ทำความเข้าใจเทคโนโลยีของเครื่องวัดความขุ่น: ความชัดเจน ความโปร่งใส และการกระเจิงแสง

หลักการพื้นฐานของ เครื่องวัดหมอก เทคโนโลยีการวัดค่า

การวัดความขุ่น (Haze measurement) คือการวัดปริมาณแสงที่กระเจิง (light scattering) ซึ่งเกิดจากลักษณะผิวที่ไม่สม่ำเสมอในระดับจุลภาค หรือข้อบกพร่องภายในของวัสดุที่มีความโปร่งใส เช่น พลาสติก กระจก และฟิล์มโพลิเมอร์ การกระเจิงของแสงนี้จะทำให้เกิดลักษณะปรากฏที่มีลักษณะคล้ายนมหรือมีฝ้า ซึ่งสามารถแบ่งออกได้เป็น การกระเจิงในมุมกว้าง (wide-angle scattering) (มุม 2.5°) ซึ่งส่งผลต่อความชัดเจนของวัสดุและภาพลักษณ์ที่ผู้บริโภครับรู้

มีอยู่สองประเภทหลักของความขุ่นที่มีความสำคัญต่อการควบคุมคุณภาพในอุตสาหกรรม:

• ความขุ่นจากการส่งผ่านแสง (Transmission haze) : วัดการกระเจิงของแสงที่ผ่านวัสดุ เช่น ฟิล์มป้องกันหรือบรรจุภัณฑ์ทางเภสัชกรรม
• ความขุ่นจากการสะท้อนแสง (Reflection haze) : ประเมินการกระเจิงของแสงที่เกิดจากพื้นผิวในชั้นเคลือบหรือผิวสัมผัส เช่น สีรถยนต์หรือแผงหน้าจอแสดงผล

การวิเคราะห์ฝ้าสมัยใหม่ดำเนินการตาม ASTM D1003 และมาตรฐาน ISO 14782 โดยใช้สเปกโตรโฟโตมิเตอร์แบบทรงกลมรวมแสงเพื่อวัดแสงทั้งที่ผ่านตรงและกระเจิง ปัจจุบันเครื่องวัดฝ้าความแม่นยำสูงสามารถให้ค่าซ้ำได้ในระดับ ±0.05% ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถตรวจจับข้อบกพร่องต่าง ๆ เช่น การเกิดผลึกใต้ผิวในพอลิเมอร์ก่อนการผลิตจำนวนมาก

เครื่องวัดฝ้า กับ สเปกโตรโฟโตมิเตอร์: การเปรียบเทียบและวิเคราะห์

การแยกแยะระบบการกระเจิงมุมแคบ กับ มุมกว้าง

เครื่องวัดฝ้าใช้ระบบมุมแคบ (≤3°) เพื่อแยกแสงที่กระเจิงไปข้างหน้าโดยเฉพาะ ซึ่งสอดคล้องกับวิธีการวัดมาตรฐาน ในขณะที่สเปกโตรโฟโตมิเตอร์ใช้ตัวรับแสงที่ครอบคลุมมุมกว้าง (15°-25°) เพื่อการวิเคราะห์สเปกตรัมอย่างละเอียด แต่ก่อให้เกิดความแปรปรวนมากขึ้นในวัสดุที่ใสเป็นพิเศษ

โครงสร้างทางแสงสำหรับประเภทวัสดุที่แตกต่างกัน

• ฟิล์มความคมชัดสูง : เครื่องวัดฝ้าลำแสงขนานช่วยลดสัญญาณรบกวน
• พื้นผิวสัมผัส : สเปกโตรโฟโตมิเตอร์แบบมุมกว้างสามารถคำนึงถึงความแตกต่างในการสะท้อนแสง
• วัสดุคอมโพสิตหลายชั้น : ระบบไฮบริดจะเชื่อมโยงความมัวรวมกับรูปแบบเฉพาะตามชั้นวัสดุ

การเลือกเครื่องมือต้องพิจารณาความละเอียดในการตรวจจับ (ต่ำสุดที่ 0.1% ความมัว) ควบคู่ไปกับความซับซ้อนของวัสดุและข้อกำหนดในการผลิต

การถอดรหัสคุณสมบัติความมัวของแสงที่ผ่านและแสงที่สะท้อน

การวัดความมัวในวัสดุที่โปร่งใส

การทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D1003 จะคำนวณเปอร์เซ็นต์ความมัวของแสงที่ผ่าน โดย 0% หมายถึงความใสสมบูรณ์แบบ เครื่องวัดรุ่นใหม่สามารถให้ความเที่ยงซ้ำได้ ±0.2% สำหรับแผ่นพอลิคาร์บอเนตหนา 1 มม.

