a) b)

Foto 3 - a, b.

a) b)

Foto 4 – a,b. Timbrul inainte is dupa cuaratare – detalii.

Proba 3 (foto 5) are dimensiuni medii (4 cm x 5 cm). A fost aplicat regimul R1 pentru cuartarea grosiera (279 pulsuri laser), si regimul R2 regimes pentru detalii si o a doua scanare a suprafetei (20 pulsuri laser). Nuamrul redus de pulsuri de la a doua scanre asuprafetei se datoraeza eficientei ridicate cu spotul cu suprafata largita. Urma galbuie a a ramas vizibila in special pe zona netiparita a hartiei. Trebuie remarcat are o tenta galbuie originala.

a) b)

Foto 5 a, b – Timbrul 5 inainte si dupa curatare

Zona tiparita cu negru a fost foarte sensibila la curatarea cu laser. Spotul laser a fost foarte atent pozitionat pe suprafata, in special in zonele cu cerneala neagra (cu mare absorbanat) si in vecinatatea lor (foto 6- a,b).

a) b)

foto. 6 a, b – Detalii pe proba 3, inainte si dupa curatare.

Proba 4 (foto 7) – Prezentul experiment analizeaza si tipul de degradare care a aparut la suprafta unei icoane metalice de secol XIX.

Dimensiunile icoanei sunt de aproximativ 22.7 cm x 18 cm, 1 cm grosime. Pictura, observata la microscop prezinata o larga retea de cracluri generate de imbatranirea naturala a materialelor. Ferecaturile icoanei nu sunt din metale nobile, ci dintr-un aliak\j Cu-Zn si o foarte mica cantitate de argint, aliaj numit alpaca sau argint german. Icoana a fost curatata prin doua metode: prin curatare cu laser cu Nd:YAG laser si prin metode traditional- in principal chimice.

Foto 7 – a. – Icoana – imagine de ansamblu ; b – detalii ale icoanei in zoenle curatate cu laser, c- detaliu.

Procedura laser a fost aplicata pe intreaga suprafata. Tehnica a fost foarte eficienta in indepartarea depunerilor chiar de la prima scanare.

CONCLUZII

Pentru curatarea cu laser pe hartie, regimurile de lucru sunt puternic dependente de tipul hartiei, tipul de culoare, absorbanta hartiei si caliatatea stratului superficial.

Daca stratul superficial este mai rezistent decat substratul, indepartarea ambelor straturi deodata este foarte posibila si distrugerea lor poate sa fie iminenta. Este recomandabil sa se determine regimul optim cat mai apropiat de regimul R2 deoarece acesta ofera atat o curatare mai rapida, cat si o mai buna eficienta curatarii din punct de vedere calitativ si al reducerii riscurilor. Experimentul efectuat cu 532 nm genereaza un contrast mai redus ( a se obseva in foto 2-c).

Experiemntele pe icoana metalica au aratat ca eficienta regimului selectat este puternic dependent de natura depozitelor accumulate pe suprafata obiectului, de natura stratului de protectie, gradul de negru al substratului si de rugozitatea suprafetei metalice.

Bibliografie:

1. Wolfgang Kautek, Simone Pentzien, Mathias Rölling, Pascale Rudolph, Jörg Krüger, Claus Maywald – Pitellos, Helmut Bansa, Heinz Grösswang, Eberhard König, “Near UV laser interaction with contaminants and pigments on parchment: laser cleaning diagnostics by SE - Microscopy, VIS-, and IR- spectroscopy", Journal of Cultural Heritage – Lasers in the Conservation of Artworks LACONA III, 1, S233 – S240, (2000);

2. Sportun,S., Cooper, M. & all, ”An investigation into the effect of wavelenght in the laser cleaning of parchment”, Journal of Cultural Heritage – Lasers in the Conservation of Artworks LACONA III, 1, S225 – S232, (2000);

3. Radvan,R, Popescu,N., Dan, S. ”Whiteness behavior of artwork’s various materials after cleaning process using Nd:YAG laser beam”, ROMOPTO’2000 SPIE Conf., Bucharest, Romania2000;

4. Radvan, R., Savastru, R., Savastru, D., “Optical method for real-time position control in experimental equipment for local irradiation and system for precise and discrete local irradiation”, SPIE 3573, pg.425-428,1998.

inapoi ________inapoi la cuprins________inainte