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도막두께 측정기
도막두께 측정기는 도막 두께를 측정하는 데 사용하는 장비를 말한다.
목차
개요
도장 작업을 보면 도료를 피도물에 칠하여 피도물의 표면에 얇은 박막 형태의 도막이 형성되는데 그 두께의 측정 단위는 ㎛(1um = 1/1,000mm)로 육안으로 확인이 불가하여 전문적인 계측기와 같은 장비를 사용하는 데 이것을 총칭하여 도막두께 측정기 혹은 쉽게 도막 측정기라고도 한다.
정확한 페인트 또는 코팅의 두께를 관리하는 것은 선박, 자동차, 철골 구조물 등의 표면처리 산업에서 매우 중요한 품질관리 요소이다. 코팅 시스템의 퍼포먼스는 페인트 제조 업체의 제품 사양에 따라 적용된다. 하도에서 중도 및 상도에서의 각 레이어는 최소 및 최대 코팅 두께가 정확히 지정되며 이는 아직 건조하지 않은 습도막뿐만 아니라 건조한 도막의 두께 역시 마찬가지로 관리되고 있다.
또한 도막의 두께는 폴리싱 작업을 할 때 중요한 항목이기도 하다. 폴리싱 작업을 할 때 바로 도막 측정기를 사용하여 차량의 도막 상태를 파악하고 작업에 들어간다. 폴리싱 작업에 영향을 미치는 클리어 층 두께는 일반적으로 40~50㎛으로 보고 있다. 사실 도막 측정기로 클리어 층을 따로 측정하는 것은 불가능하며 차체에서 각 부위별로 도막 전체의 두께를 측정할 수밖에 없다. 각종 데이터를 통해서 클리어 층이 40~50㎛이라고 봤을 때 폴리싱 작업을 통해서 4~5㎛ 정도 커팅 하는 것으로 보고 있다.
측정 원리 및 측정기
도막 두께를 측정할 수 있는 다양한 기술과 시스템이 있다. 각 코팅 두께 게이지 타입에 따른 선택은 측정하고자 하는 애플리케이션에 따라 관리 대상과 구매 예산에 따라 달라진다. 아래에서 설명하고 있는 측정 방법과 측정기들은 최근의 코팅 및 표면처리 산업에서 일반적으로 사용되고 있는 것들이다.
마그네틱 풀-오프 측정기
마그네틱 풀-오프(Magnetic Pull-off) 측정기는 철, 금속 기판에만 적합하며 눈금이 표시된 스케일에 연결된 스프링과 결합된 영구 자석을 사용한다. 이 자석과 철제 강판 사이의 자기력은 두 개를 함께 끌어당기는데 이때 두 개를 분리하는 힘에 의해 자석이 떨어지는 순간의 스케일을 코팅의 두께로 판단한다.
자석과 강철 사이에 코팅이 두꺼울수록 떨어지기 쉬우며 실제 코팅 두께는 이 인장력을 측정하여 결정한다. 하지만, 이 방식은 표면의 거칠기, 샘플의 형태, 소재의 두께, 합금의 유무에 따라 매우 민감한 측정 방식이다. 마그네틱 풀-오프 측정기는 견고하고, 간단하고, 저렴하며 휴대가 가능하여 일반적으로 교정 기능을 필요로 하지 않는 간단한 측정 방식이다. 폭발 위험으로 인해 전자 계측기가 허용되지 않는 장소와 생산 도중, 코팅 두께의 간략한 확인 목적으로 주로 사용하는 저예산 측정기이다.
와전류(Eddy Current) 방식
와전류 방식은 비철 금속 기판의 비전도성 코팅의 두께를 비파괴적으로 측정하는 데 사용된다. 계측기 프로브에 고주파 교류(1MHz 이상)를 전달하는 가는 와이어가 들어있고 이를 통해 교류 자기장을 생성하며, 프로브가 전도성 표면에 닿게 되면 교류 자기장이 측정 표면에 와전류를 생성하며 와전류의 값이 거리에 비례하는 성질을 이용한 측정 방법이다.
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와전류 측정기는 와전류의 진폭으로 막 두께를 측정하는 접촉식과 와전류의 위상차로 막 두께를 측정하는 비접촉식으로 나눈다. 소재의 특성, 소재와 프로브 간의 거리(코팅, 도막, 도장 / 층 두께)는 와전류의 형태에 영향을 끼친다.
최근의 건조 도막 두께 측정기는 종종 한 장비에서 자기 유도 및 와전류 방식을 결합하여 하나의 프로브로 두 가지의 측정 방식을 모두 사용할 수 있는 겸용 제품이 출시되고 있다. (ex : QNix 4500-FN, QNix 7500-FN, QNix 8500-FN 등) 이러한 도막 게이지들을 사용하여 철 소재 위의 비전도 코팅(에나멜, 필름, 세라믹, 페인트, 아연, 경질 크롬 등)을 측정할 수 있으며 스테인리스 스틸, 황동, 동, 알루미늄 등 전도성 소재 위의 비전도 코팅도 모두 측정할 수 있다.
자기 유도 방식
자기 유도 방식은 전자식이라고도 하는데 자성(철) 표면의 비자성 코팅을 측정하는 데 사용된다. 이러한 자기 유도 방식의 계측기는 자기장을 생성하기 위해 영구 자석을 사용한다. 미세한 와이어 코일로 감은 강자성의 Rod가 자기장을 생성하고 두 번째 와이어 코일은 자속의 변화를 감지한다.
