เครื่องวัดความเงา (หรือเครื่องวัดความเงาแบบกระจก ) เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดความเงาจากการสะท้อนแสง ของพื้นผิว การวัด ความเงาทำได้โดยการฉายลำแสงที่มีความเข้มและมุมคงที่ลงบนพื้นผิว แล้ววัดปริมาณแสงสะท้อนที่มุมเท่ากันแต่ตรงข้ามกัน

มีรูปทรงเรขาคณิตหลายแบบให้เลือกใช้สำหรับการวัดความเงา โดยแต่ละแบบจะขึ้นอยู่กับประเภทของพื้นผิวที่จะวัด สำหรับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ เช่น สารเคลือบและพลาสติก ปริมาณแสงสะท้อนจะเพิ่มขึ้นเมื่อมุมการส่องสว่างกว้างขึ้น เนื่องจากแสงบางส่วนจะทะลุผ่านวัสดุพื้นผิวและถูกดูดซับเข้าไป หรือกระจายออกไปจากพื้นผิว ขึ้นอยู่กับสีของวัสดุนั้น โลหะมีการสะท้อนแสงสูงกว่ามาก ดังนั้นจึงไม่ขึ้นอยู่กับมุมการส่องสว่างมากนัก

มีมาตรฐานทางเทคนิคระดับสากลมากมายที่กำหนดวิธีการใช้งานและข้อกำหนดสำหรับเครื่องวัดความเงาประเภทต่างๆ ที่ใช้กับวัสดุหลากหลายประเภท รวมถึงสี เซรามิก กระดาษ โลหะ และพลาสติก อุตสาหกรรมหลายแห่งใช้เครื่องวัดความเงาในการควบคุมคุณภาพเพื่อวัดความเงาของผลิตภัณฑ์เพื่อให้มั่นใจในความสม่ำเสมอของกระบวนการผลิต อุตสาหกรรมยานยนต์เป็นผู้ใช้เครื่องวัดความเงาหลัก โดยมีการใช้งานตั้งแต่ในโรงงานไปจนถึงอู่ซ่อมรถ

จากเอกสารตีพิมพ์ที่บันทึกไว้ในระดับนานาชาติจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับการวัดความมันเงา การศึกษาที่บันทึกไว้ที่เก่าแก่ที่สุด (ทั้งที่รับรู้และที่ใช้เครื่องมือ) นั้นเป็นผลงานของ Leonard R. Ingersoll ^{[ 1 ]} ซึ่งในปี พ.ศ. 2457 ได้พัฒนาวิธีการวัดแสงสะท้อนของกระดาษ เครื่องมือ "Glarimeter" ของ Ingersoll ซึ่งเป็นเครื่องมือที่พัฒนาขึ้นเป็นครั้งแรกสำหรับการวัดความมันเงา มีพื้นฐานมาจากหลักการที่ว่าแสงจะถูกโพลาไรซ์ในการสะท้อนแบบกระจกเงา เครื่องมือนี้ใช้มุมตกกระทบและมุมมองที่ 57.5° และใช้วิธีการเปรียบเทียบเพื่อลบส่วนประกอบแบบกระจกเงาออกจากการสะท้อนทั้งหมดโดยใช้องค์ประกอบโพลาไรซ์ Ingersoll ได้ยื่นขอและจดสิทธิบัตรเครื่องมือนี้ได้สำเร็จในอีกไม่กี่ปีต่อมาในปี พ.ศ. 2460

ในปี พ.ศ. 2465 LA Jones ^{[ 2 ]}ระหว่างการศึกษาความมันเงาของกระดาษถ่ายภาพโดยใช้โกนิโอโฟโตเมตรี ได้พัฒนาเครื่องวัดความมันเงาโดยอิงจากการวิจัยของเขา ซึ่งให้ความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดยิ่งขึ้นกับระดับความมันเงาที่กำหนดโดยการประเมินด้วยสายตา เครื่องวัดความมันเงาของ Jones ใช้การกำหนดค่าทางเรขาคณิต 45°/0°/45° โดยที่พื้นผิวจะถูกส่องสว่างที่ 45° และวัดและเปรียบเทียบมุมสะท้อนตกกระทบสองมุมที่ 0° (การสะท้อนแบบกระจาย) และ 45° (การสะท้อนแบบกระจายบวกการสะท้อนแบบกระจกเงา) Jones เป็นคนแรกที่เน้นความสำคัญของการใช้การวัดโกนิโอโฟโตเมตรีในการศึกษาความมันเงา

