第二章 文獻回顧
2.2 電氣設備檢測技術
高科技產業中電氣設備是重要之設施，而電氣設備維修保養方法需依據設備失效之 可能性、嚴重性及異常發生的症狀，給予不同的診斷方式並配合適當的維修保養程序，
方能達到最大維護效益。而目前針對大多數電氣設備維護方式主要可區分為預知維護、
預防維護、矯正維護，如圖2.8所示﹝7﹞。
1. 預知維護(Predictive Divination Maintenance；PDM)
為判斷電氣設備劣化之徵兆，利用適當之檢測儀器，以連續性或週期性來偵測 設備並記錄其運轉狀況之變化，並將記錄所得數據進行分析，以期在設備完全損壞 前進行事先維護，而所採取預測式之維護管理，此方式為本研究所探討的方法。
2. 預防維護(Predictive Maintenance；PM)
依據計畫定期實施檢查、維修或更換部分電氣設備零件，使設備在發生輕微異 常時即加以修正，由於是依據計畫性時間來實施維護保養工作，因此法是屬於以時 間為主的維護方式。
3. 矯正維護(Corrective Maintenance；CM)
當發現設備故障時立即進行維護作業，把現有設備的異常狀況加以改善，藉此 減少其他設備劣化或故障。
目前高科技產業中推展電氣設備之預知保養，其應用的診斷技術眾多，其中包含了 紅外線熱影像分析、潤滑油分析、電暈分析、振動分析、及超音波音洩等技術，這些均 屬於非破壞性與非接觸性分析技術，讓製程電氣設備可在不停機的狀況下，即可進行檢 測及監控以發現設備異常問題點，以達到預知維護之效果，避免發生重大之損失。而在 這些檢測方式中又以紅外線熱影像分析之應用最為廣泛者。列舉目前應用之電氣設備失 效診斷技術做說明，如表 2.1﹝3﹞。
2.3 紅外線檢測運用理論 紅外線檢測運用理論 紅外線檢測運用理論 紅外線檢測運用理論
在1800年英國天文學家William Herschel用三稜鏡分光作用探討光譜的熱效應時發 現了紅外線。在第一次世界大戰結束前，軍事專家使用紅外線作通訊及探測系統，獲得 相當好的效果。到了第二次世界大戰，紅外線的實用技術更有了很大的進展，在這期間 最被稱道的成就之一，就是「光學影像轉換器」的發展，用紅外線照射於物體而顯現形 像於螢光幕上，因此被用於夜間作戰中。日後紅外線於軍事中應用更加普遍， 如熱追 蹤飛彈、自動導航與飛行等。近年來由於紅外線技術的突破及成本的降低，以及紅外線
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熱影像儀器的開發能有效地用於熱分佈檢測及測溫，因此紅外線檢測被廣泛使用於醫 學、工業、土木、航太及軍事等領域上。
紅外線為電磁波領域的一部份，紅外線的波長比可見光長，肉眼無法辨識，紅外線 波長在0.75μm ~ 1000μm之間，依波長大小區分成近紅外線（0.75μm ~ 1.5μm）、中 紅外線（1.5μm ~ 4.0μm）、遠紅外線（4.0μm ~1000μm），如圖2.9。依據輻射定律 指出在確定的溫度下，物體對輻射能之放射率或吸收率與表面之性質有關。根據黑體輻 射理論，物體表面若超過絕對零度(0 K或-273.15℃)即會放射出與其溫度相應的電磁波 輻射，隨著溫度的不同，其輻射之波長分布特性亦隨之改變。紅外線光譜波長為人類肉 眼所無法辨識，需藉助儀器人類肉眼才能辨識紅外線。紅外線熱影像儀運用光電技術，
