قياس خشونة السطح

هل تساءلت يومًا لماذا تبدو شاشة هاتفك أكثر سلاسة من قطعة خشنة من ورق الصنفرة؟

أو لماذا تبدو بعض دهانات السيارات وكأنها تشبه المرآة بينما تبدو الدهانات الأخرى باهتة ووعرة؟

تكمن الإجابة في خشونة السطح ، وهي عامل حاسم يؤثر على أداء ومظهر ومتانة المنتجات المختلفة.

من مكونات الفضاء إلى الغرسات الطبية ، يحتاج المصنعون إلى قياس خشونة السطح والتحكم فيها بدقة لضمان الجودة والموثوقية والسلامة.

في هذه المقالة ، سأستكشف علم وتقنيات قياس خشونة السطح ، ولماذا يهم أكثر مما تعتقد.

لذا ، اربط حزام الأمان واستعد للغوص في عالم رائع من خشونة السطح.

قياس خشونة السطح هو عملية قياس التغيرات الصغيرة في ارتفاع سطح مادي. إنه يختلف عن الاختلافات واسعة النطاق مثل الشكل والتموج ، والتي عادة ما تكون جزءًا من هندسة السطح.

يمكن اعتبار خشونة السطح على أنها نوعية السطح غير الناعم وترتبط بإدراك الإنسان لملمس السطح.

إنها خاصية متعددة النطاقات لها تفسيرات وتعريفات مختلفة اعتمادًا على التخصص الذي تم النظر فيه.

يمكن قياس خشونة السطح عن طريق المقارنة اليدوية مع "مقارنة خشونة السطح" أو يتم إجراء قياس المظهر الجانبي للسطح باستخدام مقياس بروفيلومتر. يمكن لأدوات القياس البصرية مثل مقاييس التداخل للضوء الأبيض أو المجاهر متحد البؤر المسح بالليزر قياس خشونة السطح على منطقة ما.

يتم تحديد معلمات خشونة المساحة في سلسلة ISO 25178 ، والقيم الناتجة هي Sa ، Sq ، Sz ، (مع القيم الأخرى).

متوسط ​​الخشونة (Ra) هو معلمة شائعة تستخدم لقياس خشونة السطح ، وهي تقيس انحراف السطح عن متوسط ​​الارتفاع.

يقاس عادةً بالميكرونات أو البوصة الدقيقة.

الأهمية في قياس الأبعاد

قياس خشونة السطح مهم في قياس الأبعاد لعدة أسباب:

• التفاعل بين الأجزاء:غالبًا ما تحدد خشونة السطح كيفية تفاعل جزء مع الآخر. على سبيل المثال ، إذا كان العمود يدور داخل محمل ، فمن المرجح أن يتسبب السطح الخشن في تلامس المعدن مع المعدن ، مما قد يؤدي إلى التآكل والتآكل.
• التعديلات الوقائية:يسمح التقاط البيانات حول خشونة السطح بتحليل الاتجاهات ويساعد في التعديلات الوقائية. على سبيل المثال ، يمكن أن يظهر قياس متوسط ​​الخشونة (Ra) عندما تبدأ الأداة في التآكل ، مما يؤدي إلى إنتاج خصائص سطح مختلفة. يمكن بعد ذلك استخدام هذه المعلومات لتحديد متى يكون تغيير الأداة ضروريًا.
• الاحتكاك والالتصاق:تلعب الخشونة دورًا مهمًا في عمليات مختلفة مثل الاحتكاك والالتصاق ، ويتم قياسها على نطاق واسع.
• قابلية البلل:العلاقة بين الخشونة وقابلية البلل محددة جيدًا ، ويمكن أن تؤدي إضافة خشونة السطح إلى تعزيز قابلية البلل التي تسببها كيمياء السطح.
• توصيف نسيج السطح:خشونة السطح هي قياس نسيج السطح ، ويتم تعريفها على أنها انحراف رأسي لسطح حقيقي عن شكله الأملس المثالي. لا يمكن وصف خشونة السطح بدقة باستخدام معلمة واحدة ، لذلك يتم تحديد مجموعة من معلمات خشونة السطح.
• الطرق الكمية والنوعية:يمكن وصف قياس خشونة السطح باستخدام الطرق الكمية أو النوعية. تشمل التقنيات النوعية المظهر البصري ، بينما تتضمن الأساليب الكمية قياس التغيرات الصغيرة في ارتفاع السطح المادي.