프로브가 도막에 닿은 후 나타나는 자속 밀도의 레벨은 전도성 기판으로부터의 코팅 표면까지의 거리와 직접적으로 연관되며 이때의 자속 밀도를 측정하여 코팅의 두께 또는 레이어의 두께를 결정하게 된다.
초음파 측정기
초음파 측정기는 코팅, 도막을 손상시키지 않고 비금속 기판 (플라스틱, 나무, 콘크리트 등)의 코팅 두께를 측정하는 데 사용된다. 장비의 프로브에는 코팅을 통해 펄스를 보내는 초음파 변환기가 있다. 펄스는 기판에서 변환기로 반사되어 고주파 전기 신호로 변환된다. 이때의 에코 파형을 디지털화하고 분석하여 코팅 두께를 결정한다. 경우에 따라 다층 시스템의 개별 레이어를 측정할 수도 있다. 다만, 초음파 측정기의 특성상 측정 재현성이 떨어질 수 있다.
디지털 마이크로스코프
전자식 및 와전류 측정기로 대표되는 기존의 측정기는 자기 및 전류의 값을 바탕으로 도막의 막 두께를 측정한다. 이런 방법들은 측정값으로 도막의 상태를 추측하는 등 간접적인 관찰 방법이기도 하기 때문에 다층 도장 등의 상태를 파악하기가 어려웠다. 또한, 측정기 자체의 오차도 문제이다.
최신 4K 디지털 마이크로스코프는 광학 화상으로 막 두께를 측정한다. 클리어 층의 영향을 받지 않기 때문에 샤프한 초점 조정이 가능하다. 그렇게 나온 화상은 선명하여 도막에서 더 많은 정보량을 얻을 수 있다. 지금까지 초점이 맞지 않는 등의 이유로 측정하지 못했던 도막 두께도 있는 그대로의 도막을 포착하여 정확한 관찰을 실현한다.
파괴식 측정기
파괴식 측정기는 레퍼런스 검사 또는 샘플링된 코팅 제품을 검사하는 정밀 검사에서 종종 사용된다. 특히 전자석 원리를 사용할 수 없는 콘크리트나, 목재, 유리 등등의 소재에서의 코팅, 도막 두께를 측정하는 데 사용한다. 측정 방식은, 샘플 표면에 수직으로 특수 절삭 커터를 사용하여 정밀 절단한 후 조명이 탑재된 측정 현미경을 사용하여 절단된 코팅의 폭을 측정한다. 그리고 절삭 커터의 유형에 따라 실제 측정된 눈금 수에 정해진 Factor 값을 곱하여 실제 코팅의 두께를 계산한다.
이 시스템은 전자 게이지를 사용할 수 없는 상황에 이상적이며 이 파괴식 도막 두께 측정기는 복층 코팅에서 각 층의 두께를 개별적으로 측정할 수도 있다.
습도막 측정기
습도막의 두께는 습도막 측정기 또는 습도막 측정 휠로 측정하는 것이 가장 일반적이다. 습도막 측정기는 각 면의 모서리에 정밀한 두께 차가 있는 평면의 정밀 플레이트이다. 습도막 측정기에 사용되는 소재는 보통 알루미늄, 플라스틱 또는 스테인리스 강으로 만들어진다.
습도막 측정기는 코팅 적용 직후에 측정할 표면을 수직으로 눌러서 측정하며 습도막 코팅의 두께는 건조되지 않은 코팅이 닿은 가장 높은 면과 코팅이 닿지 않은 면의 두께 사이에서 결정된다. 습도막( WFT) 측정기는 기타 다른 측정기에 비해 정밀도는 떨어지나 크기와 모양이 다양하고 정밀한 방식의 측정기를 사용하기 전에 제품에 코팅을 적용하는 초기 단계에서 대략적인 도막의 두께를 확인하고 이후 건조 도막의 두께를 예상하는데 유용하게 사용된다.
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습도막 측정 휠은 세 개의 휠(Wheel)이 세트로 구성된 정밀도가 높은 측정기이다. 세 개의 휠 중, 가운데 있는 휠은 더 작은 지름을 가지며 2개의 외부 휠과 다르게 반지름이 각 위치마다 조금씩 일정하게 달라진다. 이 휠을 습식 코팅 위에서 굴려서 중앙 휠이 페인트에 닿기 시작하는 경계면이 습도막의 두께를 나타낸다. 보다 정확한 습도막 측정을 위해, 측정용 휠은 코일과 같이 빠르게 이동하거나 미끄러운 코팅 면에서의 최적의 측정 결과를 얻고자 부드러운 롤링 베어링 또는 특수 베어링이 적용된다.[1][2][3]
동영상
각주
- ↑ 〈도장의 결함·막 두께 및 도료의 안료 분산 측정·검사〉, 《코리아 키엔스》
- ↑ TQC KOREA, 〈도막 두께 측정 이론과 각 측정기의 특장점 설명〉, 《네이버 블로그》, 2018-02-20
- ↑ 다사랑, 〈6종. 도막두께 측정기 센서 원리?〉, 《네이버 블로그》, 2020-03-17
참고자료
- 〈도장의 결함·막 두께 및 도료의 안료 분산 측정·검사〉, 《코리아 키엔스》
- TQC KOREA, 〈도막 두께 측정 이론과 각 측정기의 특장점 설명〉, 《네이버 블로그》, 2018-02-20
- 다사랑, 〈6종. 도막두께 측정기 센서 원리?〉, 《네이버 블로그》, 2020-03-17
같이 보기