將波長訊號轉換成可供人類視覺辨視之影像圖形，並進一步計算出溫度值，並利用普朗 克定律量測出物體輻射度，而得知物體的溫度分佈情形﹝8﹞。自然界任何物體在絕對溫 度以上，即存在內部能量(Internal Energy)，並輻射出電磁波，因此紅外線熱影像儀能在 無接觸的情況下檢測出電氣設備熱分佈情形與異常，因而進行設備溫度異常故障的診 斷。紅外線熱影像儀依據紅外線輻射信號來源可分為主動式和被動式兩大類。主動式紅 外線熱影像儀是以紅外線輻射源去照射目標，再利用被反射的紅外線輻射生成目標的熱 圖像。被動式紅外線熱影像儀是由偵測單元、訊號放大單元、訊號處理單元及輸出單元 組成，其可利用偵測器接收目標物體發射、反射和傳導的能量，再利用放大器和訊號處 理器將訊號轉換成可供人類視覺辨視之影像圖形及溫度，如圖2.10。﹝3﹞
表 2.1 電氣設備失效診斷技術
圖 2.9 紅外線光譜圖
Lens UFPA PRE AMP Signal
Processing
Lens UFPA PRE AMP Signal
Processing
Lens UFPA PRE AMP Signal
Processing
IR Lens：鏡頭容許紅外線通過。
CCD：可顯示可見光影像。
UFPA：紅外線訊號偵測器。
PRE AMP：將偵測器擷取訊號放大。
Signal Processing：將紅外線訊號轉為溫度訊號。
External I/F：外部輸入/輸出介面。
View Finder：顯示熱影像。
第三章 第三章 第三章
第三章 研究方法 研究方法 研究方法 研究方法
3.1 檢測儀器 檢測儀器 檢測儀器 檢測儀器
本研究是以紅外線熱影像儀針對製程設備電氣設施進行檢測，所使用之儀器係由美 國FLIR公司所製造，為一非接觸式及高敏感度之紅外線顯像儀器，其外觀如圖3.1、圖 3.2所示。該檢測儀器可偵測紅外線能量，將之轉換為電子信號，電子信號再經過處理 後，在影像顯示器上形成熱成像，並加以計算溫度。紅外線熱影像儀可將測量感應到的 熱能量化，讓檢測時不僅可以監控熱效能，還可以辨識、評估熱能相關問題的相對嚴重 程度，其規格如表3.1。﹝17﹞
3.2 研究方式與流程 研究方式與流程 研究方式與流程 研究方式與流程
進行紅外線檢測前須制定可行之檢測計畫，為避免進行檢測時因各部門可配合時間 上之差異造成困擾，因而造成人力與物力之浪費，因此該計畫於擬定前可先與各電氣設 備相關管理部門及人員進行討論與確定，以使得檢測計畫能獲得最大效益。而在紅外線 熱影像檢測計畫之進行上，將區分為「檢測計畫制定」、「檢測計畫執行」、「檢測結 果確認」、「檢測異常結果處理」四大步驟來進行，整體執行方式之流程如圖3.3所示。
而各步驟執行之作業說明，以下將分別說明。
1. 檢測計畫制定
為避免進行檢測時不必要的人力與時間浪費，應於檢測前制訂適宜之計畫。而 首要之際，即建立製程電氣設備清單，並依據電氣設備清單中之檢測對象逐一進行。
由於製程機台數量眾多，為避免檢測時造成項目遺漏與統計上之困擾，可依據製程 區域及特性進行分類，並將電氣設備之所在位置樓層、製程區域、機台名稱、機台 編號、電氣盤面編號、風險等級、檢測頻率、設備保管單位、負責人員、聯絡方式...
