蒐集之資料、文獻分析

非破壞檢測(Nondestructive testing, NDT)或稱為非破壞檢驗(Nondestructive Inspection, NDI)、非破壞檢查(Nondestructive Examination, NDE) 、非破壞評估 (Nondestructive Evaluation, NDE)，所謂非破壞性試驗即為不破壞被檢測對象之 原有完整性、外觀或可用性而檢知其物理特性、機械特性或品質狀況之檢測方 法；Ross and Pellerinet(1991)則指藉由非破壞性方法來評價材料的性質或者內部 的構造，在不損害材料既有用途的前提下的一種檢測工作，這項檢測工作的目 多種技術(Divos and Szalai, 2002; Pellerin and Ross, 2002; Schad et al.1996; Chiu et al., 2004) ， 例 如 超 音 波 影 像 法 (ultrasonic imaging) 、 音 響 斷 層 影 像 (acoustic tomography)、應力波斷層影像(stress-wave-based tomography)、電腦斷層攝影法 (computer tomography, CT)(Bucur, 2003; Rust, 2000; Wang et al., 2004)。其中，應 力波及超音波技術為基礎的影像技術(imaging techniques)是較為簡單低成本及有 效率的，因為應力波的傳播(propagation)是基於機械性的現象，常用於監測木材 內部缺點，木材應力波傳播(transmission)時間或衰減(attenuation)已證實是一種 有效的參數去檢測評估木材劣化(deterioration)情形(Lin et al. 2000; Yamamoto et al. 1998)。而應力波及超音波技術由最初的兩個轉換器，漸漸結合較多的轉換 器，並配合分析程式軟體，進而發展斷面影像系統，作為快速、可定位及定量材

質評估方法之一，實務上可再結合其它定量性儀器(Mattheck and Breloer, 2003) 化情形時，會影響傳播時間，愈嚴重時，其傳播時間有愈大的趨勢(Sandoz, 1994)。

資料分析方面，一般，利用傳播時間的增加率和參考值比較，以作為評估材 質的基準(Wang et al., 2004)。Divos and Szalai (2002)指出評估的過程是基於測定 一個方向時，比較測定傳播時間及參考值資料間的差異，其假定的學說是，在測 定的傳播時間是高於10%的參考值資料時，則定義為缺點線(defect line)，兩個缺 點線交叉可以標示出缺點位置，此區域判定樹幹內部缺點，再從測定影像結果中 及實際的腐朽位置重疊現象來看，會有相當的預估水準，影像解析度可以藉由轉 換器(transducer, channel)的增加來增高。若以應力波速度觀點來看，則是測定速 度低於 90%的健全材質的樹木參考值時(假設值)，或稱為相對速度差異(relative velocity drop)值為基準，可判定樹幹中存在有缺點，當差異愈大時，其缺點愈嚴 重。接著，再由程式軟體導算各個傳播速度及其差異性，並利用顏色原理，繪製 其斷面影像圖形，以提供評估材質的依據。

斷層攝影（Tomography）為針對某個斷面進行全面性的二維或三維之探查，

其又稱為斷層攝影、斷層掃瞄、層析成像等。Tomography 這個字是由希臘文 τομοσ 演變而來，在希臘文上原始意義就是指『斷面』（Section）或切出的『薄 片』（Slice）的意思。如今我們即可明白地定義斷層攝影為「利用待測物非破壞

性質的反應（能量在物體內傳遞的情形），以產生內部斷面組成圖像的顯像技術」

（高千平，2001）。Tomography 的概念最早是在 1917 年由 Radon 所提出，當 時Radon 指出 「如果知道一組關於待測參數完整的總和或投影（Projection），

將可以反求這個待測參數的值」，並且推導出欲求參數與其投影的解析關係式。

1972 年，英人 Hounsfield 研發一種運算投射的逆投影的運算法則，名為 Back- projection method，創造出了第一代的斷層掃瞄系統。所謂 Back projection 數學 運算，即是一種逆推的方法，將一個方向的 X 光掃瞄成像結果，逆推它原本的 空間分佈，轉換成數位訊號。然後經由把多方向的照射之後得到的所有數據整合 的方式，得出原本待測物的立體空間影像。至此以後斷層攝影開始被廣泛的應用。

