No.283

พิชิต จินตโกศลวิทย์

pichitor@yahoo.com

 

 

การถ่ายภาพความร้อนในงานอุตสาหกรรมนั้น ใช้ในการตรวจสอบการทำงานของเครื่องจักรในระบบการผลิต ซึ่งในปัจจุบัน องค์กรหรือโรงงานอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้เล็งเห็นถึงความสำคัญในการตรวจสอบและบำรุงรักษาให้เครื่องจักรทำงานได้อย่างต่อเนื่อง และเต็มประสิทธิภาพ ทำให้กล้องอินฟราเรดหรือกล้องถ่ายภาพความร้อนได้เข้ามามีบทบาทในด้านการตรวจสอบและบำรุงรักษามากขึ้น

 

การเลือกกล้องถ่ายภาพความร้อน

 

          การเลือกซื้อกล้องถ่ายภาพความร้อนเป็นการลงทุนแบบระยะค่อนข้างยาว และเมื่อได้เริ่มใช้งานกล้องนั้น ควรคำนึงถึงความปลอดภัยของอุปกรณ์ที่จะตรวจสอบและรวมถึงพนักงานที่มีส่วนเกี่ยวข้องกับกล้องถ่ายภาพความร้อน อีกประการหนึ่งในการเลือกกล้องถ่ายภาพความร้อน คือ ไม่ใช่เพียงแค่เลือกตัวกล้องที่ต้องการ แต่ต้องพิจารณาถึงผู้ผลิตด้วยว่าจะสามารถสนับสนุนการใช้งานได้เป็นระยะเวลานาน ดังนั้นผู้ผลิตกล้องถ่ายภาพความร้อนควรที่จะมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้

 

          • ฮาร์ดแวร์ (Hardware)

 

          ผู้ใช้แต่ละคน จะมีความต้องการที่แตกต่างกันไป ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญของผู้ผลิตกล้องที่ต้องมีผลิตภัณฑ์หลากหลายรุ่นตั้งแต่รุ่นพื้นฐานจนถึงรุ่นขั้นสูง ดังนั้นผู้ใช้จึงสามารถเลือกซื้อรุ่นตามความต้องการ โดยปัจจัยหนึ่งที่มักจะนำมาพิจารณาตัวกล้อง คือ ความละเอียดของภาพ (Camera Resolution) โดยภาพยิ่งมีความละเอียดสูงความแม่นยำก็จะยิ่งสูง อีกคุณสมบัติหนึ่งที่สำคัญ คือ ความสามารถให้การแยกแยะอุณหภูมิ (Thermal Sensitivity) โดยมาตรฐานอุตสาหกรรมค่าจะอยู่ที่ 0.03 ^๐C (30 mK) และคุณสมบัติอีกอย่าง ก็คือ ระดับความแม่นยำ  (Accuracy) โดยมาตรฐานอุตสาหกรรมจะอยู่ที่ ±2%/±2 ^๐C แต่ถ้ากล้องมีคุณภาพสูงมากก็จะอยู่ที่ค่า ±1%/±1 ^๐C

 

          • ฟังก์ชั่นกล้อง (Camera Functions)

 

          ประการแรกกล้องถ่ายภาพความร้อนที่ดีต้องตั้งค่าชดเชยต่อความสามารถในการแผ่รังสี และการสะท้อนของวัตถุที่ต้องการวัดอุณหภูมิ รวมทั้งการแสดงผลของสีความร้อนต้องสามารถตั้งค่าช่วงสแปนตามความต้องการของผู้ใช้ได้เพื่อจะหาจุดฮอตสปอตได้ขึ้น การที่ให้กล้องเลือกค่าสแปนอัตโนมัติอาจจะได้สแปนที่กว้างเกินไปจนทุกจุดความร้อนมีสีใกล้เคียงกัน กล้องถ่ายภาพความร้อนที่ดีควรถ่ายภาพแบบปกติได้ด้วยเพื่อให้ง่ายในการเปรียบเทียบรายละเอียด  อีกประการหนึ่งถึงแม้จะถ่ายภาพความร้อน แต่บางครั้งบางพื้นที่ก็มืดเกินไป การที่กล้องมีหลอดไฟ LED ก็มีประโยชน์ในการถ่ายภาพความร้อน และคุณสมบัติหนึ่งที่ช่วยให้รายงานผลดีขึ้นคือ การรวมภาพความร้อนและภาพปกติเข้าด้วยทำให้เข้าใจจุดฮอตสปอตได้ดีขึ้น

