พิชิต จินตโกศลวิทย์

pichitor@yahoo.com

 

 

 

 

การถ่ายภาพความร้อนในงานอุตสาหกรรมนั้น ใช้ในการตรวจสอบการทำงานของเครื่องจักรในระบบการผลิต ซึ่งในปัจจุบัน องค์กรหรือโรงงานอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้เล็งเห็นถึงความสำคัญในการตรวจสอบและบำรุงรักษาให้เครื่องจักรทำงานได้อย่างต่อเนื่อง และเต็มประสิทธิภาพ ทำให้กล้องอินฟราเรดหรือกล้องถ่ายภาพความร้อนได้เข้ามามีบทบาทในด้านการตรวจสอบและบำรุงรักษามากขึ้น

 

 

การใช้ภาพถ่ายความร้อนสำหรับงานอุตสาหกรรม

 

          กล้องถ่ายภาพความร้อนสำหรับประยุกต์ใช้งานอุตสาหกรรมเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์มากในการมอนิเตอร์และวิเคราะห์สภาพการติดตั้งใช้งานอุปกรณ์ไฟฟ้าและเครื่องจักรกล ด้วยภาพถ่ายความร้อนจะสามารถตรวจสอบพบปัญหาตั้งแต่แรกเริ่มทำให้สามารถวางแผนและทำการแก้ไขก่อนที่จะเกิดเป็นปัญหาใหญ่ และต้องใช้ค่าใช้จ่ายสูงขึ้นในการแก้ไขบำรุงรักษา โดยสามารถสรุปประโยชน์หลักดังต่อไปนี้

  

• ใช้งานง่ายเสมือนใช้กล่องถ่ายวิดีโอหรือกล้องถ่ายภาพดิจิตอลทั่วไป
• ให้ภาพถ่ายความร้อนครอบคลุมพื้นที่ที่ต้องการตรวจสอบในคราวเดียว
• สามารถทำการตรวจสอบถึงแม้ระบบ หรือเครื่องจักรกำลังทำงานจากระยะที่ปลอดภัย
• บางยี่ห้อมีระบบช่วยวิเคราะห์และหาตำแหน่งของปัญหาช่วยแจ้งคุณว่าต้องบำรุงรักษาส่วนใดอย่างแม่นยำ
• วัดค่าอุณหภูมิทั่วไปและจัดเก็บข้อมูล
• ช่วยหาตำแหน่งที่จะขัดข้องก่อนที่จะเกิดปัญหาจริง
• ประหยัดเวลาและค่าใช้จ่าย

 

          ภาพถ่ายความร้อนที่มีข้อมูลอุณหภูมิที่แม่นยำ โดยเฉพาะถ้ามีโปรแกรมวิเคราะห์ที่มีคุณภาพก็สามารถตรวจสอบพบจุดขัดข้องในระบบการผลิต การตรวจสอบด้วยภาพถ่ายความร้อนสามารถดำเนินการได้ในขนาดที่ระบบการผลิตทำงานเต็มกำลัง นั้นหมายความว่าเราอาจจะหาจุดทำงานที่ดีที่สุดในการผลิตโดยที่เครื่องจักรและระบบการผลิตอยู่ได้โดยไม่ชำรุดหรือสึกหรออย่างมีนัย

 

          กล้องถ่ายภาพความร้อนนั้นมีประโยชน์และสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในหลายงานอุตสาหกรรมโดยมีตัวอย่างงานอุตสาหกรรมดังต่อไปนี้

 

          • งานระบบไฟฟ้า (Electrical System)

 

          ภาพถ่ายความร้อนถูกใช้อย่างแพร่หลายในการตรวจสอบงานระบบไฟฟ้าตามแต่ละส่วนประกอบที่ทุกแรงดันไฟฟ้า หรือทุกขนาดกำลัง ซึ่งโดยทั่วไปจะแบ่งเป็นสองประเภท คือ ระบบไฟฟ้าแรงดันสูง และแรงดันต่ำ

 

          • ระบบไฟฟ้าแรงดันสูง (High Voltage Installation)

 

          ความร้อน คือ ปัจจัยที่สำคัญอย่างหนึ่งในระบบไฟฟ้าแรงสูง เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแต่ละส่วนประกอบที่มีค่าความต้านทาน (Resistive Element) มันจะสร้างความร้อนขึ้นตามธรรมชาติ ยิ่งค่าความต้านทานไฟฟ้าสูงขึ้นเท่าไร ก็ส่งผลให้ความร้อนเพิ่มขึ้นเท่านั้นถ้ากำลังจ่ายของแหล่งจ่ายยังรักษากำลังได้

