วัดความหนาสีอย่างไร?

        ความหนาสีหรือผิวเคลือบเป็นตัวแปรสำคัญที่มีบทบาทในด้านคุณภาพผลิตภัณฑ์ การควบคุมกระบวนการ และการควบคุมต้นทุน การวัดความหนาสีสามารถทำได้ด้วยเครื่องมือต่างๆ การทำความเข้าใจอุปกรณ์ที่มีและวิธีใช้งานจะเป็นประโยชน์ต่อการทำสีทุกครั้ง
ประเด็นที่กำหนดว่าวิธีการใดดีที่สุดสำหรับการวัดความหนาสีหรือการเคลือบที่กำหนด ได้แก่ ประเภทของการเคลือบ วัสดุพื้นผิว ช่วงความหนาของสารเคลือบ ขนาดและรูปร่างของชิ้นส่วน และต้นทุนของอุปกรณ์ เทคนิคการวัดที่ใช้กันทั่วไปสำหรับสีทั่วไป รวมถึงวิธีการฟิล์มแห้งแบบไม่ทำลาย เช่น การวัดด้วยแม่เหล็ก กระแสไหลวน อัลตราโซนิก หรือไมโครมิเตอร์ และวิธีการฟิล์มแห้งแบบทำลายล้าง เช่น การวัดภาคตัดขวางหรือการวัดมวลด้วยกราวิเมตริก นอกจากนี้ยังมีวิธีการวัดความหนาของสีและการเคลือบผงก่อนที่ฟิล์มจะอบอีกด้วย

เครื่องวัดความหนาสีแม่เหล็กคืออะไร?
        เครื่องวัดความหนาสีแม่เหล็กใช้เพื่อวัดความหนาของสีหรือสารเคลือบที่ไม่ใช่แม่เหล็กบนพื้นผิวเหล็กโดยไม่ทำลาย การเคลือบส่วนใหญ่บนเหล็กและเหล็กวัดด้วยวิธีนี้ เกจแม่เหล็กใช้หนึ่งในสองหลักการทำงาน: แม่เหล็กดึงออก หรือการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก/แม่เหล็กไฟฟ้า

เครื่องวัดความหนาสี Magnetic Pull-off (Type 1) คืออะไร?
        เกจวัดความหนาสีแบบดึงออกด้วยแม่เหล็กใช้แม่เหล็กถาวร สปริงและสเกลที่สอบเทียบแล้ว โดยใช้หลักการแรงดึงดูดระหว่างแม่เหล็กกับเหล็กจะดึงทั้งสองเข้าด้วยกัน เมื่อความหนาสีที่สามารถแยกทั้งสองออกเพิ่มขึ้น การดึงแม่เหล็กออกจะง่ายขึ้น ความหนาของสีและการเคลือบถูกกำหนดโดยการวัดแรงดึงออกนี้ สีที่บางกว่าจะมีแรงดึงดูดแม่เหล็กมากกว่า ในขณะที่สีที่หนากว่าจะมีแรงดึงดูดทางแม่เหล็กน้อยกว่า การทดสอบด้วยเกจวัดความหนาแม่เหล็กมีความไวต่อความหยาบของพื้นผิว ความโค้ง ความหนาของพื้นผิว และองค์ประกอบของโลหะผสม
เครื่องวัดความหนาสีแบบแม่เหล็กดึงออกมีความทนทาน เรียบง่าย ราคาไม่แพง พกพาสะดวก และโดยปกติไม่ต้องปรับเทียบใดๆ เป็นทางเลือกที่ดีและมีต้นทุนต่ำในสถานการณ์ที่ต้องการการวัดค่าเพียงเล็กน้อยระหว่างการผลิต
        เครื่องวัดความหนาสีแบบดึงออกด้วยแม่เหล็ก โดยทั่วไปแล้วจะเป็นรุ่นแบบแป้นหมุนหรือแบบดินสอ โมเดลประเภทดินสอ (PosiPen แสดงในรูปที่ 1) ใช้แม่เหล็กที่ติดตั้งกับสปริงเกลียวซึ่งทำงานในแนวตั้งฉากกับพื้นผิวเคลือบ เกจวัดความหนาผิวเคลือบแบบดึงออกของดินสอส่วนใหญ่มีแม่เหล็กขนาดใหญ่ และได้รับการออกแบบมาให้ทำงานในตำแหน่งเดียวหรือสองตำแหน่ง ซึ่งชดเชยแรงโน้มถ่วงบางส่วน มีรุ่นที่แม่นยำยิ่งขึ้นซึ่งมีแม่เหล็กขนาดเล็กที่แม่นยำสำหรับวัดบนพื้นผิวขนาดเล็ก ร้อน หรือยากต่อการเข้าถึง ตัวบ่งชี้สามตัวช่วยให้มั่นใจถึงการวัดที่แม่นยำเมื่อเกจวัดความหนาชี้ลง ขึ้น หรือในแนวนอนโดยมีค่าความคลาดเคลื่อน ±10%