 

          • ซอฟต์แวร์ (Software)

 

          ระบบงานที่ใช้กล้องถ่ายภาพความร้อนนั้นมีความแตกต่างกันในรายละเอียด ซึ่งอาจจะต้องการซอฟต์แวร์ชนิดพิเศษเพื่อวิเคราะห์ภาพถ่ายความร้อน และซอฟต์แวร์ควรสามารถออกรายงานสิ่งที่ตรวจสอบไปให้ลูกค้า หรือผู้บริหารได้อย่างเหมาะสม ดังนั้นการเลือกกล้องต้องมีความสอดคล้องและทำงานร่วมกับซอฟต์แวร์ที่มีได้อย่างดี กล้องถ่ายภาพความร้อนบางรุ่นสามารถรวมภาพถ่ายหลายภาพให้เป็นภาพถ่ายแบบพาโนราม่า (Panorama) ได้

 

          • อุปกรณ์ข้างเคียง (Accesssories)

  

          เมื่อผู้ใช้ได้เริ่มได้ใช้กล้องถ่ายภาพความร้อนและก็อาจพบว่ากล้องนั้นมีประโยชน์มาก และส่งผลให้ความต้องการของผู้ใช้มีเพิ่มเติม ดังนั้นจึงผู้ใช้ต้องสอบถามให้แน่ใจว่ากล้องนั้นสามารถจะอัพเกรด หรือเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติได้หรือไม่ เช่น ชนิดของเลนส์ หรือ ระบบการแสดงผล เป็นต้น

 

          • การบริการ (Services)

 

          ถึงแม้ส่วนใหญ่แล้วกล้องถ่ายภาพความร้อนที่ใช้ในงานอุตสาหกรรมจะแทบไม่ต้องทำการบำรุงรักษา แต่อย่างไรก็ตามก็ยังต้องพิจารณาประเด็นถึงศูนย์ส่งซ่อมที่ใกล้ที่สุด ในกรณีมีอะไรเกิดขึ้นกับกล้องถ่ายภาพความร้อน อันที่จริงแล้วกล้องถ่ายภาพความร้อนอาจจะต้องถูกส่งสอบเทียบซักครั้งถ้าใช้ไปเป็นเวลานาน ๆ จากกรณีดังกล่าวก็ไม่จำเป็นต้องส่งกล้องถ่ายภาพความร้อนไปยังสถานที่ไกล ๆ หรือแม้แต่ส่งข้ามประเทศ

 

          • การอบรม (Training)

  

          การใช้งานกล้องถ่ายความร้อนนั้น ไม่ใช่เพียงแค่ถ่ายภาพ แต่ยังมีเทคนิคอีกมากมายในการถ่ายภาพให้ดีที่สุด รวมทั้งการวิเคราะห์ภาพหลังการถ่าย ดังนั้นผู้จำหน่ายกล้องควรที่จะสามารถอบรมและมีอุปกรณ์เกี่ยวกับการอบรมที่ดีเมื่อลูกค้าต้องการทักษะเพิ่มเติม

 

ค่าแฟกเตอร์ของภาพถ่ายความร้อนสำหรับงานอุตสาหกรรม

 

          เพื่อที่จะแปลความหมายของภาพถ่ายความร้อนให้ถูกต้องและแม่นยำ ผู้ใช้งานต้องมีความรู้ความเข้าใจว่าแต่ละวัสดุ หรือวัตถุ และสภาพแวดล้อมนั้นมีผลต่อการอ่านค่าความร้อนจากภาพถ่ายความร้อน โดยแฟกเตอร์ที่มีความสำคัญต่อการอ่านค่าความร้อนมีดังต่อไปนี้

 

          • การนำพาความร้อน (Thermal Conductivity)

 

          แต่ละวัสดุมีคุณสมบัติทางความร้อนที่แตกต่างกัน วัสดุที่เป็นฉนวนจะค่อย ๆ ร้อนอย่างช้า ๆ ในขณะที่วัสดุที่เป็นโลหะจะร้อนอย่างรวดเร็ว หรืออาจเรียกว่าทันทีทันใดก็ได้ คุณสมบัตินี้เรียกว่าการนำพาความร้อน ความแตกต่างของคุณสมบัตินี้ในวัสดุสามารถทำให้เกิดการอ่านค่าที่แตกต่างกันในสถานการณ์เดียวกันได้ เทคนิคการแก้ไขคือ การทิ้งช่วงเวลาก่อนที่จะถ่ายภาพความร้อน