งานในช่วงแรกในปี พ.ศ. 2468 โดย AH Pfund ^{[ 3 ]}นำไปสู่การพัฒนา "เครื่องวัดความเงา" แบบปรับมุมได้เพื่อวัดความเงาแบบสะท้อนแสง ซึ่งต่อมาได้รับสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2475 เครื่องมือของ Pfund อนุญาตให้ปรับมุมการวัดได้ แต่ยังคงรักษามุมมองให้เท่ากับมุมการส่องสว่าง แสงสะท้อนถูกวัดโดยใช้ หลอดไฟ ไพโรมิเตอร์เป็นโฟโตมิเตอร์ 'เครื่องวัดความเงา' เป็นเครื่องมือแรกที่ใช้มาตรฐานกระจกสีดำเป็นพื้นฐานในการตั้งค่าการสะท้อนแสง เนื่องจากมุมสามารถปรับได้ เครื่องมือนี้จึงสามารถใช้สำหรับการวัดความมันวาวหรือความเงาแบบสะท้อนแสงที่มุมเฉียงใกล้ ๆ ได้เช่นกัน

ในช่วงเวลานั้น ความสนใจที่เพิ่มขึ้นในสาขานี้ส่งผลให้มีการศึกษาที่คล้ายคลึงกันจำนวนมากโดยบุคคลอื่น ๆ ซึ่งแต่ละคนมีวิธีการวัดความเงาเป็นของตนเอง และส่วนใหญ่ได้รับการตีพิมพ์เป็นบทความทางเทคนิคในวารสารวิทยาศาสตร์ในยุคนั้น และบางส่วนก็ได้รับการจดสิทธิบัตรด้วย

ในปี 1937 ฮันเตอร์ ในฐานะส่วนหนึ่งของโครงการวิจัยสำหรับสำนักงานมาตรฐานแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา ได้จัดทำเอกสารเกี่ยวกับวิธีการกำหนดความเงา ในเอกสารนี้ เขาได้กล่าวถึงเครื่องมือที่มีอยู่ในขณะนั้น (รวมถึงเครื่องมือที่กล่าวถึงไปก่อนหน้านี้) ที่เกี่ยวข้องกับการจำแนกความเงาออกเป็น 6 ประเภทที่แตกต่างกัน ในเอกสารนี้ ฮันเตอร์ยังได้อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับข้อกำหนดทั่วไปสำหรับเครื่องวัดความเงาแบบมาตรฐาน การกำหนดมาตรฐานในการวัดความเงาได้รับการริเริ่มโดยฮันเตอร์และ ASTM (สมาคมการทดสอบและวัสดุแห่งอเมริกา) ซึ่งได้จัดทำมาตรฐานการทดสอบ ASTM D523 สำหรับความเงาแบบสะท้อนแสงในปี 1939 ซึ่งรวมถึงวิธีการวัดความเงาที่มุมสะท้อนแสง 60° ฉบับต่อมาของมาตรฐาน (1951) ได้รวมวิธีการวัดที่ 20° (ความเงาสูง) และ 85° (ด้าน หรือความเงาต่ำ) ASTM ยังมีมาตรฐานอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับความเงาอีกหลายมาตรฐานที่ออกแบบมาเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมเฉพาะด้าน

ในอุตสาหกรรมสี การวัดความเงาแบบสะท้อนแสงจะทำตามมาตรฐานสากล ISO 2813 มาตรฐานนี้เทียบเท่ากับมาตรฐานระดับประเทศ ASTM D523 (สหรัฐอเมริกา), BS 3900, Part 5 (สหราชอาณาจักร); DIN 67530 (เยอรมนี), NFT 30-064 (ฝรั่งเศส), AS 1580 (ออสเตรเลีย), JIS Z8741 (ญี่ปุ่น)

เครื่องวัดความเงาทั่วไปประกอบด้วยชุดประกอบเชิงกลแบบคงที่ซึ่งประกอบด้วยแหล่งกำเนิดแสงมาตรฐานที่ฉายลำแสงขนานไปยังพื้นผิวทดสอบที่จะวัด และตัวตรวจจับแบบกรองที่ตั้งอยู่เพื่อรับรังสีที่สะท้อนจากพื้นผิว วิธีการ ASTM ระบุว่าควรกำหนดความสว่างเพื่อให้การรวมกันของแหล่งกำเนิดแสงและตัวตรวจจับได้รับการแก้ไขสเปกตรัมเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการส่องสว่าง CIE, V(?), โดยใช้แหล่งกำเนิดแสง CIE SC ^{[ 4 ]}