                                                      รูปที่ 1. เกจวัดความหนาแบบดึงแม่เหล็กแบบดินสอ
รุ่นแป้นหมุนย้อนกลับ (PosiTest แสดงในรูปที่ 2) เป็นรูปแบบทั่วไปของเกจแม่เหล็กดึงออก แม่เหล็กติดอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งของแขนบาลานซ์แบบหมุนได้ และเชื่อมต่อกับแฮร์สปริงที่ปรับเทียบแล้ว ด้วยการหมุนแป้นหมุนด้วยนิ้ว สปริงจะเพิ่มแรงบนแม่เหล็กและดึงออกจากพื้นผิว เกจวัดความหนาของสีเหล่านี้ใช้งานง่ายและมีแขนที่สมดุลซึ่งช่วยให้ทำงานในตำแหน่งใดก็ได้ โดยไม่คำนึงถึงแรงโน้มถ่วง ปลอดภัยในสถานที่ที่เสี่ยงต่อการเกิดการระเบิด และมักใช้โดยผู้รับเหมาทาสีและงานพ่นสีฝุ่นขนาดเล็ก ค่าความคลาดเคลื่อนทั่วไปคือ ±5%

                                                       รูปที่ 2. เกจวัดความหนาดึงแม่เหล็กแบบหมุนกลับ
DeFelsko ผลิตเครื่องวัดความหนาสีแบบดึงออกได้ 2 ตัว คือ PosiPen และ PosiTest

เครื่องวัดความหนาสีเหนี่ยวนำแม่เหล็กและแม่เหล็กไฟฟ้าคืออะไร?
     เครื่องวัดความหนาสีด้วยระบบเหนี่ยวนำแม่เหล็กใช้แม่เหล็กถาวรเป็นแหล่งของสนามแม่เหล็ก เครื่องกำเนิด Hall-effect หรือตัวต้านทานแบบแม่เหล็กใช้เพื่อตรวจจับความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กที่ขั้วของแม่เหล็ก เครื่องวัดควาหนาสีจะเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ แท่งแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกแบบนิ่มที่พันด้วยขดลวดเส้นเล็กถูกใช้เพื่อผลิตสนามแม่เหล็ก ขดลวดที่สองใช้เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก
     เครื่องวัดความหนาสีอิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้จะวัดการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กที่พื้นผิวของหัววัดแม่เหล็กเมื่อเข้าใกล้พื้นผิวเหล็ก ขนาดของความหนาแน่นของฟลักซ์ที่พื้นผิวโพรบสัมพันธ์โดยตรงกับระยะห่างจากพื้นผิวเหล็ก ความหนาของสีจะสามารถวัดได้โดยการวัดความหนาแน่นของฟลักซ์

เครื่องวัดความหนาสีโดยใช้หลักการแม่เหล็กแบบอิเล็กทรอนิกส์ (เช่น PosiTector 6000 F Series, PosiTest DFT Ferrous) มาในรูปทรงและขนาดต่างๆ มักใช้หัววัดแรงดันคงที่เพื่อให้การอ่านค่าที่สอดคล้องกันซึ่งจะไม่ได้รับอิทธิพลจากผู้ปฏิบัติงานที่แตกต่างกัน การอ่านค่าความหนาสีจะแสดงบนจอแสดงผล LCD ตัวเครื่องวัดความหนาสีมีตัวเลือกในการจัดเก็บผลการวัด ทำการวิเคราะห์การอ่านทันที และส่งออกผลลัพธ์ไปยังเครื่องพิมพ์หรือคอมพิวเตอร์เพื่อทำการตรวจสอบเพิ่มเติม ค่าความคลาดเคลื่อนทั่วไปคือ ±1%