 

          • ความสามารถในการแผ่รังสี (Emissivity)

 

          เพื่ออ่านค่าอุณหภูมิที่ถูกต้อง สิ่งหนึ่งที่สำคัญที่ต้องนำมาพิจารณา นั้นคือ ค่าแฟกเตอร์ความซึมซับความร้อน ค่าความซึมซับความร้อนก็คือค่าประสิทธิผลที่วัตถุจะแผ่คลื่นรังสีอินฟราเรด โดยค่านี้จะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุเป็นอย่างสูง และเป็นสิ่งที่สำคัญมากที่ต้องตั้งค่าความซึมซับให้ถูกต้องในกล้องถ่ายภาพความร้อนมิฉะนั้นค่าวัดอุณหภูมิจะมีความผิดพลาด

 

 

รูปที่ 20 แสดงผื้นผิวมีอุณหภูมิเท่ากันแต่ภาพถ่ายความร้อนแสงสีไม่เท่ากันเนื่องจาก Emissivity

 

          • ความสามารถในการสะท้อนรังสี (Reflection)

 

          บางวัสดุนั้นมีคุณสมบัติสะท้อนคลื่นรังสีอินฟราเรด เสมือน กระจกส่องเงา ยกตัวอย่าง เช่น วัตถุประเภทโลหะที่ยังไม่มีออกไซด์หรือสนิมจับ โดยเฉพาะอย่างยิ่งโลหะที่ถูกขัดเงา การสะท้อนรังสีสามารถนำไปสู่การตีความหมายภาพความร้อนผิดพลาด แม้แต่การสะท้อนคลื่นรังสีอินฟราเรดจากตัวผู้ถ่ายภาพเองก็อาจจะทำให้เกิดจุดฮอตสปอตที่ผิดพลาดได้ ดังนั้นผู้ถ่ายภาพความร้อนควรเลือกมุมในการถ่ายให้ดีที่สุดเพื่อลดผลกระทบจากการสะท้อนของคลื่นรังสีอินฟราเรด ดังนั้นระดับการสะท้อนคลื่นรังสีอินฟราเรดจากสิ่งแวดล้อมจะมีผลกระทบต่อค่าวัดที่อ่านได้จากภาพถ่ายความร้อน และเพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว กล้องถ่ายภาพความร้อนต้องมีฟังก์ชั่นในการตั้งค่าเพื่อชดเชยการสะท้อนจากสิ่งแวดล้อมบนวัตถุที่จะวัดอุณหภูมิ หนึ่งในวิธีที่จะทำให้แน่ใจได้ว่าการตั้งค่าเกี่ยวกับความสามารถในแผ่และการสะท้อนรังสีนั้นให้ถูกต้อง นั้นคือ การใช้ แผ่นเทปที่รู้ค่าดังกล่าวโดยมักจะเลือกค่าที่ใกล้เคียงกับหนึ่ง เรียกอุปกรณ์นี้อีกอย่างว่า เทปสอบเทียบ (Calibration Tape) เทปสอบเทียบจะถูกนำมาติดที่พื้นผิวของวัตถุและทิ้งระยะเวลาประมาณหนึ่ง หรือจนกว่าแน่ใจว่าเทปดังกล่าวมีอุณหภูมิเทียบเท่ากับวัตถุที่ต้องการวัดอุณหภูมิ ดังนั้นการใช้เทปที่รู้ค่าการแผ่และสะท้อนแน่นอนทำให้เราวัดอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำ อีกประการหนึ่งเนื่องจากเทปมีอุณหภูมิเช่นเดียวกับวัตถุที่ต้องการวัดค่า ดังนั้นผู้ใช้สามารถนำค่าดังกล่าวมาตั้งค่าการแผ่ และการสะท้อนคลื่นรังสีอินฟราเรดของวัตถุนั้น และใช้วัดค่าอุณหภูมิครั้งถัดไปโดยไม่ต้องใช้เทปสอบเทียบ ทักษะในการสังเกตว่าจุดความร้อนเกิดจากการสะท้อนนั้นคือ การสังเกตจุดความร้อนนั้นมักจะมีรูปแบบไม่คงที่