طرق قياس خشونة السطح

يمكن وصف قياس خشونة السطح باستخدام طرق مختلفة:

• طرق القياس المباشر:تقوم هذه الطرق بتقييم تشطيب السطح عن طريق أجهزة من نوع القلم. يتم الحصول على القياسات باستخدام قلم مرسوم على طول السطح المراد قياسه ، ويتم تسجيل حركة القلم المتعامدة على السطح. ثم يتم استخدام ملف التعريف المسجل هذا لحساب معلمات الخشونة.
• الطريقة البصرية:تتضمن هذه الطريقة استخدام الضوء لقياس خشونة السطح. على سبيل المثال ، يتم استخدام مصدر الضوء لإضاءة السطح بنظام رقمي لعرض السطح والبيانات.
• طرق السوائل:تستخدم طرق الموائع تدفق السائل فوق السطح لقياس الخشونة. على سبيل المثال ، يمكن استخدام تدفق السائل على سطح ما لتحديد خشونة السطح.
• الطريقة الكهربائية:تستخدم الطرق الكهربائية الخصائص الكهربائية للسطح لقياس الخشونة. على سبيل المثال ، يمكن استخدام المقاومة الكهربائية للسطح لتحديد خشونة السطح.
• طرق الفحص المجهري للمسبار:تستخدم هذه الطرق مجهر مسح ضوئي لقياس خشونة السطح. يقوم المجهر بمسح سطح الجسم المراد قياسه ويسجل ارتفاع السطح عند كل نقطة. ثم يتم استخدام هذه المعلومات لحساب معلمات الخشونة.
• التحليل الهندسي:يتضمن التحليل الهندسي استخدام النماذج الرياضية لتحليل خشونة السطح. على سبيل المثال ، يمكن استخدام الخطوط المرجعية ، وطرق المظروف ، والمرشحات الرقمية ، والفركتلات ، أو تقنيات أخرى للحصول على خصائص السطح.
• نوع عدم الاتصال:لا تتضمن طرق عدم الاتصال التلامس الفعلي مع أجزاء المعدات الموجودة على سطح الكائن المراد قياسه. على سبيل المثال ، الطرق البصرية وطرق السوائل والطرق الكهربائية هي طرق غير ملامسة.
• طرق المجهر الإلكتروني:تستخدم طرق المجهر الإلكتروني مجهر إلكتروني لقياس خشونة السطح. يقوم المجهر بمسح سطح الجسم المراد قياسه ويسجل ارتفاع السطح عند كل نقطة. ثم يتم استخدام هذه المعلومات لحساب معلمات الخشونة.

تقنيات القياس

يتم استخدام تقنيات مختلفة بناءً على المبدأ الفيزيائي لتقييم المقياس النانوي والمقياس الذري والميزات الدقيقة لخشونة السطح. تقنيات التنميط ، والمساحة ، والفحص المجهري هي الأنواع الثلاثة الأساسية للطرق المستخدمة لأخذ قياسات خشونة السطح.

يمكن قياس خشونة السطح باستخدام طرق التلامس مثل أجهزة من نوع القلم أو كتل النسخ المتماثلة. فيما يلي بعض الطرق والتقنيات المستخدمة لقياس خشونة السطح:

• جهاز من نوع القلم:هذه طريقة قياس مباشرة تحسب متوسط ​​قيمة الخشونة عن طريق تتبع السطح بأداة من نوع القلم. يقوم الجهاز بتضخيم الإشارة لتعويض التموج والإشارة فقط إلى الخشونة.
• كتل النسخ المتماثلة:تُستخدم في قياسات المقارنة وتحتوي على نمط خشونة معياري محدد.
• مقياس الملف:هذا هو نظام قياس التلامس الذي يستخدم قلم الماس لقياس خشونة السطح.
• معلمات خشونة المساحي:يتم تحديد هذه المعلمات في سلسلة ISO 25178 وتشمل Sa و Sq و Sz.
• الطرق البصرية:تشمل الطرق البصرية مقاييس التداخل للضوء الأبيض ومجاهر المسح بالليزر. هذه الأدوات قادرة على قياس خشونة السطح على منطقة ما.

