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乾燥膜厚の正確な読み取りを可能にする方法

この記事は、JPCL(Journal of Protective Coatings & Linings)2016年7月号に掲載されたものです。

手持ちの乾燥膜厚(DFT)ゲージは、アプリケーターや検査官によく使われる検査ツールです。機械式や電子式の測定器は、少しの手入れとメンテナンスで、長年にわたって正確で信頼性の高いサービスを提供することができます。

良い操作は、マニュアルを読むことから始まります。すべての機器には、微妙な操作の違いがあります。取扱説明書には、メーカー、モデル、製造番号、購入年月日を記入し、メンテナンスや校正のコツを強調しましょう。 

1.キャリブレーションはできますか?

あなたの知り合いが、校正と校正間隔という言葉を誤解している可能性は十分にあります。そのような方は、ゲージの校正ができないだけでなく、通常、年次再認証の要件もないことを知ったら驚かれることでしょう。

ASTM D7091は、校正を "ゲージの全動作範囲にわたってトレーサブルな校正標準器で測定を行い、許容範囲外の状態を修正するために(必要に応じて)必要なゲージの調整を行うハイレベルで管理され文書化されたプロセス "と定義しています。さらに,校正は,"機器製造業者,その公認代理店,又は公認校正試験所が,文書化されたプロセスを用いて制御された環境下で実施する "と指摘している。

校正の結果、多くの場合、校正証明書と呼ばれる文書が発行されます(図 1)。この文書には、実際の測定結果や、機器の校正に成功した他のすべての関連情報が記録され、国家標準へのトレーサビリティが明確に示されていますstandard.仕事の仕様書では、最近の校正を証明することが求められることがよくあります。

図1:校正証明書

ほとんどの測定器の精度は使用とともに低下するため、測定器のライフサイクルを通じて定期的に再校正(または再認定)が必要です。校正間隔は、測定器の再校正の間に設けられた期間である。ISO 17025の要求事項に従い、ほとんどのメーカーは校正証明書の一部として校正間隔を記載していません。なぜでしょうか?それは、ゲージの使用頻度、使用環境、手入れの状態などが分からないからです。

測定器の使用経験がない場合、校正の間隔は1年から始めるとよいでしょう。これは経験や定期的な検証によって調整することができます(下記参照)。新しい機器をお持ちのお客様は、機器の購入日を最初の校正間隔の開始日として利用することができます。保存期間の影響は無視できるので、実際の校正証明書の日付の重要性は最小限に抑えられます。 

2.検証することが重要

校正証明書は、校正期間中、精度が維持されることを保証するものではありません。箱を開けるとすぐに、無数の要因がゲージの動作に悪影響を及ぼします。そのため、ほとんどの規格では精度の定期的な検証を要求しています。

不正確なゲージを使用した測定を防ぐため、使用前(通常、毎回の作業シフトの開始時)に精度及び動作を確認する必要があります。大量の測定値が得られる場合、またはゲージを落とした場合、または誤った結果を与える疑いがある場合は、再確認する必要があります。

精度のチェックは、トレーサブルな参照標準(シムまたはコーティングされた金属標準)を測定することによって行われます。一連の読み取り値の平均は、ゲージと参照標準の両方の組み合わせの許容範囲内にあるべきです。standard (図2)。

図2: 計算例

トレーサビリティとは、ある測定の結果を、一般に正しいと認められている国際的な固定基準(standard )まで、切れ目のない比較の連鎖で追跡できる能力のことです。この連鎖は通常、いくつかの適切な測定標準から構成され、それぞれの値は後続の標準よりも精度が高く、不確かさが小さくなっています。

 

3.影響力ある効果

ほとんどの乾燥膜厚計は、工場出荷時に平らで滑らかな炭素鋼でうまく機能するように校正されています。しかし、お客様の用途によっては異なる場合があります。一般的に、次の4つの条件が精度に影響するため、補正する必要があります:表面粗さ、形状(曲率、エッジ効果)、組成(金属合金、磁気特性、温度)、質量(薄い金属)。

これらの要因やその他の要因によってゲージが不正確にならないようにするには、非塗装基板上の一連の測定の平均がゼロでゲージの許容範囲内であることを確認します。または、その非塗装基板の上に置かれたシムの既知の厚さを確認します。