 

 

รูปที่ 21 แสดงการอ่านค่าความร้อนเนื่องจากคุณสมบัติการสะท้อนของวัตถุ

 

          • สภาพอากาศ (Weather Conditions)

 

          อุณหภูมิแวดล้อมก็มีผลต่อการอ่านค่าอุณหภูมิด้วยภาพถ่ายความร้อน อุณหภูมิแวดล้อมที่สูงก็อาจจะสร้างจุดฮอตสปอตทั่วทั้งวัตถุที่ต้องการอ่านค่า ในขณะเดียวกันอุณหภูมิแวดล้อมที่ต่ำก็อาจจะทำจุดฮอตสปอตต่ำกว่าความเป็นจริง และค่าวัดที่ได้ไม่ถึงเกณฑ์การแจ้งเตือนได้ แสงแดดที่ส่องตรงไปยังวัตถุก็มีอิทธิพลมาก สภาพอากาศอีกอย่างที่มีผลก็คือลม กระแสลมสามารถลดความร้อนของพื้นผิววัตถุ แล้วก็ฝนที่มีอิทธิพลมากที่สุดจนทำให้ภาพถ่ายความร้อนนำมาพิจารณาไม่ได้เลย ถึงแม้ฝนจะหยุดตกแล้ว และละอองน้ำฝนก็ทำให้การอ่านค่าอุณหภูมิผิดพลาดได้มาก

 

          • ระบบทำความร้อน และระบบถ่ายเทอากาศ (Heating and Ventilation Systems)

 

          ไม่ใช่เฉพาะสภาพอากาศภายนอกเท่านั้นที่อาจมีผลกระทบต่อการอ่านค่าบนภาพถ่ายความร้อน ผลกระทบลักษณะเดียวกันก็สามารถพบได้ในพื้นที่ภายในอาคาร หรือที่ร่มซึ่งเกิดจากระบบทำความร้อน หรือ ระบบถ่ายเทอากาศ หรือ แม้แต่ระบบปรับอากาศ ซึ่งระบบดังกล่าวอาจทำให้อุณหภูมิเย็นลง แต่ความร้อนภายในวัตถุยังร้อนมากอยู่จนทำให้ไม่สามารถตรวจสอบความบกพร่องของวัตถุได้

 

ขั้นตอนพื้นฐานการถ่ายภาพความร้อน

 

          การที่มีกล้องถ่ายภาพความร้อน แล้วต้องการวัดอุณหภูมิวัตถุนั้น ก็ต้องมีหลักการพื้นฐานที่ถูกต้องดังต่อไปนี้

 

          • กำหนดขอบเขตงาน (Define The Task)

 

          จัดทำใบรายการอุปกรณ์ที่ต้องการตรวจสอบ ทำการตรวจสอบว่าอุปกรณ์ใดเหมาะสมกับการตรวจสอบด้วยภาพถ่ายความร้อน ขั้นตอนถัดไป คือ การจัดลำดับความสำคัญของแต่ละรายการ บริษัทหรือโรงงานส่วนใหญ่มีบันทึกการใช้งานและการบำรุงรักษาอยู่แล้ว บันทึกเหล่านี้มีประโยชน์จะทำให้เราทราบว่าอุปกรณ์ใดควรเร่งด่วนในการตรวจสอบในกรณีเริ่มนำกล้องถ่ายภาพความร้อนมาใช้ครั้งแรก การถ่ายภาพความร้อนอาจจะนำมาตรวจที่ส่วนระบบล้มเหลวก็ได้ ประเด็นหลัก ก็คือ อุปกรณ์ที่มีความสำคัญต่อกระบวนการผลิตก็ต้องถูกตรวจสอบบ่อยครั้งและใกล้ชิดมากกว่าส่วนอื่น

 

          • ทำเบสไลน์ในการตรวจสอบ (Baseline Inspection)

 