ควรปฏิบัติตามคำแนะนำของผู้ผลิตอย่างระมัดระวังเพื่อผลลัพธ์ที่แม่นยำที่สุด 

วิธีทดสอบมาตรฐานมีอยู่ใน ASTM D 1186, D 7091-05, ISO 2178 และ ISO 2808

เครื่องวัดความหนาสี Eddy Current คืออะไร?
         เทคนิค Eddy current ใช้ในการวัดความหนาสีที่ไม่นำไฟฟ้าบนพื้นผิวโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เช่น สแตนเลส ทองแดง อลูมิเนียม เป็นต้น โดยไม่ทำลาย

         หัววัดที่ใช้สำหรับการวัดตามวิธีกระแสไหลวนที่ไวต่อแอมพลิจูดมีแกนเฟอร์ไรท์ ขดลวดพันรอบแกนนี้และมีกระแสสลับความถี่สูงไหลผ่าน สิ่งนี้จะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับความถี่สูงรอบขดลวด เมื่อขั้วของโพรบเข้าใกล้โลหะ จะเกิดกระแสสลับหรือ “กระแสไหลวน” ในโลหะนี้ ในทางกลับกัน ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับอีกอันหนึ่ง เนื่องจากสนามแม่เหล็กที่สองนี้อยู่ตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กแรก สนามแม่เหล็กดั้งเดิมจึงถูกลดทอนลง (อ่อนลง) ขอบเขตของการลดทอนขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างขั้วกับโลหะ สำหรับชิ้นส่วนที่เคลือบ ระยะห่างนี้สอดคล้องกับความหนาของชั้นพอดี

เครื่องวัดความหนาสีแบบกระแสวน (เช่น PosiTector 6000 N Series) มีลักษณะและการทำงานเหมือนเครื่องวัดความหนาสีระบบแม่เหล็กอิเล็กทรอนิกส์ ใช้สำหรับวัดความหนาของสีและการเคลือบบนโลหะที่ไม่ใช่เหล็กทั้งหมด เช่นเดียวกับเครื่องวัดอิเล็กทรอนิกส์แม่เหล็ก มักใช้โพรบแรงดันคงที่และแสดงผลบนจอ LCD และยังมีตัวเลือกในการจัดเก็บผลการวัดหรือทำการวิเคราะห์การอ่านและส่งออกไปยังเครื่องพิมพ์หรือคอมพิวเตอร์ทันทีเพื่อทำการตรวจสอบเพิ่มเติม พิกัดความเผื่อทั่วไปคือ ±1% การทดสอบมีความไวต่อความหยาบของพื้นผิว ความโค้ง ความหนาของพื้นผิว ชนิดของพื้นผิวโลหะ และระยะห่างจากขอบ

วิธีการมาตรฐานสำหรับการใช้งานและประสิทธิภาพของการทดสอบนี้มีอยู่ใน ASTM B244, ASTM D1400, D7091 และ ISO 2360

        ปัจจุบันนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับเครื่องวัดความหนาสีที่จะรวมเอาหลักการแม่เหล็กและกระแสไหลวนเข้าไว้ในเครื่องเดียว (เช่น PosiTector 6000 FN, PosiTest DFT Combo) เพื่อลดความซับซ้อนของงานในการวัดความหนาสีส่วนใหญ่บนโลหะได้ทุกชนิด โดยการเปลี่ยนจากหลักการทำงานหนึ่งไปเป็นอีกหลักการหนึ่งโดยอัตโนมัติ ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ทำสี

เครื่องวัดความหนาสีอัลตราโซนิกคืออะไร?
       เทคนิค Ultrasonic pulse-echo ของเครื่องวัดความหนาของสีอัลตราโซนิก (เช่น PosiTector 200) ใช้เพื่อวัดความหนาสีหรือผิวเคลือบบนพื้นผิวที่ไม่ใช่โลหะ (คอนกรีต ปูน ไฟเบอร์กลาส พลาสติก ไม้ ฯลฯ) โดยไม่ทำลายสีหรือสารเคลือบ