等相關資訊明列於清單中，如表3.2所示。
而製程電氣設備清單中除列出需檢測之對象外，亦須依據該機台電氣設備之風 險等級來進行檢測頻率之制定。因製程電氣設備之數量與種類繁多，因此若不依據 其實際狀況來進行檢測頻率制定，將容易因檢測程序繁雜而造成困擾。而若依據其 風險等級進行檢測，除能有效應用人力與物力，更能有效掌握其危害風險，以最低 成本達到最大效益。而針對引起損害或損失，以及其他足以引起意外或可能導致意 外發生之不期望的事件，將依其風險等級進行區分，可依據附表 3.3 原則與各設備負
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數位相機鏡頭 紅外線鏡頭
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數位相機鏡頭 紅外線鏡頭
圖 3.1 紅外線熱影像儀正面外觀 資料來源：參考文獻
﹝17﹞操作按鈕
LCD螢幕 鏡頭本體
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LCD螢幕 鏡頭本體
圖 3.2 紅外線熱影像儀背面外觀
資料來源：參考文獻
﹝17﹞表 3.1 紅外線熱影像儀規格
AC 運作 AC整流器：90-260 VAC輸入
電壓 11-16 VDC
圖 3.3 紅外線熱影像檢測執行流程圖 檢測區域製程電氣設
備資料調查與統計
檢測區域與檢測時 程之訂定
進行檢測
檢測結果紀錄與確認
檢測結果OK 檢測結果NG
電氣設備元件異常維修
電氣設備元件維修後復檢測
檢測紀錄留存
OK
NG 檢測計畫制定
檢測計畫執行
檢測結果確認
檢測異常結果處理
項次 廠區別 樓層 製程區域 機台名稱 機台編號 電氣盤面編號 風險等級 檢測頻率 設備保管單位 負責人員 聯絡方式 製表日期： 年 月 日
製表人：
製程電氣設備清單
製程電氣設備清單
製程電氣設備清單
製程電氣設備清單
表 3.2 製程電氣設備清單
責人員進行規劃與制定，並依據風險等級與頻率區分表將檢測對象進行優先順序之 排定以提高檢測效率。
2. 檢測計畫執行
以紅外線熱顯像儀進行製程電氣設備檢測時，在一般環境狀況之下皆可直接開 機並於自動校正後進行檢測，檢測人員即可經由顯示螢幕中了解被測物體的溫度分 佈與溫度值。而在檢測之同時，須將相關機台資訊記錄於表單中，如檢測區域、機 台名稱及編號、盤面編號、檢測位置與檢測結果等相關資料，如附表 3.4。而在檢測 進行中仍有部分需注意之事項須加以避免，以免造成檢測結果有所誤差。
(1)進行檢測前需先確認檢測對象之製程設備是否處於運轉中，若機台於停機、保養、
維修…等無負載之狀況下進行紅外線熱影像檢測，則其檢測出之數據是無法作為 機台設備狀況之依據。
(2)部分製程設備設計上為維護作業人員安全，機台與電氣盤面間會設有連鎖裝置，
若貿然開啟電氣盤面將會造成機台無預警停機。因此在進行檢測開啟電氣盤面 時，需事先與機台負責人確認其裝置，並先行將其連鎖裝置隔離，而在完成檢測 作業後亦需再將連鎖裝置進行復歸，以維持機台設備與人員安全。
(3)檢測時因須於機台設備運轉下進行，故為現場活線作業，因此須避免身體及手工 具接觸電氣元件。在使用紅外線熱影像儀時須距離盤面 30cm~100cm 之安全距離 進行檢測，以免發生感電之情形。
(4)部分受檢測之電氣盤面內部會設有壓克力保護蓋或其他安全之保護裝置，因此在 進行檢測前應在不影響安全情形下盡可能卸除。因受保護遮蔽之部位，會影響紅 外線檢測而造成檢測結果失去準確性。
(5)紅外線熱影像儀開始進行檢測時會自動調整對焦，而焦距是否清晰將會影響檢測 出之溫度值，因此在進行紅外線拍攝時須力求焦距之清晰。
(6)大氣溫度與設備使用環境之溫度亦會造成溫度量測上的誤差，因此對於具較低放 射率之被測物體，鄰近的熱源與光源的反射作用會造成檢測時之明顯干擾現象。
3. 檢測結果確認﹝12﹞
紅外線熱影像儀針對電氣設備進行檢測，除了可得知設備的整體熱影像分佈來研判 異常部位元件及造成原因外，對於局部熱點亦可用電腦分析軟體計算出溫度值。而當異 常熱點被檢測出時，電氣設備維護人員則可依據該異常處對設備之構造及使用特性，進 行異常點判斷及採取改善措施。而紅外線熱影像儀所檢測出之異常點，乃是指檢測出之
紅外線熱影像儀針對電氣設備進行檢測，除了可得知設備的整體熱影像分佈來研判 異常部位元件及造成原因外，對於局部熱點亦可用電腦分析軟體計算出溫度值。而當異 常熱點被檢測出時，電氣設備維護人員則可依據該異常處對設備之構造及使用特性，進 行異常點判斷及採取改善措施。而紅外線熱影像儀所檢測出之異常點，乃是指檢測出之