 

          ปกติเมื่อมีเวลาผ่านไป ความต้านทานไฟฟ้าที่จุดเชื่อมต่อจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากเกิดการหลวม การคายตัว หรือ การสึกหรอของจุดเชื่อมต่อ ส่งผลทำให้เกิดความร้อนสูงขึ้นและสามารถเป็นสาเหตุทำให้ระบบไฟฟ้าขัดข้องได้จนอาจจะเกิดไฟฟ้าดับบริเวณกว้าง หรือ มีผู้บาดเจ็บได้จากหลาย ๆ สาเหตุได้ อีกประการหนึ่งระบบไฟฟ้าต้องเสียพลังงานไฟฟ้าในการสร้างความร้อนซึ่งเป็นการสิ้นเปลืองแบบสูญเปล่า และถ้าปล่อยไปเป็นระยะเวลานานอาจก่อให้เกิดเพลิงไหม้ได้ ตัวอย่างของการขัดข้องของระบบไฟฟ้าแรงสูงที่สามารถตรวจสอบหรือให้ข้อมูลได้ด้วยภาพถ่ายความร้อน

  

• การเกิดสนิมของอุปกรณ์ตัดตอน (Oxidation)
• การเกิดความร้อนสูงเกินปกติที่จุดเชื่อมต่อ (Overheat)
• การเข้าจุดเชื่อมต่อที่ไม่ถูกต้องของผู้รับเหมาหรือพนักงาน
• การเสื่อมของฉนวนไฟฟ้า (Insulator Defect)

 

 

 

รูปที่ 9 แสดงตัวอย่างการถ่ายภาพความร้อนแบบมุมกว้างบนระบบไฟฟ้าและตรวจเจอสิ่งผิดปกติอย่างรวดเร็ว

 

 

        เหล่านี้คือ ตัวอย่างที่สามารถหาจะขัดข้องได้ก่อนด้วยภาพถ่ายความร้อน หนึ่งในหลาย ๆ ประโยชน์ของภาพถ่ายความร้อน คือ ความสามารถตรวจสอบได้ขณะจ่ายโหลด สืบเนื่องจากภาพถ่ายความร้อน เป็นวิธีการที่ไม่ต้องสัมผัสระบบไฟฟ้าที่ตรวจสอบโดยตรง ดังนั้นผู้ตรวจสอบสามารถตรวจสอบระบบไฟฟ้าจากระยะที่ปลอดภัย และสามารถออกจากพื้นที่อันตรายเพื่อทำการวิเคราะห์ภายหลังได้ด้วย

 

 

 

รูปที่ 10 แสดงตัวอย่างฟังก์ชั่นการรวมถ่ายภาพความร้อนและภาพปกติเข้าด้วยกันทำให้วิเคราะห์ได้แม่นยำขึ้น

 

 

          • ระบบไฟฟ้าแรงดันต่ำ (Low Voltage Installation)

 

          ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ภาพถ่ายความร้อนสามารถประยุกต์ใช้งานทุกแรงดัน รวมแม้กระทั้งระบบไฟฟ้าแรงต่ำที่มักถูกมองข้ามในการตรวจสอบ ซึ่งอันที่จริงแล้วผลลัพธ์จากการที่ตรวจสอบไม่เจอจุดขัดข้องล่วงหน้าไม่ว่าจะที่ตู้โหลดแรงดัน หรือ ห้องควบคุมเครื่องจักร หรือมอเตอร์ ก็ส่งผลลัพธ์ใกล้เคียงกับระบบไฟฟ้าแรงสูง เช่น เพลิงไหม้ นอกจากการหลุดหลวมของจุดเชื่อมต่อระบบไฟฟ้าแรงต่ำ ความร้อนอาจจะเกิดการไม่สมดุลของโหลด (Load Imbalance) จากสถิติการเพลิงไหม้มักจะเกิดจากแรงต่ำ เนื่องจากสภาพพื้นที่ปฏิบัติงานมักอยู่ใกล้แหล่งเชื้อเพลิงมากกว่าระบบไฟฟ้าแรงดันสูง และมักมีโอกาสที่ความต้านของจุดเชื่อมต่อสูงตามสภาพแวดล้อมของการผลิต ยกตัวอย่างการจุดบกพร่องที่สามารถตรวจเจอในระบบไฟฟ้าแรงต่ำซึ่งจะมีลักษณะใกล้เคียงกับระบบไฟฟ้าแรงสูง

 

