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研究生:禹威樺
研究生(外文):Wei-Hua Yu
論文名稱:建築物層狀元件之紅外線檢測與影像處理
論文名稱(外文):Thermal Image Processing for Inspection of Layered structures
指導教授:江支弘江支弘引用關係
指導教授(外文):Chih-Hung Chiang
學位類別:碩士
校院名稱:朝陽科技大學
系所名稱:營建工程系碩士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:非破壞檢測紅外線熱影像法複合材料
外文關鍵詞:CFRPinfrared thermographynondestructive testing
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外貼式碳纖維補強為目前最常使用於修補混凝土結構的工法之一。本研究將應用紅外線熱影像法檢測,利用不同的加熱 (固定式、閃爍式、移動式加熱) 熱源於受測物面上,紅外線熱影像儀可以大面積、大尺寸的檢測碳纖維補強施工中所產生的黏結不完全、褶皺、氣泡等瑕疵情形,應用Edge detection等影像處理技術進行分析,可以計算出缺陷大小與位置,進而對缺陷進行修補。研究結果發現,紅外線檢測配合進行影像的後處理可以有效的辨別CFRP施工時和黏貼後的界面瑕疵狀況,本研究利用不同熱源進行實驗研究,以移動式加熱最佳,其次為閃爍式加熱與固定式加熱以邊緣檢測法處理後之二維影像用於估計缺陷大小,所得尺寸誤差多數在20%以內;相關應用案例包括磁磚裝修檢測、缺陷形狀辨別、道路鋪面缺陷。
Interface defects have profound effect on the performance of layered structures. Current study aims to inspect the interface defects in layered structures in civil engineering. The bonding interface of CFRP strengthened mortar specimens were examined using infrared thermography. Active heating methods were applied and comparisons were made among simulated uniform heating, pulsed heating, and long-pulse heating. The results show that simulated uniform heating provides best thermal image quality. Defect dimensions can be effectively determined after edge detection techniques and other image processing procedures are applied to analyze the captured thermal images. The estimated lateral dimensions are in reasonable agreement with the true defect size. Average difference is less than 20% while the maximum deviation is about 30% from the true size of defects. The inspection of tiled-wall systems and pavement surfaces are also presented based on results obtained using the above-mentioned post processing techniques on the recorded thermal images.
中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII

第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 論文內容概要 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 建築物修補之非破壞檢測 3