 

4.エッジケース

以前は、業界標準として、端から1~2インチより近くを測定しないようにと勧告されていました。最近のプローブは、通常もっと近くで測定することができます。実際、プローブの精度が落ちるのは、プローブがはみ出したときだけです。

このチェックは、他のほとんどの問題と同じように、コーティングされていない基板を測定して、一連の測定の平均がゼロ点でのゲージの許容範囲内であることを確認することによって行います。ストライプコートの測定には、小さな表面を測定するために設計されたマイクロプローブが最適です。

 

5.プロファイルの大まかな調整

鋼鉄の表面は、保護膜を塗布する前に研磨剤で洗浄されることがよくあります。このような表面での測定は、平滑な表面の場合よりも複雑です。ゲージ測定への影響は、プロファイルの深さによって増加し、またプローブの設計とコーティングの厚さにも依存します。

この「アンカーパターン」は、ゲージが高く表示される原因となることを、ユーザーは教えられる(図3)。しかし、このプロファイルを調整する場合、ユーザーによって好みの方法があるようだ。どれが正しいのだろうか?

図3: 表面形状は通常、より高い読み取り値をもたらす。

SSPC-PA 2では、測定器の種類や特定の状況に応じて、いくつかの解決策を提案しています。同様の方法は、ASTM D7091とISO 19840でも提案されています。

機械式プルオフゲージ(タイプ1)は、目盛りが非線形で調整することができません。そのため、少なくとも10回の素地測定値の平均値を算出して、ベースメタルリード(BMR)を生成します。この値は、将来の膜厚測定値から差し引かれます。

ほとんどの電子式(タイプ2)ゲージは、メーカーの説明書に従ってユーザーが調整することができます。一般的な方法は、プロファイルの主要なピークを覆うコーティングをシミュレートすることです。厚さが既知のシムを表面形状に被せて測定する。そのシムの厚みに合わせてゲージを調整します。

コーティングされていない基材にアクセスできない場合、ISO 19840には、ISO 8503プロファイルのファイン、ミディアム、およびコースのDFT測定値から差し引くための補正値が記載されています。

6.エラーの蓄積

シムの厚みに合わせてゲージを調整することが一般的であることはわかりましたが、今後のゲージの読み取りに大きな誤差を生じさせる可能性があることを認識しておくことが重要です。

測定器には、メーカーが発行した精度や公差が記載されています。シム上でゲージの調整を行うと、結果的にゲージの測定精度は低下します。例えば、正しく校正されたゲージの精度が±1%で、シムの厚さが±5%以内であれば、図4の式で与えられるように、ゲージとシムを合わせた公差は±5%よりわずかに大きくなる。

図4-シム上で調整する際のゲージの読み取り精度を決定するための二乗和の計算式例
図4:二乗和演算式で計算した調整後のゲージの精度が+1%から+5%に変化している様子。

 

7.プローブの点検

ゲージの使用開始後、プローブを定期的に目視検査することで、驚くほど多くのトラブルを回避することができます。特に測定面やプローブケーブルに明らかな損傷がないかを確認します。定圧プローブは、上下に自由に動くはずです。損傷、傷、磨耗したプローブは、参照用標準器で精度をテストし、必要に応じて交換する必要があります。金属粉、ほこり、塗料は布で丁寧に取り除いてください。

高温の表面に長時間接触しないようにし、測定と測定の間はプローブを冷却してください。粗い表面では、プローブを慎重に下げ、プローブがその用途に設計されていない限り、決して横に引っ張らないようにしてください。このような表面には、厚みがわかっているプラスチック製のシムを置くと、プローブをある程度保護することができます。測定した厚みからシムの厚みを差し引き、シムを使用したことによる測定公差の増加に注意してください。

プローブの修理が必要になる兆候としては、読み取り値が予想より低い(プローブチップの摩耗など)、読み取り値が予想より高い(異物の付着など)、測定値が不安定(部品の故障など)などが挙げられます。

 

8.プローブの保持

最近の測定器は、操作者の影響を少なくするように設計されています。しかし、プローブの持ち方が不適切な場合、損傷することがあることをご存じない方もいらっしゃるでしょう。