• การเพิ่มขึ้นของความต้านทานที่จุดเชื่อมต่อ
• การผุกร่อนที่จุดเชื่อมต่อ
• การชำรุดของฟิวส์ภายใน
• การเกิดจุดบกพร่องภายในเซอร์กิตเบรกเกอร์
• การเชื่อมต่อที่ไม่ดี
• ผลของฮาร์มอนิกส์ (เกิดกระแสฮาร์มอนิกส์ที่ 3 ในสายนิวตรอน)
• การใช้ชิ้นส่วนอุปกรณ์ที่ต่ำกว่าพิกัดที่ควรจะเป็น

 

 

 

รูปที่ 11 แสดงตัวอย่างการตรวจพบจุดที่มีความร้อนเกินในอุปกรณ์ไฟฟ้า

 

 

 

รูปที่ 12 แสดงตัวอย่างการตรวจพบความผิดพร่องของกระบอกฟิวส์

 

 

          • ระบบเครื่องจักรกล (Mechanical Installation)

 

          ในหลายอุตสาหกรรม ระบบเครื่องจักรกลนั้นเป็นหัวใจหลักในการผลิต ข้อมูลเกี่ยวกับความร้อนที่ถูกรวบรวมก็สามารถใช้เป็นข้อมูลเสริมในการศึกษาและออกแบบระบบเครื่องจักรกล โดยปกติระบบเครื่องจักรกลจะสร้างความร้อนมากขึ้นถ้าตำแหน่งของส่วนประกอบนั้นคลาดเคลื่อน (Misalignment) ยกตัวอย่าง เช่น สายพานลำเลียง ถ้าแหวนล้อลำเลียงเกิดสึกหรอ มันจะสร้างความร้อนขึ้นอย่างชัดเจนส่งผลให้พนักงานบำรุงรักษาทำการเปลี่ยนส่วนประกอบได้อย่างทันท่วงที โดยปกติแล้วถ้าส่วนประกอบกลไกเกิดการสึกหรอหรือมีประสิทธิผลที่ไม่ดี มันจะมีความร้อนที่เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ และถ้าเพิ่มถึงจุดหนึ่งที่ระบบทนไม่ได้ก็จะเกิดระบบทำงานล้มเหลวได้

 

 

 

รูปที่ 13 แสดงตัวอย่างการตรวจพบความผิดปกติที่ล้อเลื่อนและแบริ่ง

 

 

          และด้วยวิธีการเปรียบเทียบค่าจากภาพถ่ายความร้อนอย่างสม่ำเสมอ ก็จะทราบสภาวะอุณหภูมิของแต่ส่วนประกอบของเครื่องจักรกลในสภาวะการทำงานปกติ และถ้ามีความร้อนที่ตรวจสอบมีการเปลี่ยนแปลงไปก็จะเป็นที่สังเกตได้ว่าเครื่องจักรหรือกลไกนั้นเริ่มมีปัญหา อุปกรณ์ประเภทมอเตอร์ก็สามารถถูกตรวจสอบด้วยภาพถ่ายความร้อนได้เป็นอย่างดี มอเตอร์มีส่วนประกอบที่เสื่อมตามกาลเวลา เช่น แปรงถ่าน (Brush Contact) หรือ เกิดการรั่วของกระแสในขดลวดอาร์มาเจอร์ (Armature) โดยปกติมอเตอร์ก็จะมีความร้อนขึ้นอย่างชัดเจนก่อนที่จะทำงานล้มเหลว ซึ่งวิธีการพื้นฐานอาจใช้การตรวจสอบการสั่นที่ผิดปกติ แต่ก็ตรวจสอบได้ยากในช่วงแรกเริ่มจนกว่ามันจะสั่นผิดปกติมากแล้ว ยังมีส่วนประกอบที่สามารถถูกตรวจสอบได้ดี เช่น จุดข้อเหวี่ยง (Coupling) , กล่องเกียร์ (Gearbox), แหวนลูกปืนแบริ่ง (Bearing), ปั๊ม (Pump), คอมเพรสเซอร์ (Compressor), สายพาน (Belt) หรือ เครื่องเป่าลม (Blower)

 

          ตัวอย่างการขัดข้องบนระบบเครื่องจักรกลที่สามารถถูกตรวจสอบได้ด้วยภาพถ่ายความร้อน

 

• ระดับการหล่อลื่น (Lubrication)
• การจัดส่วนประกอบอุปกรณ์ที่ไม่เหมาะสม (Misalignment)
• มอเตอร์ที่ความร้อนสูงผิดปกติ
• ล้อเลื่อนทำงานผิดปกติ
• ปั๊มที่ทำงานโหลดเกิน
• แกนมอเตอร์ร้อนเกิน
• วงแหวนแบริ่งร้อน

  