يمكن أيضًا وصف خشونة السطح باستخدام الطرق الكمية أو النوعية. تشمل التقنيات النوعية المظهر البصري مثل اختبار الأظافر. من خلال استخدام مقاييس الانكسار السطحي جنبًا إلى جنب مع مقاييس الخشونة أو شكل السطح ، يمكن تفسير بعض الظواهر البينية بما في ذلك ميكانيكا التلامس والاحتكاك ومقاومة التلامس الكهربائي بشكل أفضل فيما يتعلق بهيكل السطح.

تستخدم طرق عدم التلامس لقياس خشونة السطح. وهنا بعض الأمثلة:

1. مغير الضوء المكاني:طريقة جديدة لقياس خشونة السطح غير الملامسة تجمع بين مزايا أنواع مختلفة من الطرق ، باستخدام إعداد Michelson.
2. قياس ملامح الليزر:طريقة عدم التلامس لقياس خشونة الأسطح. ومع ذلك ، قد يكون من الصعب الحصول على قياسات دقيقة لمعلمات خشونة السطح باستخدام طريقة خالية من التلامس للأسطح ذات اللمعان العالي.
3. المظهر البصري:تشمل التقنيات النوعية المظهر البصري مثل الفحص البصري ، والذي يمكن استخدامه لتحديد خشونة السطح.
4. آثار إزالة الاستقطاب:طريقة عدم التلامس التي تأخذ في الاعتبار تأثيرات إزالة الاستقطاب لقياس خشونة السطح في نطاق الميكرون الفرعي.
5. تداخل الأسطح الخشنة:طريقة غير مباشرة تستخدم تأثير التداخل بين الأسطح الخشنة التي تمكن من إنشاء أجهزة قياس بسيطة للغاية.

يرجى ملاحظة أن هناك أيضًا طرق قائمة على التلامس لقياس خشونة السطح.

لماذا يعتبر المترولوجيا مهمًا في قياس خشونة السطح

عندما يتعلق الأمر بقياس خشونة السطح لجسم ما ، فإن الدقة هي المفتاح. وهنا يأتي دور المترولوجيا. علم القياس هو علم القياس ويلعب دورًا مهمًا في ضمان الدقة والاتساق في قياس الأبعاد.

باستخدام الأدوات والتقنيات المتخصصة ، يمكن لعلماء المقاييس قياس خشونة السطح وصولاً إلى مستوى النانومتر ، مما يوفر بيانات لا تقدر بثمن للصناعات مثل التصنيع والفضاء والهندسة الطبية الحيوية.

بدون علم القياس ، ستكون قياسات خشونة السطح غير موثوقة وغير متسقة ، مما يؤدي إلى أخطاء محتملة في تصميم المنتج ومراقبة الجودة.

لذلك ، في المرة القادمة التي ترى فيها قياس خشونة السطح ، تذكر أنه يكمن وراء ذلك علم القياس ، مما يضمن الدقة والدقة في قياس الأبعاد.

للمزيد من المعلومات:

اكتشاف المقاييس والوحدات والأدوات والمزيد

الوحدات والمعايير

الوحدات المستخدمة للتعبير عن قياسات خشونة السطح عادةً ما تكون إما ميكرون (m) أو ميكرو بوصات (µ-in، µ "). واحد ميكرون يعادل تقريبًا 40 ميكرو-بوصة. المصطلحان" ميكرون "و" ميكرومتر "متكافئان وكلاهما شائع الاستخدام.

يتم تعريف معلمات خشونة المساحة أيضًا في سلسلة ISO 25178 ، مع القيم الناتجة مثل Sa و Sq و Sz.