ゲージには、さまざまな形や大きさのものがあります。自分の持っているモデルの正しい持ち方、操作方法を知っておきましょう。手持ち式の測定器の大半は、一度に1つの測定を行います。測定と測定の間は、プローブを持ち上げて表面から離します。プローブを引きずると、プローブの寿命が短くなります。

最近の電子式DFTゲージのほとんどに内蔵されている定圧機構は、プローブが表面に対して垂直に沈み、作業者の圧力が測定結果に影響しないようにするものです。プローブを不適切に保持すると、これらのメカニズムが無効になり、プローブの寿命が短くなる可能性があります。また、プローブを傾けると測定値が高くなったり、柔らかい皮膜に押し付けると測定値が低くなったりすることがあります。

図5:最良の結果と長寿命を得るためには、スライド式プローブ・スリーブを、表面に対して低い位置で指を添えて握ってください。

 

9.環境を評価する

無線発信機、溶接作業による残留磁気、大型モーター、携帯電話などの影響を受けていませんか?何が重要で何が重要でないか、あなたは驚くかもしれません。

鋼鉄の表面を測定する乾燥膜厚計は、磁気の原理で動作しています。そのため、鋼材固有の磁気特性のばらつきが、ゲージの精度に悪影響を及ぼす可能性があるのは当然のことです。そのひとつが残留磁気で、外部磁界を除去した後に鋼材に残る磁気です。磁気クランプやプラズマ切断などがその例です。埋設されたパイプは、時間の経過とともに地球の磁場から磁気を拾ってきます。この影響は通常顕著ではなく、脱磁することによって取り除くことができます。非塗装鋼材のゼロ点(または非塗装鋼材の上に置いたシムの厚さ)を測定して、ゲージへの影響を確認する。

電気機器から発生する強い浮遊磁界は、磁気原理を利用した測定器の動作に支障をきたすことがあります。電気モーターの上で測定したり、起動中の大きなモーターの近くで測定したりすると、測定値が不安定になることがあります。電波塔やアンテナからの強い電磁波も、測定器の動作に支障をきたすことがあります。外部からの電磁波の影響を最小限に抑えるために、ドライフィルム膜厚計に適合宣言書が添付されていることを確認してください。適合宣言は、製造者が国際規格に従って機器のEMCに対する耐性をテストしたことを確認するものです。EN 61326-1:2013 はその一例ですstandard.

ご想像の通り、これらはありえないエッジケースです。既知の参照規格でゲージの動作を確認することで、ほとんどの懸念が軽減されます。

 

10.1つで十分なことはほとんどない

読み」と「測定」という言葉は同義で使われることがある。SSPC-PA 2では、「読み取り」を単一の測定結果、「測定」を一連の読み取り結果の平均と定義することで、興味深い区別をしています。

厚みを決定する場合でも、シム調整をする場合でも、1回の読み取りを信用するべきではありません。ゲージの読み取りを繰り返すと、たとえ近い場所であっても、塗膜や下地の表面の凹凸によって異なることがよくあります。表面上のゴミ、局所的な発光干渉、作業者の不適切な技術などは、測定結果に悪影響を及ぼす可能性のあるもののほんの一部です。

統計が与えてくれる安心感を得る。何度か読み取る。一貫して繰り返されない異常に高い値または低い値は破棄してください。その結果、許容できるゲージの読み値の平均が、その場所の膜厚測定値とみなされます。

 

結論

最近の測定器は、多くの不正確な要因を補正していますが、すべてではありません。乾燥膜厚測定に関する最良の知識は、メーカーの技術サポートネットワークとSSPC、NACE、ASTM、ISOなどの業界標準に裏打ちされたメーカーの説明書に記載されています。

DAVID BEAMISH(1955年 - 2019年)ニューヨークを拠点に世界中で販売されているハンドヘルド型塗装試験機メーカー、DeFelsko Corporationの元社長です。土木工学の学位を持ち、工業塗装、品質検査、製造業など様々な国際的産業において、これらの試験機器の設計、製造、販売に25年以上の経験を持つ。トレーニングセミナーを開催し、NACE、SSPC、ASTM、ISOなどさまざまな組織のメンバーとして活躍しました。

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