พิชิต จินตโกศลวิทย์
การถ่ายภาพความร้อนในงานอุตสาหกรรมนั้น ใช้ในการตรวจสอบการทำงานของเครื่องจักรในระบบการผลิต ซึ่งในปัจจุบัน องค์กรหรือโรงงานอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้เล็งเห็นถึงความสำคัญในการตรวจสอบและบำรุงรักษาให้เครื่องจักรทำงานได้อย่างต่อเนื่อง และเต็มประสิทธิภาพ ทำให้กล้องอินฟราเรดหรือกล้องถ่ายภาพความร้อนได้เข้ามามีบทบาทในด้านการตรวจสอบและบำรุงรักษามากขึ้น
กล้องถ่ายภาพความร้อนสำหรับประยุกต์ใช้งานอุตสาหกรรมเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์มากในการมอนิเตอร์และวิเคราะห์สภาพการติดตั้งใช้งานอุปกรณ์ไฟฟ้าและเครื่องจักรกล ด้วยภาพถ่ายความร้อนจะสามารถตรวจสอบพบปัญหาตั้งแต่แรกเริ่มทำให้สามารถวางแผนและทำการแก้ไขก่อนที่จะเกิดเป็นปัญหาใหญ่ และต้องใช้ค่าใช้จ่ายสูงขึ้นในการแก้ไขบำรุงรักษา โดยสามารถสรุปประโยชน์หลักดังต่อไปนี้
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
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
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
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
โดยทั่วไปแล้วทุกชนิดของการรั่วไหล การอุดตันในท่อ รวมทั้งการเสื่อมของฉนวน จะสามารถถูกแสดงได้อย่างชัดเจนบนภาพถ่ายความร้อนที่ถ่ายแบบมุมกว้างได้ ไม่จำเป็นต้องต้องตรวจสอบทีละท่อซึ่งเสียเวลาและมีโอกาสผิดพลาดเยอะกว่า
รูปที่ 15 แสดงตัวอย่างการตรวจพบความผิดปกติว่าฉนวนกันความร้อนชำรุดตามจุดต่างของระบบท่อ
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.
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