在匈牙利FAKOPP^® 2D Tomography 儀器便是以此方法將原本兩個感應器的 線狀應力波儀，利用多通道技術配合斷層攝影技術使其能以2D 影像圖形顯示出 樹幹斷面材質狀況，由表1-1 可以看出原數據與後來挖了 5 公分的人造孔洞時，

其應力波相對速度差異(Relative velocity drop,RVD)可以看的出來只要線狀經過 孔洞RVD 就會增加(如下表 1-1)，利用此原理配合斷層攝影(Tomography)技術則 可以降低誤差，當感應器越多時其交叉感應線越多，當感應線越多其能偵測的孔 洞面積就越小誤差也越小（如表1-2 所示）。

表1-1 應力波偵測孔洞示意表（摘自 www.fakopp.com）

表1-2 應力波多路徑斷層攝影示意表（摘自 www.fakopp.com）

Setup

Number of test points 4 5 6 7 8 Number of measurements 6 5 9 4 20 Number of reference velocities 2 1 2 2 3 Minimum detectable defect 8% 6% 3% 4% 1%

Arbotom^®是德國RINNTECH^®公司所製造的多通道應力波儀，與 FAKOPP^® 原理相似，但Arbotom^®最多可以到達24 個通道以上，可進行立體 3D 的材質檢 測。

Martints et al. (2004)利用超音波儀結合斷層影像技術，以 16 個偵測點方式 檢測有腐朽的櫸木斷面，得知其音速分佈在 460-2350 m/s 之間，其中當音速低 於1000 m/s 時，其內部材質有可能發生腐朽或破壞現象，其斷面可見圖 1-1 對 照，在顏色越接近深棕色其速度越快，其相鄰櫸木斷面材質越好，可以發現在斷 面A(Section A)中其右下方發生嚴重腐朽，因此在圖面上速度也降到低於 600 m/s 以下，由此可以發現以斷層影像是可以有效發現腐朽的，但相對的，在斷面影像 中亦可以發現其斷面實際腐朽位置與成像影像不完全相符合，有些高估有些低 估，故應該進一步校正。

圖1-1 斷層影像示意圖（Martints et al., 2004）

Socco et al. (2004)研究中將斷面影像結果與利用鑽孔抵抗儀(驗證)所得的結 果進行印證分析(圖 1-2)，發現有明顯的相關性，在影像中顯示音速較慢的區域，

其鑽孔抵抗值亦偏低，在影像中顯示音速較高的地方，其鑽孔抵抗值亦有較高的 傾向。

圖1-2 斷面影像與鑽孔阻抗圖譜對照圖（Socco et al., 2004）

在Socco et al. (2004)研究中以 16 個檢測方向用 PUNDIT 超音波儀結合斷層 影像技術，進行評估林木內部材質，但其影像結果與實際試材（圖1-3）方式裁 切後超音波波速相印證發現在腐朽處，以斷層影像所得的數值偏高，且在最外圍 地方所得結果造成低估現象（圖1-4），因此這學者所使用方式仍須進一步校正 與評估。Lin et al. (2008)(團隊成員)以超音波 2D 斷面技術評估柳杉樹幹中的腐朽 空洞的位置及大小，具有相當的預估效果。Wang et al. (2009)同樣以超音波 2D 斷層技術檢測黑櫻桃樹(Black cherry tree, Prunus serotina)的內部腐朽及內裂等缺 點，並進一步改善檢測軟體提高解析能力。

斷層攝影技術已經普遍應用於醫學等領域，但應用於林木檢測中，在其成像 技術上，要得正確的內部的影像，仍有諸多討論與改進的空間，本研究之目的即 在現有斷層攝影技術中，找出最適合的方法，除了作為未來從事林業相關檢測工

作之參考，再藉由探討相同孔洞情況下不同的運算法則及以同種運算方式不同孔 洞下之成像結果，找出最可行之方式。

圖1-3 試材與斷面影像對照圖（Socco et al., 2004）

圖1-4 斷面影像分析速度與小試材超音波速對照圖（Socco et al., 2004）