يستخدم نظام القياس الوطني لإنهاء السطح معايير مرجعية مادية لمعايرة قياسات خشونة السطح إلى وحدة الطول المحددة: الطول الموجي لمصادر ضوء معينة.

يمكن أن يكون لقياسات خشونة السطح تأثير كبير على وظيفة المنتج. فيما يلي بعض الطرق التي يمكن أن تؤثر بها قياسات خشونة السطح على وظائف المنتج:

• أسطح التحمل:تتطلب العديد من أسطح المحامل نمطًا موحدًا من الخشونة مما يساعد على الاحتفاظ بغشاء من التزييت. إذا كان السطح أملسًا جدًا أو خشنًا جدًا ، فسوف يفشل المحمل.
• معلمات الجودة:في التطبيقات الهندسية ، توجد معايير جودة صارمة للأسطح والأجزاء. لذلك ، من الأهمية بمكان أن يتم قياس خشونة السطح بدقة حتى تتمكن من الالتزام بالمعايير المطلوبة في الجودة. غالبًا ما تكون الخشونة غير مرغوب فيها ، ولكن من الصعب السيطرة عليها في التصنيع. يؤدي تقليل الخشونة إلى زيادة تكلفة تصنيع المكونات ، لذلك يجب أن يكون هناك مفاضلة بين هذه التكلفة وتطبيق الأداء.
• الإدراك الإنساني:يمكن اعتبار خشونة السطح على أنها نوعية السطح غير الناعم ، وبالتالي فهي مرتبطة بإدراك الإنسان (اللمسي) لملمس السطح. من منظور رياضي ، فهي مرتبطة بهيكل التباين المكاني للأسطح ، وهي بطبيعتها خاصية متعددة النطاقات. لها تفسيرات وتعريفات مختلفة حسب التخصصات التي تم النظر فيها.
• أداء:يؤثر حجم وتكوين الميزات بشكل كبير على جودة ووظائف الأسطح المعالجة وأداء المنتجات النهائية. وبالتالي ، يرجى قياس خشونة الأسطح لتلبية معايير الأداء العالية للمنتجات النهائية الناتجة. يجب إدارة مستوى الخشونة بناءً على الجودة والأداء المطلوبين للسطح.

يمكن قياس خشونة السطح عن طريق المقارنة اليدوية مقابل "مقارنة خشونة السطح" أو عن طريق قياس المظهر الجانبي للسطح باستخدام مقياس بروفيلومتر. معيار ISO لقياسات خشونة السطح هو قلم مخروطي 60 درجة أو 90 درجة مع طرف كروي نصف قطر 2 ميكرومتر.

يحدد التحليل الصحيح لميزة السطح العيوب المحتملة داخل المادة والتي ، إذا تم تنفيذها وفقًا لمعايير عالية بما فيه الكفاية ، يمكن أن تحدث فرقًا بين منتج قابل للاستخدام ومنتج سيتم التخلص منه ويمكن أن يؤثر على العوامل الحرجة للمشروع مثل التكلفة واستخدام المواد أيضًا كسلامة لمشغل المنتج النهائي.

تعد خشونة السطح جانبًا مهمًا من جوانب قياس الأبعاد. فيما يلي بعض معايير الصناعة وطرق قياس خشونة السطح:

• مقارنة خشونة السطح:يمكن استخدام عينة من خشونة السطح المعروفة للمقارنة اليدوية.
• مقياس الملف:يمكن إجراء قياس المظهر الجانبي للسطح باستخدام مقياس التشكيل الجانبي ، والذي يمكن أن يكون من مجموعة التلامس (عادةً قلم الماس) أو بصري (على سبيل المثال: مقياس تداخل للضوء الأبيض أو مجهر متحد البؤر مسح بالليزر).
• معايير ISO:يتم تضمين معلمات خشونة الملف الشخصي في المعيار البريطاني BS EN ISO 4287: 2000 ، المتطابقة مع معيار ISO 4287: 1997. يتم تحديد معلمات خشونة المنطقة في سلسلة ISO 25178.
• قياس خشونة السطح المعتمد من A2LA:تقدم شركة Dimensional Measurement، Inc. (DMI) قياس خشونة السطح ومعايرة (تحليل السطح ثنائي الأبعاد) للأجزاء المعتمدة من A2LA.
• متوسط ​​الخشونة (رع):يقيس Ra انحراف السطح عن متوسط ​​الارتفاع. يقاس عادةً بالميكرونات (ميكرومتر) أو البوصة الدقيقة (µ-in ، µ ").
• معلمات خشونة المساحي:تعطي هذه المعلمات قيمًا أكثر أهمية من معلمات خشونة المظهر الجانبي.