2.2 紅外線檢測之簡介 3
2.3 紅外線檢測技術基本原理 4
2.3.1 紅外線系統分類 5
2.4 碳纖維簡介 6
2.4.1 碳纖維之補強 6
2.4.2 碳纖維材料特性 7
2.5 碳纖維與紅外線影法在土木工程上的應用 8
2.6 紅外線熱影像法在土木工程上之應用 10
第三章 理論探討 12
3.1 紅外線相關理論 12
3.1.1 黑體(Blackbody) 12
3.1.2 普朗克定律(Planck`s Law) 13
3.1.3 史特凡-波茲曼定律(Stefan-Boltzmann Law) 14
3.1.4 韋恩位移定律(Wien’s displacement Law) 15
3.1.5 放射率(Emissivity) 15
3.2 熱傳遞基本概念 15
3.2.1 熱力學第一定律 15
3.3 碳纖維補強 16
3.3.1 碳纖維材料基本組成成分 16
3.3.2 碳纖維材料特性 17
3.4 影像處理(Image processing) 17
3.4.1 影像相減法(Image differencing) 18
3.4.2 邊緣檢測(Edge detection) 19
第四章 儀器配置與實驗方法 22
4.1 儀器設備介紹 22
4.1.1 紅外線熱影像 22
4.2 實驗規劃 27
4.2.1 固定與閃爍加熱法 27
4.2.2 移動式加熱法 27
4.2.3 實驗配置 28
4.3 CFRP補強材料 30
4.3.1 補強材料 30
4.4 CFRP貼覆工程施工順序 33
4.4.1面層處理 33
4.4.2斷面復舊 33
4.4.3不平整修復 33
4.4.4纖維材料黏貼 34
4.5 熱影像分析法 36
第五章 實驗結果 39
5.1移動加熱試驗結果 39
5.2固定式加熱試驗結果 43
5.3閃爍式加熱試驗結果 47
5.4 改善影像處理 53
5.4實驗結果比較 58
5.6 案例驗證 59
5.6.1外飾材裝修檢測 59
5.6.2 缺陷其他形狀的辨別 61
5.6.3 道路鋪面缺陷 63
5.7 實驗檢測流程 64
第六章 結論與建議 65
6.1結論 65
6.2建議 67
參考文獻 68
表目錄
表4-1 儀器內部各部分的功能 24
表4-2 TH7102的量測視野 25
表4-3 紅外線攝影機(TH7102MX)的規格 26
表4-4 CFRP貼片物理性質 31
表4-5 底漆材料物理性質 32
表4-6 積層樹脂物理性質 32
表5-1 梯形板移動式加熱 42
表5-2 梯形板固定式加熱 46
表5-3 梯形板閃爍式加熱(週期2秒) 51
表5-4 層狀板試體閃爍式加熱(週期10秒) 52
表5-5 梯形板移動式加熱 57
表5-6 丁掛磚比較缺陷大小 61
表5-7 不同形狀缺陷比較大小 62


圖目錄
圖1-1 研究流程圖 2
圖2-1 紅外線光譜圖 4
圖2-2 大氣窗口 5
圖3-1 模擬黑體 13
圖3-2 黑體輻射強度 14
圖3-3 影像相減 18
圖3-4 SOBEL遮罩 20
圖3-5 個邊緣偵測法之結果 21
圖4-1 紅外線攝影機 22
圖4-2 紅外線55°廣角鏡頭 22
圖4-3 儀器內部的結構 23
圖4-4 TH7102的量測視野示意圖 25
圖4-5 固定與閃爍試燈源擺放位置 27
圖4-6 閃爍燈源控制器 27
圖4-7 移動式擺放位置 27
圖4-8 梯形板試體示意圖 29
圖4-9 層狀板黏貼3層CFRP 示意圖 29
圖4-10 (a)閃爍式和固定式加熱,(b)移動式加熱,(c)閃爍式與固定式加熱示意圖,(d)移動式加熱示意圖 29
圖4-11 底漆-硬化劑拌合 30
圖4-12 底漆塗佈 30
圖4-13 面漆-硬化劑拌合 31
圖4-14 面漆-主劑拌合 31
圖4-15 滾輪均勻塗覆 33
圖4-16 CFRP貼覆 35
圖4-17 使用滾輪塗覆去除氣泡養護 35
圖4-18 Thermo Workbench 軟體使用介面 36
圖5-1 梯形板,(a)移動式加熱7分鐘降溫10秒,(b) Edge-Canny臨界
值0.07,(c) Edge-Sobel臨界值0.18……………………….…………...40
圖5-2 梯形板,(a)移動式加熱7分鐘降溫10秒,(b)移動式加熱2分鐘降溫0秒,(c)移動式加熱7分鐘降溫10秒減移動式加熱2分鐘降溫0秒 40
圖5-3 以圖5-2(c)進行邊緣檢測,(a)Edge-Canny臨界值0.18,(b)Edge-Sobel臨界值0.08 41
圖5-4 梯形板,(a) 移動式加熱7分鐘降溫10秒,(b)未加熱,(c) 移動式加熱7分鐘降溫10秒 減 未加熱 41
圖5-5 以圖5-3(c)進行邊緣檢測,(a) Edge-Canny臨界值0.1,(b)Edge-Sobel臨界值0.2 41
圖5-6 梯形板(a)固定式加熱2分鐘降溫10秒(b)Edge-Canny臨 44
界值0.14(c) Edge-Sobel臨界值0.18 44
圖5-7 梯形板(a) 固定式加熱2分鐘降溫10秒(b) 固定式加熱1分鐘降溫0秒(c) 固定式加熱2分鐘降溫10秒減固定式加熱1分鐘降溫0秒 44
圖5-8 以圖5-7(c)進行邊緣檢測(a) Edge-Canny臨界值0.35(b)Edge-Sobel臨界值0.08 44
圖5-9 梯形板(a)長脈波加熱2分鐘降溫10秒(b)未加熱(c)長脈波加熱2分鐘降溫10秒 減 未加熱 45
圖5-10 以圖5-9(c)做邊緣檢測(a)Edge-Canny臨界值0.15(b)Edge-Sobel臨界值0.23 45
圖5-11 梯形板(a)閃爍式(週期兩秒)加熱5分鐘降溫10秒(b)Edge-Canny臨界值0.2(c)Edge-Sobel臨界值0.14 48
圖5-13 以圖5-12(c)做邊緣檢測(a) Edge-Canny臨界值0.4(b)Edge-Sobel 臨界值0.14 49
圖5-14 梯形板(a)閃爍式(週期兩秒)加熱5分鐘降溫10秒(b) 未加熱(c)閃爍式(週期兩秒)加熱5分鐘降溫10秒 減 未加熱 49
圖5-15 以圖5-14(c)做邊緣檢測(a)Edge-Canny臨界值0.4(b)Edge-Sobel臨界值0.14 49
圖5-16 層狀版試體(a) 閃爍式(週期10秒)加熱3分鐘降溫10秒(b)Edge-Canny臨界值0.8 (c) Edge-Sobel臨界值0.16 50
圖5-17 層狀版試體(a)閃爍式(週期10秒)加熱2分鐘降溫10秒(b)Edge-Canny臨界值0.08(c)Edge-Sobel臨界值0.18 50
圖5-18 梯形板試體 53
圖5-19 燈源配置圖 53
圖5-20 梯形板A1,(a)移動式加熱7分鐘降溫10秒(b)Edge-Canny臨界值0.16(c)Edge-Sobel臨界值0.22 54
圖5-21 梯形板A1,(a)移動式加熱7分鐘降溫10秒,(b)移動式加熱2分鐘降溫0秒,(c)移動式加熱7分鐘降溫10秒減移動式加熱2分鐘降溫0秒 54
圖5-22 以圖5-21 (c)進行邊緣檢測,(a)Edge-Canny臨界值0.22,(b)Edge-Sobel臨界值0.08 54
圖5-23 梯形板A1,(a) 移動式加熱7分鐘降溫10秒,(b)未加熱,(c) 移動式加熱7分鐘降溫10秒 減 未加熱 55
圖5-24 以圖5-23 (c)進行邊緣檢測,(a) Edge-Canny臨界值0.24,(b)Edge-Sobel臨界值0.16 55
圖5-25 梯形板A2,(a)移動式加熱7分鐘降溫10秒(b)Edge-Canny臨界值0.16(c)Edge-Sobel臨界值0.22 55
圖5-26 梯形板A2,(a)移動式加熱7分鐘降溫10秒,(b)移動式加熱2分鐘降溫0秒,(c)移動式加熱7分鐘降溫10秒減移動式加熱2分鐘降溫0秒 56
圖5-27 以圖5-26 (c)進行邊緣檢測,(a)Edge-Canny臨界值0.22,(b)Edge-Sobel臨界值0.08 56
圖5-28 梯形板A2,(a) 移動式加熱7分鐘降溫10秒,(b)未加熱,(c) 移動式加熱7分鐘降溫10秒 減 未加熱 56
圖5-29 以圖5-28 (c)進行邊緣檢測,(a) Edge-Canny臨界值0.24,(b)Edge-Sobel臨界值0.16 57
圖5-30 磁磚試體缺陷之設計示意圖 59
圖5-31 丁掛磚(a) 移動式加熱7分鐘降溫10秒(b)Edge-Canny臨界值0.13 (c) Edge-Sobel臨界值0.15 60
圖5-32 利用邊緣檢測,辨別不同形狀………………………………………62
圖5-33 層狀版(a)移動式加熱7分鐘(b)Edge-Canny臨界值0.3(c)Edge-Sobel 62
圖5-34 (a)峰堤路鋪面修補(b) 峰堤路紅外線影像(c) Edge-Canny臨界0.3
(d)Edge-Sobel臨界值0.16………………………………..…………..…63
圖5-35 檢測流程圖 64
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