          ปัญหาเหล่านี้และอื่น ๆ สามารถตรวจเจอตั้งแต่เนิ่น ๆ ด้วยภาพถ่ายความร้อน ซึ่งจะช่วยป้องกันการเกิดความเสียหายที่รุนแรง และประกันว่ากระบวนการผลิตยังดำเนินการได้อย่างต่อเนื่อง

 

 

 

รูปที่ 14 แสดงตัวอย่างการตรวจพบความผิดปกติว่ามอเตอร์มีปัญหาที่ขดลวดภายใน

 

 

          • งานระบบท่อ (Pipework)

 

          ภาพถ่ายความร้อนยังให้ข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับสภาพของท่อ และวาล์ว หรือฉนวนต่าง ๆ ตามแนวท่อส่งในงานอุตสาหกรรม การตรวจสอบสภาพของวัสดุที่เป็นฉนวนที่ห่อหุ้มตามแนวท่อนั้นก็เป็นสิ่งสำคัญ การสูญเสียความร้อนเนื่องจากฉนวนกันความร้อนที่เสื่อมจะถูกแสดงได้อย่างชัดเจนด้วยภาพถ่ายความร้อน ทำให้พนักงานบำรุงรักษาสามารถซ่อมแซมฉนวนได้อย่างรวดเร็วป้องกันการสูญเสียของพลังงาน และความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นได้ภายหลัง

 

          วาล์วก็เป็นตัวอย่างที่ดีในงานระบบท่อที่มักจะถูกตรวจสอบด้วยภาพถ่ายความร้อน นอกจากจะสามารถตรวจสอบการรั่วไหล เรายังสามารถตรวจสอบว่าขณะนี้วาล์วอยู่ตำแหน่งเปิดหรือปิดจากระยะที่ปลอดภัยได้

 

          ตัวอย่างเหตุขัดข้องของงานระบบท่อที่สามารถตรวจสอบด้วยภาพถ่ายความร้อน

  

• การรั่วไหลใน ปั๊ม, ท่อ และวาล์ว
• การเสื่อมของฉนวนตามแนวท่อ
• การอุดตันในท่อ

 

          โดยทั่วไปแล้วทุกชนิดของการรั่วไหล การอุดตันในท่อ รวมทั้งการเสื่อมของฉนวน จะสามารถถูกแสดงได้อย่างชัดเจนบนภาพถ่ายความร้อนที่ถ่ายแบบมุมกว้างได้ ไม่จำเป็นต้องต้องตรวจสอบทีละท่อซึ่งเสียเวลาและมีโอกาสผิดพลาดเยอะกว่า

 

 

 

รูปที่ 15 แสดงตัวอย่างการตรวจพบความผิดปกติว่าฉนวนกันความร้อนชำรุดตามจุดต่างของระบบท่อ

 

 

อุตสาหกรรมใช้ความร้อนสูง และปิโตรเคมี (Refractory and Petrochemical)

 

          งานอุตสาหกรรมหลากหลายชนิดที่ต้องใช้เตาเผา (Furnace) และหม้อต้ม (Boiler) ในกระบวนการผลิต และใช้วัสดุที่ต้องทนความร้อนสูงมากซึ่งเมื่อใช้งานไปนานวัสดุเหล่านั้นจะเสื่อมสภาพ เช่น เก็บความร้อนไม่ได้ ทำให้สูญเสียประสิทธิภาพในการผลิต และด้วยภาพถ่ายความร้อนความเสียหาย หรือเสื่อมสภาพของวัสดุที่ใช้ทนความร้อน รวมทั้งความร้อนที่สูญเสียนั้นจะสามารถถูกตรวจสอบได้ เหตุขัดข้องของเตาเผา หรือหม้อต้ม อาจเกิดจากการติดขัดทางกายภาพก็ได้ เช่น กรณีที่ก้อนถ่านหินตกลงไปอุดท่อ ทำให้ขัดขวางการไหล การก่อตัวของขี้ตะกอนของแร่ ความร้อนที่สูงหรือต่ำเกินไป และการรั่วของสินค้าหรือวัตถุดิบระหว่างการผลิต ซึ่งอาจก่อให้เกิดความเสียหายอย่างร้ายแรงได้

 

 

 

รูปที่ 16 แสดงตัวอย่างการตรวจพบความผิดปกติบนวัสดุทนความร้อนของรีแอกเตอร์และเตาเผา

 

 