       วิธีการอัลตราโซนิกสร้างคลื่นเสียงเข้าไปในวัสดุเพื่อวัดความหนา แม้ว่าส่วนใหญ่จะใช้สำหรับความหนาของผนังวัสดุเป็นหลัก เช่น ท่อน้ำมันหรือท่อแก๊ส (เพื่อตรวจจับการสึกกร่อนบนเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน) นอกจากนี้ยังสามารถใช้วัดความหนาของสารเคลือบได้อีกด้วย คลื่นเสียงที่เข้าสู่พื้นผิวของวัสดุแล้วจะเคลื่อนที่ไปทางด้านตรงข้าม เมื่อคลื่นเจอขอบเขตต่าง ๆ ที่คลื่นผ่าน เช่น รอยต่อระหว่างสีและพื้นผิว จะเกิดการสะท้อนกลับของสัญญาณกลับไปยังโพรบที่สร้างขึ้น ซึ่งความหนาคำนวณโดยใช้สูตรสำหรับระยะทาง ความเร็ว และเวลา  สามารถวัดความหนาของแต่ละชั้นในระบบสีหลายชั้นได้

ความคลาดเคลื่อนโดยทั่วไปสำหรับอุปกรณ์นี้คือ ±3% วิธีการมาตรฐานสำหรับการใช้งานและประสิทธิภาพของการทดสอบนี้มีอยู่ใน ASTM D6132

ไมโครมิเตอร์ใช้สำหรับวัดความหนาของสีอย่างไร ?
        บางครั้งมีใช้ไมโครมิเตอร์เพื่อวัดความหนาสีหรือผิวเคลือบ โดยมีข้อได้เปรียบในการวัดส่วนความหนาของสีและพื้นผิว แต่มีข้อเสียคือต้องสามารถเข้าถึงพื้นผิวเปล่าได้ ทำให้มีข้อจำกัดที่ต้องการเข้าถึงการสัมผัสทั้งพื้นผิวสีและด้านล่างของพื้นผิววัสดุ และวิธีการนี้มักใช้ไม่ได้กับการวัดสีบาง

       ต้องทำการวัดสองครั้ง: อันหนึ่งต้องวัดวัสดุที่ทำสีหรือเคลือบแล้วและอีกอันไม่มีสีหรือผิวเคลือบ โดยความหนาสีหรือผิวเคลือบได้มาจากความแตกต่างระหว่างค่าที่อ่านได้ทั้งสองค่า  และในพื้นผิวที่ขรุขระ ไมโครมิเตอร์วัดความหนาของผิวเคลือบเหนือจุดสูงสุดเท่านั้น

การทดสอบแบบทำลายใดบ้างที่ใช้สำหรับการวัดความหนาของสี
        เทคนิคการวัดความหนาแบบทำลายอย่างหนึ่งคือการตัดส่วนที่เคลือบเป็นภาพตัดขวาง และวัดความหนาสีโดยการดูการตัดด้วยกล้องจุลทรรศน์ เทคนิคการตัดขวางอีกวิธีหนึ่งใช้กล้องจุลทรรศน์แบบปรับขนาดเพื่อดูรอยบากทางเรขาคณิต เครื่องมือตัดพิเศษใช้สำหรับทำร่องลักษณะตัววีขนาดเล็กและแม่นยำบนสีจนถึงพื้นผิว โดยเครื่องมือจะมาพร้อมกับปลายตัดและแว่นขยายสเกลเพื่ออ่านค่าและตีความความหนาสีหรือผิวเคลือบ
        แม้ว่าหลักการของวิธีการทำลายล้างนี้จะเข้าใจได้ง่าย แต่ก็มีโอกาสที่จะวัดข้อผิดพลาดได้ ต้องใช้ทักษะในการเตรียมตัวอย่างและตีความผลลัพธ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งระหว่างผู้ปฏิบัติงานที่แตกต่างกัน วิธีนี้ใช้เมื่อไม่สามารถใช้วิธีอื่น ๆ ไม่ทำลายได้ หรือเป็นวิธียืนยันผลลัพธ์ที่ไม่ทำลาย โดยมารตฐานที่ใช้อ้างอิงสำหรับวิธีนี้คือ ASTM D 4138