          ก่อนที่จะสามารถเริ่มต้นวิเคราะห์ปัญหาของอุปกรณ์ได้อย่างแท้จริงนั้น สิ่งที่ต้องการคือค่าในการอ้างอิงของแต่ละอุปกรณ์ ดังนั้นต้องทำการถ่ายภาพความร้อนของทุกอุปกรณ์ที่จะทำการตรวจสอบเก็บเอาไว้ก่อน ภาพถ่ายความร้อนเหล่านี้ต้องได้จากช่วงที่ระบบการทำงานต่าง ๆ ยังทำงานเป็นปกติ ในบางกรณีบางอุปกรณ์มีส่วนประกอบย่อย ๆ หลายชิ้นที่สำคัญ ดังนั้นหนึ่งอุปกรณ์อาจจะมีภาพถ่ายความร้อนหลายภาพในการอ้างอิง ภาพเหล่านี้นั้นจะเป็นภาพเบสไลน์หรือเกณฑ์ฐานที่ใช้ในการอ้างอิงในการวิเคราะห์ว่าเริ่มมีความผิดปกติเกิดขึ้นในระบบ ดังนั้นจึงเป็นสิ่งที่สำคัญที่จะต้องจัดเก็บภาพถ่ายความร้อนดังกล่าวเป็นอย่างดีพร้อมด้วยการตั้งค่าชดเชยพารามิเตอร์ให้แม่นยำในแต่ละชิ้นส่วนของอุปกรณ์ รวมทั้งมีการระบุค่าพารามิเตอร์และสถานที่ไว้ด้วย เมื่อได้ฐานข้อมูลภาพถ่ายความร้อนที่ถูกต้องก็จะสามารถตั้งค่าเงื่อนไขอะลาร์มได้แม่นยำ และช่วยในการวิเคราะห์หาปัญหาได้ง่ายยิ่งขึ้น

 

          • เริ่มทำการตรวจสอบ (Start Inspecting)

 

          ถ้าการวัดเบสไลน์ได้ทำไว้อย่างสมบูรณ์และทำเป็นเอกสารไว้อย่างดี ก็สามารถเริ่มต้นตรวจสอบอุปกรณ์ตามแผนการบำรุงรักษา ซึ่งต้องมีรายการอุปกรณ์และชิ้นส่วนที่จะทำการตรวจสอบโดยมีรายงานแนวโน้มการล้มเหลวและระดับผลกระทบต่อระบบในภาพรวม ถ้าชิ้นส่วนประกอบกำลังทำงานอยู่ ก็ง่ายในการตรวจสอบ โดยทำการโหลดเงื่อนไขอะลาร์มเพื่อช่วยในการตรวจสอบ ถ้าชิ้นส่วนนั้นไม่ได้ทำงานก็ต้องใช้วิธีการตรวจสอบชนิดอื่นเพิ่มเติม แต่ก็ให้ระลึกไว้ว่าการที่ไม่มีอะลาร์มก็ไม่ใช่ว่าไม่ต้องการการวิเคราะห์บนภาพถ่ายความร้อน อย่างไรก็ตามการวิเคราะห์ภาพถ่ายความร้อนต้องการผู้ที่เข้าใจและเชี่ยวชาญบนอุปกรณ์ที่จะตรวจสอบ รวมทั้งความเข้าใจเกี่ยวกับเทคโนโลยีของภาพถ่ายความร้อนด้วย ยกตัวอย่าง เช่น ระบบที่จะตรวจสอบอาจเกิดมีอุณหภูมิลดลงอย่างผิดปกติก็ได้ เช่น กรณีเกิดฟิวส์ขาดภายใน ซึ่งจะเป็นกรณีที่ตรงกันข้ามกับอุณหภูมิสูงเกินที่มักเป็นกรณีส่วนใหญ่

 

          • วิเคราะห์และทำรายงาน (Analysis and Reporting)

 

          เมื่อทุกอุปกรณ์บนที่มีรายชื่อบนรายการตรวจสอบได้ถูกถ่ายภาพความร้อน ก็เป็นเวลาที่ต้องกลับสำนักงานเพื่อทำการวิเคราะห์อย่างละเอียด รวมทั้งทำการสรุปผลการตรวจสอบ แต่จริงแล้ว ๆ มันจะง่ายขึ้น ถ้ากล้องถ่ายภาพความร้อนนั้นมีซอฟต์แวร์ช่วยเหลือในการวิเคราะห์และออกรายงานได้ทั้งแบบตาราง ชาร์ต และ บาร์กราฟ รายงานที่ดูง่ายจะช่วยในการวิเคราะห์คาดการณ์ได้ดีขึ้นเพื่อวางแผนบำรุงรักษาในอนาคต

 

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.