A number of instruments are commercially available that conform to the above standards in terms of their measurement geometry. The instruments are calibrated using reference standards that are usually made from highly polished, plane, black glass with a refractive index of 1.567 for the Sodium D line, and these are assigned a gloss value of 100 for each geometry.^[5]

The glossmeter provides a quantifiable way of measuring gloss intensity ensuring consistency of measurement by defining the precise illumination and viewing conditions.^[6] The configuration of both illumination source and observation reception angles allows measurement over a small range of the overall reflection angle. The measurement results of a glossmeter are related to the amount of reflected light from a black glass standard with a defined refractive index. The ratio of reflected to incident light for the specimen, compared to the ratio for the gloss standard, is recorded as gloss units (GU).

Measurement angle refers to the angle between the incident light and the perpendicular. Three measurement angles (20°, 60°, and 85°) are specified to cover the majority of industrial coatings applications. The angle is selected based on the anticipated gloss range, as shown in the following table.

For example, if the measurement made at 60° is greater than 70 GU, the measurement angle should be changed to 20° to optimise measurement accuracy. Three types of instruments are available on the market: 60° single angle instruments, a combination of 20° and 60° and one type that combines 20°, 60° and 85°.

Two additional angles are used for other materials. An angle of 45° is specified for the measurement of ceramics, films, textiles and anodised aluminium, whilst 75° is specified for paper and printed materials.

The measurement scale, gloss units (GU), of a glossmeter is a scaling based on a highly polished reference black glass standard with a defined refractive index having a specular reflectance of 100GU at the specified angle.

มาตรฐานนี้ใช้เพื่อกำหนดค่าสูงสุดที่ 100 และค่าต่ำสุดที่ 0 บนพื้นผิวที่ด้านสนิท การปรับสเกลนี้เหมาะสำหรับวัสดุและสารเคลือบที่ไม่ใช่โลหะส่วนใหญ่ (สีและพลาสติก) เนื่องจากโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงนี้ สำหรับวัสดุอื่นๆ ที่มีลักษณะสะท้อนแสงสูง (กระจกเงา ชิ้นส่วนโลหะชุบ/โลหะดิบ) สามารถเพิ่มค่าได้ถึง 2000 หน่วยความเงา สำหรับวัสดุโปร่งใส ค่าเหล่านี้สามารถเพิ่มขึ้นได้เนื่องจากการสะท้อนหลายครั้งภายในวัสดุ สำหรับการใช้งานเหล่านี้ มักใช้เปอร์เซ็นต์การสะท้อนแสงตกกระทบแทนหน่วยความเงา

เครื่องวัดความเงาแต่ละเครื่องได้รับการตั้งค่าโดยผู้ผลิตให้มีความเป็นเส้นตรงตลอดช่วงการวัด โดยการสอบเทียบกับชุดแผ่นสอบเทียบหลักที่สามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ตามมาตรฐานระดับชาติหรือระดับสากล เช่น ISO 2813 หรือสถาบันวิจัยและทดสอบวัสดุแห่งสหพันธรัฐ เยอรมนี (BAM)

เพื่อรักษาประสิทธิภาพและความเป็นเส้นตรงของเครื่องวัดความเงา ขอแนะนำให้ใช้แผ่นมาตรฐานสำหรับการตรวจสอบ แผ่นมาตรฐานนี้จะมีค่าหน่วยความเงาที่กำหนดไว้สำหรับแต่ละมุมการวัด ซึ่งสามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ถึงมาตรฐานระดับชาติ เช่น มาตรฐาน BAM ของเยอรมนี เครื่องมือจะได้รับการสอบเทียบกับแผ่นมาตรฐานสำหรับการตรวจสอบนี้ ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่า 'แผ่นสอบเทียบ' หรือ 'มาตรฐานการสอบเทียบ' ช่วงเวลาในการตรวจสอบการสอบเทียบนี้ขึ้นอยู่กับความถี่ในการใช้งานและสภาพการทำงานของเครื่องวัดความเงา