คุณภาพของพื้นผิวที่มีผลต่อความมัวของแสงที่สะท้อน

ความหยาบของพื้นผิวที่ต่ำเพียง 0.8Ra สามารถเปลี่ยนความมัวของแสงที่สะท้อนได้ถึง 2% ผู้ผลิตรถยนต์กำหนดให้ความมัวของแสงสะท้อนสำหรับชิ้นส่วนตกแต่งภายในต้องไม่เกิน â¤1.2% ซึ่งทำได้โดยการสร้างพื้นผิวจุลภาคที่ควบคุม (0.6–0.8Ra)

หลักการทำงานของเครื่องวัดความมัวรุ่นใหม่

เทคโนโลยีทรงกลมแบบรวมแสงและระบบตรวจจับแสง

ทรงกลมเคลือบด้วยบารีเทียมซัลเฟตสามารถดักจับแสงที่กระเจิงได้ถึง 98% ในขณะที่โฟโตดีเทคเตอร์วิเคราะห์แสงที่ผ่านและแสงที่กระเจิงแยกกัน

ขั้นตอนมาตรฐานตามแนวทางของ ASTM/ISO

พารามิเตอร์หลักประกอบด้วย:

• เส้นผ่านศูนย์กลางตัวอย่างขั้นต่ำ 60 มม.
• ความต้องการของแหล่งกำเนิดแสงมาตรฐาน CIE Standard Illuminant C
• 0% การกระจายตัว (haze) เพื่อใช้ในการชดเชยค่าอ้างอิง

ระเบียบวิธีการสอบเทียบและการวัดความไม่แน่นอน

การสอบเทียบขั้นต้นใช้ตัวกรองแสงที่มีค่า haze รับรอง (ช่วง 0.5% ถึง 30%) การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ 2°C จะทำให้เกิดความไม่แน่นอนในการวัดค่าพอลิคาร์บอเนต 0.07%/°C

ผลกระทบทางการค้าของ เครื่องวัดหมอก ควบคุมคุณภาพ

บทบาทสำคัญของ Haze ในเกณฑ์การยอมรับผลิตภัณฑ์

วัสดุคอมโพสิตในอุตสาหกรรมการบินต้องการค่า haze น้อยกว่า 0.3% สำหรับหน้าจอแสดงผลในห้องนักบิน ในขณะที่บรรจุภัณฑ์ทางการแพทย์ต้องการการส่งผ่านของแสงมากกว่า 90% พร้อมการกระจายตัวที่ควบคุมได้ ระบบวัดแบบ Inline ช่วยลดของเสียจากวัสดุลง 17%

กรณีศึกษา: มาตรฐานความโปร่งใสของกระจกรถยนต์

NHTSA กำหนดให้ความขุ่นของกระจกหน้าต้องต่ำกว่า 1.0% การใช้เครื่องวัดความขุ่นที่เป็นไปตามข้อกำหนด ช่วยลดค่าใช้จ่ายจากข้อร้องเรียนด้านการบิดเบือนของภาพลงได้ปีละ 2.8 ล้านดอลลาร์:

ระดับความขุ่น	เวลาตอบสนองของผู้ขับขี่ (มิลลิวินาที)	ความเสี่ยงอุบัติเหตุในเวลากลางคืน
0.5%	220 ±15	12% ฐาน
1.2%	290 ±20	สูงขึ้น 34%

การประยุกต์ใช้ขั้นสูงในด้านพัฒนาวัสดุ

การวัดค่าความขุ่น (Haze Measurement) ช่วยให้เกิดนวัตกรรมในด้าน:

• วัสดุชิลด์สำหรับอากาศยาน (ความขุ่นต่ำกว่า 1% เพื่อความชัดเจนของแสง)
• โพลิเมอร์ที่เข้ากันได้กับร่างกายสำหรับเลนส์แก้วตาเทียม (ความขุ่นยอมให้ได้ไม่เกิน 0.3%)
• จอแสดงผล OLED แบบยืดหยุ่น ซึ่งการวัดค่าในหลายแกนช่วยป้องกันตำหนิที่มองเห็นได้
• หน้าต่างแบบอิเล็กโทรโครมิกที่มีช่วงความขุ่นปรับได้ตั้งแต่ 0.5–78% สำหรับการใช้งานกระจกอัจฉริยะ

คำถามที่พบบ่อย

ความสำคัญของการวัดค่าความขุ่นในอุตสาหกรรมคืออะไร?

การวัดค่าความขุ่นมีความสำคัญอย่างยิ่งในการรับประกันความใส่และความคมชัดของวัสดุที่ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมยานยนต์ อากาศยาน และอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งมีผลโดยตรงต่อการยอมรับสินค้าและการควบคุมคุณภาพ

การวัดค่าความขุ่นตามมาตรฐานอุตสาหกรรมทำอย่างไร?

การวัดค่าความขุ่นทำได้โดยใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์แบบทรงกลมรวมแสง (Integrating Sphere Spectrophotometer) โดยปฏิบัติตามมาตรฐาน ASTM D1003 และ ISO 14782 เครื่องมือเหล่านี้ช่วยในการวัดค่าแสงที่ผ่านตรงและแสงที่กระเจิง เพื่อให้ได้ค่าความขุ่นที่แม่นยำ

ความท้าทายที่เกี่ยวข้องในการวัดค่าความขุ่นมีอะไรบ้าง?

ความท้าทายรวมถึงการรักษาสภาวะการวัดที่คงที่ การป้องกันสัญญาณรบกวน และการเลือกเครื่องมือที่เหมาะสมตามความซับซ้อนของวัสดุและความต้องการความชัดเจน