          อีกประการหนึ่ง คือ ความสามารถตรวจสอบแบบทะลุผ่านเปลวเพลิง (Seeing through the flame) นั้นมีประโยชน์ในการตรวจสอบสภาพของวัสดุทนความร้อนสูงของเตาเผาภายในว่ายังอยู่ในสภาพดี การตรวจสอบจากภายนอกอย่างเดียวยังไม่เพียงพอ วัสดุทนความร้อนสูงที่อยู่ด้านในก็ควรที่ถูกตรวจสอบ ด้วยวิธีการตรวจสอบแบบดั้งเดิมจำเป็นต้องหยุดการผลิตเพื่อทำการตรวจสอบภายในเตาเผาซึ่งมีค่าใช้จ่ายที่สูงจากการเสียโอกาสในการผลิต  อย่างไรก็ตามการสูญเสียดังกล่าวก็อาจไม่จำเป็นอีกต่อไปถ้าใช้กล้องถ่ายภาพความร้อนที่สามารถตรวจสอบภายในได้ในขณะที่กำลังผลิตด้วยเทคโนโลยีประเภทฟิลเตอร์ (Filter) เปลวเพลิงนั้นแผ่คลื่นรังสีอินฟราเรดที่หลากหลายความเข้ม ณ ความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน และที่ความยาวคลื่นคลื่นหนึ่งเปลวเพลิงจะสร้างรังสีอินฟราเรดออกมาน้อยมาก ด้วยคุณสมบัตินี้จึงสามารถสร้างฟิลเตอร์ที่สามารถมองทะลุเปลวเพลิงได้จึงสามารถมองทะลุผ่านเปลวเพลิงและตรวจสอบสภาพอุปกรณ์ภายในขณะทำการผลิตได้ 

 

 

 

รูปที่ 17 แสดงว่ากล้องถ่ายภาพความร้อนสามารถถ่ายทะลุผ่านเปลวเพลิงเพื่อตรวจสอบภายในได้

 

 

          • งานอุตสาหกรรมอื่น ๆ

 

          นอกจากที่กล่าวมาแล้วข้างต้น ยังมีอีกหลายอุตสาหกรรมที่สามารถใช้ภาพถ่ายความร้อนช่วยในงานบำรุงรักษาได้ เช่น การตรวจสอบเปลวเพลิง (Flare Detection) ระหว่างกระบวนการผลิต เช่น โรงกลั่นน้ำมัน แก๊สจะถูกปล่อยและโดยเผาทิ้งไปในรูปของเปลวเพลิง โดยเปลวเพลิงที่เผาอาจจะมองไม่เห็นด้วยตาเปล่าโดยเฉพาะเวลากลางวัน ซึ่งถ้าแก๊สดังกล่าวไม่ถูกเผาจะส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเป็นอย่างมาก ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่ต้องทำให้แน่ใจว่ามีเปลวเพลิงตลอดเวลา มิฉะนั้นแก๊สอันตรายอาจเข้าไปทำลายชั้นบรรยากาศ ด้วยภาพถ่ายความร้อนเราสามารถตรวจสอบว่ามีเปลวเพลิงหรือไม่ได้โดยง่าย

  

 

 

รูปที่ 18 แสดงว่ากล้องถ่ายภาพความร้อนสามารถใช้ตรวจสอบท่อปล่อยแก๊สในโรงกลั่นปิโตรเลียม

 

 

          อีกตัวอย่างก็คือ การตรวจสอบของเหลวในถังเก็บ (Tank Level Detection) ซึ่งภาพถ่ายความร้อนสามารถถูกใช้ในการตรวจสอบระดับของเหลวในถังเก็บได้โดยง่ายซึ่งเกิดจากระดับการปล่อยรังสีอินฟราเรดในบริเวณที่มีของเหลวกับไม่มีของเหลวนั้นแตกต่างกันนั้นเอง

 

 

 

รูปที่ 19 แสดงว่ากล้องถ่ายภาพความร้อนสามารถตรวจสอบระดับของเหลวในถังเก็บได้

 

 

เอกสารอ้างอิง

1. Thermal Imaging Guidebook for Industrial, FLIR Infrared Training Center, 2011
2. Basic Principles of Non-Contact Temperature Measurement, Optris GmbH
3. Mikaél A.Bramson: Infrared Radiation, A Handbook for Applications, Plenum Press, N.Y.
4. William L.Wolfe, George J.Zissis: The Infrared Handbook, Office of Naval Research, Department of Navy, Washington, D.C.
5. Madding, R.P.: Thermographic Instruments and Systems. Madison, Wisconsin: University of Wisconsin - Extension, Department of Engineering and Applied Science
6. Paljak, Pettersson: Thermography of Buildings, Swedish Building Research Institute, Stockholm 1972
7. Vlcek, J.Determination of emissivity with imaging radiometers and some emissivities at λ = 5 µm. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing.