เกจวัดความหนาผิวเคลือบ Coating Thickness Gauge

ความสำคัญของการวัดความหนาผิวเคลือบ

ความหนาของสี (DFT) หรือความหนาของการเคลือบนั้นถือเป็นการวัดที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในระหว่างการเคลือบและการตรวจสอบการเคลือบป้องกัน การเคลือบได้รับการออกแบบมาให้ทำหน้าที่ตามจุดประสงค์เมื่อใช้ภายในช่วง DFT ตามที่ผู้ผลิตกำหนด ความหนาของสีที่ถูกต้องจะช่วยให้ผลิตภัณฑ์มีประสิทธิภาพสูงสุด แม้แต่ข้อกำหนดพื้นฐานที่สุดก็ยังต้องวัด DFT (Dry film thickness)

ตัวชี้วัดคุณภาพ

การวัดความหนาของฟิล์มอย่างสม่ำเสมอช่วยควบคุมต้นทุนวัสดุ จัดการประสิทธิภาพการใช้งาน รักษาคุณภาพของงานเคลือบ และรับรองความสอดคล้องกับข้อกำหนด ผู้ผลิตสีแนะนำช่วงความหนาเพื่อให้ได้คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพสูงสุด และลูกค้าคาดหวังว่าจะต้องเป็นไปตามพารามิเตอร์เหล่านี้

เครื่องวัดความหนาผิวเคลือบมีกี่ประเภท?

DeFelsko มีเครื่องวัดและหัววัดความหนาผิวเคลือบหลายประเภทสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการวัดการเคลือบสีแบบเปียกหรือแบบแห้งบนโลหะ (metals) และอโลหะ (non-metals) เช่น ไม้ คอนกรีต พลาสติก วัสดุผสม เป็นต้น นอกจากนี้ยังมีเครื่องวัดสำหรับการวัดความหนาของการเคลือบผงที่ยังไม่แห้งและการวัดความหนาของฟิล์มแบบแห้งแบบทำลายพื้นผิว โดยสามารถวัดได้ด้วยวิธีต่างๆดังนี้

1. เครื่องวัดความหนาสีแม่เหล็ก (Magnetic Film Thickness Gages) เหมาะสำหรับวัดความหนาของสีหรือสารเคลือบที่ไม่ใช่แม่เหล็กบนพื้นผิวเหล็ก

2. เครื่องวัดความหนาสีด้วยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กและแม่เหล็กไฟฟ้า (Eddy Current Film Thickness Gages) เหมาะสำหรับวัดความหนาสีที่ไม่นำไฟฟ้าบนพื้นผิวโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เช่น สแตนเลส ทองแดง อลูมิเนียม เป็นต้น โดยไม่ทำลาย

3. เครื่องวัดความหนาสีอัลตราโซนิก (Ultrasonic coating thickness gages) เหมาะสำหรับวัดวัดความหนาสีหรือผิวเคลือบบนพื้นผิวที่ไม่ใช่โลหะ (คอนกรีต ปูน ไฟเบอร์กลาส พลาสติก ไม้ ฯลฯ) โดยไม่ทำลายสีหรือสารเคลือบ

**หลักการวัดความหนาผิวเคลือบยังมีมากกว่า 3 ประเภทข้างต้น แต่ในบทความนี้เราจะอธิบายเพียง 3 ประเภทนี้เท่านั้น**

หลักการทำงานของเครื่องวัดความหนาของสี

เครื่องวัดความหนาสีแม่เหล็ก (Magnetic Film Thickness Gages)

เกจวัดความหนาสีแบบแม่เหล็ก ใช้เพื่อวัดความหนาของสารเคลือบที่ไม่เป็นแม่เหล็กบนพื้นผิวเหล็กโดยไม่ทำลายพื้นผิว สารเคลือบส่วนใหญ่บนเหล็กและเหล็กกล้าจะวัดด้วยวิธีนี้ เกจวัดสีแบบแม่เหล็กของโรงงานสีใช้หลักการทำงาน 2 ประการ ได้แก่ การดึงออกด้วยแม่เหล็ก (magnetic pull-off) หรือการเหนี่ยวนำด้วยแม่เหล็ก/แม่เหล็กไฟฟ้า (magnetic/electromagnetic induction).

การดึงออกด้วยแม่เหล็ก Magnetic Pull-off (Type 1 - Pull Off Coating Thickness Gages)

เกจวัดแรงดึงแม่เหล็กใช้แม่เหล็กถาวร สปริงและสเกลที่มีการสอบเทียบแล้ว ในการใช้งานจะเกิดแรงดึงดูดระหว่างแม่เหล็กและเหล็ก แม่เหล็กจะดึงทั้งสองเข้าด้วยกัน ยิ่งมีความหนามากขึ้นแรงดึงดูดก็จะน้อยลง จึงใช้หลักการนี้ในการแสดงค่าความหนาของผิวเคลือบได้

PosiPen คือปากกาวัดค่าความหนาของการเคลือบผิว (Magnetic Pull-Off Coating Thickness Gage) สำหรับวัดความหนาของการเคลือบผิวที่ถูกเคลือบอยู่บนวัสดุที่เป็นเหล็ก เช่น การวัดความหนาสีที่แห้งแล้วบนเหล็ก, การวัดความหนาผิวเคลือบบนเหล็ก (ซึ่งวัสดุที่มาเคลือบบนเหล็กนั้นจะต้องไม่มีผลต่ออำนาจแม่เหล็ก), การวัดความหนาผิวเคลือบของการชุบสังกะสี (Hot-dip galvanizing on steel), การเคลือบโลหะหรือการชุบอื่นๆ ที่อยู่บนเหล็ก เป็นต้น ซึ่งเป็นการวัดโดยที่ไม่ทำลายพื้นผิวของชิ้นงาน และยังใช้งานได้ง่ายและเหมาะกับในจุดที่เข้าถึงยาก เช่น ชิ้นงานที่มีขนาดเล็ก, ชิ้นงานที่มีปลายแหลมและต้องการวัดความหนาของการเคลือบผิวตรงส่วนปลาย วัดได้บนอุณหภูมิของชิ้นงาน ตั้งแต่ -100℃ ถึง 230℃

PosiTest เกจวัดค่าความหนาของการเคลือบผิวแบบไม่ทำลายพื้นผิวชิ้นงาน โดยเหมาะสำหรับการนำไปวัดค่าความหนาของการเคลือบผิว ซึ่งวัสดุที่นำมาเคลือบลงบนเหล็กต้องไม่มีผลต่ออำนาจแม่เหล็ก (NON-magnetic coatings) เช่นวัดค่าความหนาสีที่ทาบนเหล็ก (Paint), วัดค่าความหนาของการชุบกัลวาไนซ์บนเหล็ก (Zinc), วัดค่าความหนาสีน้ำมันบนเหล็ก (Enamel), วัดค่าความหนาฟิล์มอาบไอโลหะบนเหล็ก (Metalizing), การชุบสี (Plating), และอื่นๆ

• ตัวเกจวัดแข็งแรงทนทานต่อ การกระแทก, น้ำ, กรด หรือสารทำละลายต่างๆ
• ตัวเกจถูกออกแบบมาเป็นพิเศษให้มีส่วนด้านท้าย เพื่อรองรับการวัดในทุกๆ ตำแหน่ง จึงไม่มีการหมุนหรือเอียงในขณะที่วัดและมั่นคง ทำให้ค่าการวัดแม่นยำ
• ในการวัดค่าสามารถวัดได้เพียงที่บริเวณหัวโพรบ หรือแบบมั่นคงคือสัมผัสไปจนถึงส่วนท้ายของตัวเกจ
• แม่เหล็กในตัวเครื่องผลิตจาก Cobalt Magnet ให้แรงดึงดูดแม่เหล็กสูง และทนทานต่อความร้อนสูง
• ตัวเกจสามารถใช้งานได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่ จึงสามารถใช้งานในน้ำได้

ในเกจวัดแบบดึงออกประเภท 1 (PosiTest หรือ PosiPen) แม่เหล็กถาวรจะถูกนำมาสัมผัสโดยตรงกับพื้นผิวที่เคลือบ แรงที่จำเป็นในการดึงแม่เหล็กออกจากพื้นผิวจะถูกวัดและตีความว่าเป็นค่าความหนาของการเคลือบบนมาตราส่วนหรือจอแสดงผลบนเกจวัด แรงแม่เหล็กที่ยึดแม่เหล็กไว้กับพื้นผิวจะแปรผกผันตามฟังก์ชันไม่เชิงเส้นของระยะห่างระหว่างแม่เหล็กและเหล็ก นั่นคือ ความหนาของการเคลือบแห้ง ต้องใช้แรงน้อยลงในการดึงแม่เหล็กออกจากการเคลือบหนา

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กและแม่เหล็กไฟฟ้า (Type 2 - Electronic Coating Thickness Gages)

เครื่องมือเหนี่ยวนำแม่เหล็กใช้แม่เหล็กถาวรเป็นแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็ก เครื่องกำเนิด Hall effect หรือตัวต้านทานแม่เหล็กใช้ในการตรวจจับความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กที่ขั้วของแม่เหล็ก เครื่องมือเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าใช้สนามแม่เหล็กสลับ (Alternating magnetic field) แท่งแม่เหล็กเฟอร์โรแม่เหล็กอ่อนที่พันด้วยลวดเส้นเล็กใช้เพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก ลวดขดที่สองใช้ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก

เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้วัดการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กที่พื้นผิวของหัววัดแม่เหล็กเมื่อเข้าใกล้พื้นผิวเหล็ก ขนาดของความหนาแน่นของฟลักซ์ที่พื้นผิวหัววัดนั้นสัมพันธ์โดยตรงกับระยะห่างจากพื้นผิวเหล็ก โดยสามารถกำหนดความหนาของสีได้โดยการวัดความหนาแน่นของฟลักซ์

PosiTector 6000 F Series/PosiTest DFT Ferrous ใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์ในการแปลงสัญญาณอ้างอิงเป็นความหนาของสี เครื่องวัดความหนาของสีเหล็กอิเล็กทรอนิกส์ทำงานบนหลักการแม่เหล็กสองแบบที่แตกต่างกัน บางตัวใช้แม่เหล็กถาวรซึ่งเมื่อนำไปใกล้เหล็กจะเพิ่มความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กที่หน้าขั้วของแม่เหล็ก ความหนาของสีเคลือบจะถูกกำหนดโดยการวัดการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของฟลักซ์นี้ ซึ่งจะแปรผกผันกับระยะห่างระหว่างแม่เหล็กและพื้นผิวเหล็ก องค์ประกอบฮอลล์และองค์ประกอบความต้านทานแม่เหล็กที่วางไว้ที่หน้าขั้วเป็นวิธีที่พบบ่อยที่สุดในการวัดการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กนี้ อย่างไรก็ตาม การตอบสนองขององค์ประกอบเหล่านี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการชดเชยอุณหภูมิ

เครื่องวัดความหนาของสีเคลือบอิเล็กทรอนิกส์เหล็กอื่นๆ ทำงานบนหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ขดลวดที่มีแท่งเหล็กอ่อนจะได้รับพลังงานจากกระแสไฟฟ้ากระแสสลับ จึงทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงที่หัววัด เช่นเดียวกับแม่เหล็กถาวร ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กภายในแท่งจะเพิ่มขึ้นเมื่อนำหัววัดไปใกล้พื้นผิวเหล็ก การเปลี่ยนแปลงนี้จะตรวจพบโดยขดลวดที่สอง เอาต์พุตของคอยล์ตัวที่สองนั้นสัมพันธ์กับความหนาของการเคลือบ เครื่องวัดสีเหล่านี้ยังต้องการการชดเชยอุณหภูมิเนื่องจากอุณหภูมิขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของคอยล์

เครื่องวัดความหนาสีด้วย Eddy Current 

เทคนิคกระแสวน ใช้เพื่อวัดความหนาของสารเคลือบที่ไม่นำไฟฟ้าบนพื้นผิวโลหะที่ไม่ใช่เหล็กแบบไม่ทำลาย โดยใช้ขดลวดขนาดเล็กที่นำไฟฟ้ากระแสสลับความถี่สูง (สูงกว่า 1 MHz) เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสลับที่พื้นผิวของหัววัดของเครื่องมือ เมื่อนำหัววัดความหนาของสารเคลือบไปใกล้กับพื้นผิวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า สนามแม่เหล็กไฟฟ้าสลับจะสร้างกระแสวนบนพื้นผิว ลักษณะของสารเคลือบและระยะห่างระหว่างหัววัดกับสารเคลือบ (ความหนาของสารเคลือบ) ส่งผลต่อขนาดของกระแสวน กระแสวนจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าตรงข้ามกันเองซึ่งสามารถรับรู้ได้โดยขดลวดที่กระตุ้นหรือขดลวดที่สองที่อยู่ติดกันใช้เพื่อวัดความหนาของสารเคลือบที่ไม่นำไฟฟ้าบนพื้นผิวโลหะที่ไม่ใช่เหล็กแบบไม่ทำลาย โดยใช้ขดลวดขนาดเล็กที่นำไฟฟ้ากระแสสลับความถี่สูง (สูงกว่า 1 MHz) เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสลับที่พื้นผิวของหัววัดของเครื่องมือ 

เมื่อนำหัววัดความหนาของสารเคลือบไปใกล้กับพื้นผิวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า สนามแม่เหล็กไฟฟ้าสลับจะสร้างกระแสวนบนพื้นผิว ลักษณะของสารเคลือบและระยะห่างระหว่างหัววัดกับสารเคลือบ (ความหนาของสารเคลือบ) ส่งผลต่อขนาดของกระแสวน กระแสวนจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าตรงข้ามกันเองซึ่งสามารถรับรู้ได้โดยขดลวดที่กระตุ้นหรือขดลวดที่สองที่อยู่ติดกัน

PosiTector 6000 N Series มีลักษณะและการทำงานเหมือนเกจวัดแม่เหล็กอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งใช้ในการวัดสีและความหนาของสีเคลือบบนโลหะที่ไม่ใช่เหล็กทั้งหมด เช่นเดียวกับเกจวัดอิเล็กทรอนิกส์แบบแม่เหล็ก เกจวัดเหล่านี้มักใช้หัววัดแรงดันคงที่และแสดงผลบนจอ LCD นอกจากนี้ เกจวัดเหล่านี้ยังมีตัวเลือกในการจัดเก็บผลการวัดหรือวิเคราะห์การอ่านค่าทันทีและส่งไปยังเครื่องพิมพ์หรือคอมพิวเตอร์เพื่อตรวจสอบเพิ่มเติม ความคลาดเคลื่อนทั่วไปคือ ±1% การทดสอบจะไวต่อความหยาบของพื้นผิว ความโค้ง ความหนาของพื้นผิว ประเภทของพื้นผิวโลหะ และระยะห่างจากขอบ

วิธีมาตรฐานสำหรับการใช้งานและประสิทธิภาพของการทดสอบนี้มีอยู่ในรูปแบบ ASTM B244, ASTM D1400, D7091 และ ISO 2360

ปัจจุบัน เครื่องวัดความหนาของสีมักจะใช้หลักการของทั้งแม่เหล็กและกระแสวนเป็นหน่วยเดียว (เช่น PosiTector 6000 FN, PosiTest DFT Combo) บางรุ่นสามารถลดความซับซ้อนของงานวัดการเคลือบบนโลหะทุกชนิดได้ด้วยการสลับจากหลักการทำงานหนึ่งไปเป็นอีกหลักการทำงานหนึ่งโดยอัตโนมัติ ขึ้นอยู่กับพื้นผิว เครื่องวัดค่า mil gaude สำหรับสีแบบผสมนี้เป็นที่นิยมในหมู่ช่างพ่นสีและช่างพ่นสีผง

เครื่องวัดความหนาสีด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง Ultrasonic Paint Thickness Gauges

เทคนิคการวัดความหนาของสีด้วยคลื่นอัลตราโซนิกโดยใช้เครื่องวัดความหนาของสีด้วยคลื่นอัลตราโซนิก ใช้ในการวัดความหนาของการเคลือบบนพื้นผิวที่ไม่ใช่โลหะเช่น พลาสติก ไม้ คอนกรีต ปูน ไฟเบอร์กลาส เป็นต้น โดยไม่ทำให้การเคลือบเสียหาย การทดสอบด้วยคลื่นความถี่สูงทำงานโดยการส่งคลื่นความถี่สูงเข้าไปในสารเคลือบโดยใช้หัววัด (ตัวแปลงสัญญาณ) โดยมีอุปกรณ์ช่วยติดสารคู่ขนานกับพื้นผิว

คลื่นเสียงจะเคลื่อนที่ผ่านสารเคลือบจนกระทั่งพบกับวัสดุที่มีคุณสมบัติทางกลที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปคือพื้นผิว แต่บางทีอาจเป็นชั้นเคลือบที่แตกต่างกัน คลื่นเสียงที่สะท้อนบางส่วนที่อินเทอร์เฟซนี้จะเดินทางกลับไปยังตัวแปลงสัญญาณ ในขณะเดียวกัน คลื่นเสียงที่ส่งผ่านบางส่วนจะเดินทางต่อไปเกินอินเทอร์เฟซนั้นและสะท้อนกลับที่อินเทอร์เฟซวัสดุใดๆ ที่สัมผัส

จากรูปตัวอย่างเครื่องมือวัดบางชนิดใช้วัดชั้นต่างๆ ในระบบหลายชั้น ในตัวอย่างนี้ ชั้นที่ 1 มีความหนา 1.5 มิล ชั้นที่ 2 มีความหนา 1.5 มิล ความหนารวมคือ 3.0 มิล จอ LCD แบบกราฟิกจะแสดง "จุดยอด" สองจุดซึ่งแสดงถึงอินเทอร์เฟซวัสดุสองจุด

PosiTector 200 หัววัดของเครื่องวัดผิวเคลือบประกอบด้วยตัวแปลงสัญญาณอัลตราโซนิกที่ส่งพัลส์ผ่านการเคลือบ พัลส์จะสะท้อนกลับจากพื้นผิวไปยังตัวแปลงสัญญาณและแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าความถี่สูง คลื่นความถี่สะท้อนจะถูกแปลงเป็นดิจิทัลและวิเคราะห์เพื่อกำหนดความหนาของการเคลือบ ในบางสถานการณ์ สามารถวัดชั้นต่างๆ ในระบบหลายชั้นได้เช่นกัน

ความคลาดเคลื่อนทั่วไปของอุปกรณ์นี้คือ ±3% วิธีมาตรฐานสำหรับการใช้งานและประสิทธิภาพของการทดสอบนี้มีอยู่ใน ASTM D6132 

สรุป
ความหนาของฟิล์มในสารเคลือบอาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อต้นทุนและคุณภาพ การวัดความหนาของฟิล์มควรเป็นกิจกรรมประจำสำหรับผู้เคลือบทุกคน เครื่องวัดสีที่ถูกต้องที่จะใช้ขึ้นอยู่กับช่วงความหนาของสารเคลือบ รูปร่างและประเภทของพื้นผิว ต้นทุนของเครื่องวัดสี และความสำคัญของการวัดที่แม่นยำ

เครื่องมือวัดที่เกี่ยวข้อง

Defelsko PosiPen ปากกาวัดความหนาผิวเคลือบบนเหล็ก
DeFelsko PosiTest Series เกจวัดความหนาผิวเคลือบ (สำหรับ Non-Magnetic Coatings on Steel)
Defelsko Positector 6000 เครื่องวัดความหนาผิวเคลือบ

Defelsko PosiTest DFT Ferrous เครื่องวัดความหนาสีแบบดิจิตอล