劉懿萱 、楊宜恒 / 工研院材化所
台灣地處亞熱帶，腐蝕環境極高，石化設備的防蝕主要以熱浸鍍鋅加油漆型式作為防蝕的第一道屏障，進行塗層檢查可避免腐蝕擴大影響設備和管線的安全。然而，面對石化廠區廣大以及設備複雜的問題，傳統以目測、非破壞檢測進行塗層檢查的方法往往受限於專業知識和檢查速度，難以快速準確地勘定塗層的劣化；而利用光學檢測亦難以追蹤後續影像並進行維修改善工作規畫。因此配合新的檢查技術，逐步邁向數位化與智慧化以掌握塗層劣化的改變，並盡可能地提早察覺缺陷，是未來塗層劣化檢測的趨勢。本文整理光學檢查技術在塗層檢查上的應用，並探討未來發展的可行方向。
【內文精選】
塗裝系統的檢查方法
1. 接觸式非破壞檢測方法
傳統上為了取得定量之檢測結果，多採用非破壞檢測的方法確認其損傷的範圍與嚴重程度，以超聲波、渦流和微波檢測為主。超聲波檢測(Ultrasonic Testing; UT)為透過超聲波的機械能來檢測複合材料的缺陷，主要使用的頻率範圍為0.5~20 MHz，此類的短波長訊號可穿透固體、液體和氣體，對缺陷位置的檢測具高分辨率。透過電壓脈衝發送到探頭以產生超聲波脈衝，在遇到任何材料缺陷時會發生部分反射返回被探頭所接收，而透過分析脈衝的位置和振幅，可確定缺陷的位置和大小。
渦流檢測(Eddy Current Testing; ECT)則是利用電磁學原理感應檢查導電複合材料。透過使用發射器線圈於檢測材料附近產生主磁場，而根據法拉第定律材料會產生渦流形成二次磁場，並與線圈產生的主磁場相互作用。當材料具有缺陷時會導致渦流中斷，可透過觀察二次磁場較弱的位置識別缺陷位置。
2. 非接觸式的檢查方法
(2) 熱影像
熱影像可用於識別拍攝目標是否具有塗裝上的缺陷，其原理如下：當塗層表面發生腐蝕時，因氧化鐵的熱傳導係數較高，因此腐蝕位置於熱影像中的溫度較高；而當塗層發生起泡時，起泡位置因充滿空氣造成能量傳遞速率降低甚至停止，缺陷位置於熱影像中則溫度較低；至於層產生裂紋時，會因缺乏塗層的熱阻而於該位置顯示較高的溫度，如圖六。
圖六、缺陷類型：(a)無塗層的表面腐蝕；(b)非導電塗層下的腐蝕；(c)非導電塗層的表面起泡；(d)破損塗層的裂紋
三維多光譜塗層劣化評估方法
1. 光學雷達應用於檢測技術
光學雷達，或稱光達或雷射雷達(Light Detection and Ranging; LiDAR)為一種光學遙感技術，通過向目標照射脈衝雷射來測量目標的距離，快速準確地獲得目標物的點雲(Point Cloud)。目前已廣泛應用於評估岩石邊坡之穩定、古蹟調查及維護、調查災損的管線掃描、森林樹木的生長狀況監測評估等。
光達點雲具有三維空間資訊，可用於描繪幾何輪廓。應用於塗裝系統的檢測不僅能達到和目視檢查相等的效果，又因點雲具有三維座標，使得光達更具有準確量化塗層缺陷面積的能力。
2. 二維影像三維化技術
高精度光達掃描儀所得到的點雲若能與其他光學影像（例如：熱影像或近紅外光）耦合，則可準確量化影像中識別為塗層缺陷的實際大小。現今已有光達和影像融合的相關研究，但大多為空載光達和航照圖的結合，光達掃描和影像拍攝範圍幾乎一致。面對石化檢查複雜的環境，此一條件往往難以達成，需要根據科學方法自行建立二維影像三維化技術。
3. 三維化影像的缺陷評估能力
塗層的評估方法主要以ASTM D610為基礎，該標準提供範例照片，根據銹跡分布評估銹蝕種類，並計算銹蝕百分比對應到0到10的嚴重等級。根據上述的案例，吾人觀察熱影像三維化的結果，除了可量化塗層缺陷的面積，若要得到正確的熱影像分布值，可根據距離與溫差的指數函數關係，對影像進行正規化。
可見光三維化後可根據RGB閾值識別General Rusting和Pinpoint Rusting兩種銹蝕類型，如圖十六，然而當物體顏色和銹蝕相近時，辨識上仍可能有誤。若再引入近紅外光影像，可配合可見光辨識的成果評估銹蝕區域的嚴重程度，而無銹蝕的區域，則可利用於評估非銹蝕區塗層的均勻性---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖十六、三維化可見光影像識別銹蝕
★本文節錄自《工業材料雜誌》434期，更多資料請見下方附檔。