พบว่าแผ่นสอบเทียบมาตรฐานที่เก็บรักษาไว้ในสภาพที่เหมาะสมอาจเกิดการปนเปื้อนและค่าความเงาเปลี่ยนแปลงไปเล็กน้อยในช่วงระยะเวลาหลายปี แผ่นสอบเทียบมาตรฐานที่ใช้ในสภาพการทำงานจริงจำเป็นต้องได้รับการสอบเทียบหรือตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอโดยผู้ผลิตเครื่องมือหรือผู้เชี่ยวชาญด้านการสอบเทียบเครื่องวัดความเงา

ควรเว้นระยะเวลาอย่างน้อยหนึ่งปีระหว่างการปรับเทียบมาตรฐานกระเบื้องแต่ละครั้ง หากมาตรฐานการปรับเทียบเกิดรอยขีดข่วนหรือเสียหายอย่างถาวรเมื่อใดก็ตาม จะต้องทำการปรับเทียบใหม่หรือเปลี่ยนใหม่ทันที เนื่องจากเครื่องวัดความเงาอาจให้ค่าที่ไม่ถูกต้อง

มาตรฐานสากลระบุว่า กระเบื้องต่างหากที่เป็นตัวสอบเทียบและสามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ ไม่ใช่เครื่องวัดความเงา อย่างไรก็ตาม ผู้ผลิตมักแนะนำให้ตรวจสอบเครื่องมือด้วย เพื่อยืนยันการทำงานที่ความถี่ซึ่งขึ้นอยู่กับสภาพการใช้งาน

เครื่องวัดความเงาเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์สำหรับการวัดความเงาของพื้นผิว อย่างไรก็ตาม มันไม่ไวต่อผลกระทบอื่นๆ ที่ลดคุณภาพของพื้นผิว เช่น ความขุ่นมัวและผิวส้ม

หมอกควันเกิดจากโครงสร้างพื้นผิวระดับจุลภาคที่เปลี่ยนแปลงทิศทางของแสงสะท้อนเล็กน้อย ทำให้เกิดฝ้าขึ้นบริเวณใกล้เคียงกับมุมเงา (มุมสะท้อนแสง) พื้นผิวมีความคมชัดในการสะท้อนแสงน้อยลงและเกิดเอฟเฟ็กต์ขุ่นมัวเล็กน้อย

ผิวส้มเกิดจากการที่พื้นผิวไม่เรียบ มีโครงสร้างขนาดใหญ่เกิดขึ้นบนพื้นผิว ทำให้แสงสะท้อนผิดเพี้ยนไป

พื้นผิวที่มีความมันวาวสูงสองพื้นผิวอาจวัดค่าได้เหมือนกันด้วยเครื่องวัดความมันวาวมาตรฐาน แต่ในทางสายตาอาจแตกต่างกันมาก มีเครื่องมือที่สามารถวัดปริมาณความมันวาวแบบผิวส้มได้โดยการวัดความคมชัดของภาพ (DOI) หรือคุณภาพของภาพสะท้อน (RIQ) และความขุ่นมัว

เครื่องวัดความเงาถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย ตั้งแต่โรงงานผลิตกระดาษไปจนถึงอุตสาหกรรมยานยนต์ และใช้ในทุกขั้นตอนของกระบวนการผลิต ตั้งแต่การรับสินค้าไปจนถึงการตรวจสอบขั้นสุดท้าย ตัวอย่างเช่น สีทาบ้าน สารเคลือบผงและไม้ สารเติมแต่ง หมึกพิมพ์ พลาสติก การผลิตยานยนต์ แก้ว และเรือยอชต์ อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ หินขัดเงาและโลหะ เครื่องใช้ไฟฟ้าและโลหะชุบอะโนไดซ์

• แผ่นวัดความทึบแสง  – เครื่องมือสำหรับประเมินความทึบแสงและอัตราส่วนความแตกต่างของสีเคลือบผิว
• ความเงาของสี  – ความมันวาวของพื้นผิวสี
• ลักษณะที่ปรากฏ  – สสารปรากฏให้เห็นอย่างไรเมื่อเกิดปฏิสัมพันธ์กับแสง

• บทความจากนิตยสาร PCI: ระดับความเชื่อมั่นในการวัดความเงาอยู่ที่ระดับใด?
• เครื่องวัดความเงา 60° - Caltech อินเดีย
• เครื่องวัดความเงาแบบสามมุม (20°/60°/85°) - Caltech อินเดีย