يرجى ملاحظة أنه لا يوجد معيار متاح لمجهر القوة الذرية (AFM).

تحسين عمليات التصنيع

تعتبر قياسات خشونة السطح مهمة في عمليات التصنيع لأنها يمكن أن تساعد في تحسين جودة الأجزاء والمنتجات. فيما يلي بعض الطرق التي يمكن من خلالها استخدام قياسات خشونة السطح لتحسين عمليات التصنيع:

1. رقابة جودة:يعد قياس خشونة السطح أمرًا حيويًا لمراقبة جودة قطع العمل بالقطع. يجب أن تظل الأسطح في تطبيقات التصنيع ضمن حدود الخشونة المرغوبة لضمان الجودة المثلى للأجزاء.
2. توقع الأداء:خشونة السطح هي مؤشر ممتاز لأداء الجزء الميكانيكي لأن المخالفات على السطح يمكن أن تنتج مواقع نواة للكسور أو التآكل. في علم الترايبولوجي ، تتآكل الأسطح الخشنة بشكل أسرع ولها معاملات احتكاك أكبر من الأسطح الملساء.
3. تعزيز التصاق:قد تكون هناك حاجة إلى الخشونة في بعض التطبيقات لتسهيل الالتصاق بالطلاء التجميلي مثل الطلاء أو الطلاء بالمسحوق أو الطلاء.
4. منع التلوث:يتطلب التصنيع عالي النقاء أسطحًا ملساء داخل معدات المعالجة لتجنب التلوث أو التراكم داخلها.
5. إجراءات موحدة:يجب الحفاظ على خشونة السطح في جميع الأوقات من قبل المهندسين والمصنعين للمساعدة في إنتاج إجراءات موحدة وسلع جديرة بالثقة.
6. الامتثال لمعايير الصناعة:يمكن استخدام قياسات خشونة السطح لتحديد مدى توافق المعدات مع معايير الصناعة المختلفة.

حدود قياس خشونة السطح

تقنيات قياس خشونة السطح لها بعض القيود:

1. عدم وجود التوحيد القياسي:يتمثل القيد الرئيسي لبعض طرق قياس خشونة السطح في عدم وجود طريقة موحدة للتقييم. هذا يمكن أن يجعل من الصعب مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام تقنيات مختلفة.
2. دقة محدودة:إن هندسة السطح الحقيقية معقدة للغاية لدرجة أن عددًا محدودًا من المعلمات لا يمكن أن يوفر وصفًا كاملاً. إذا زاد عدد المعلمات المستخدمة ، يمكن الحصول على وصف أكثر دقة. ومع ذلك ، هذا ليس ممكنًا دائمًا بسبب القيود العملية.
3. الفلتره:للحصول على خصائص السطح ، تخضع جميع القياسات تقريبًا للترشيح. إنها من أهم خطوات قياس خشونة السطح. ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي التصفية أيضًا إلى حدوث أخطاء وتشوهات في البيانات المقاسة.
4. نطاق محدود:بعض تقنيات القياس لها نطاق قياس محدود. على سبيل المثال ، بعض الطرق مناسبة فقط لقياس الخشونة على نطاق صغير ، بينما البعض الآخر مناسب فقط لقياس الخشونة على نطاق واسع.
5. الاعتماد على الطول الموجي:تعتمد معلمات الخشونة المقاسة على قيود الأطوال الموجية القصيرة والطويلة. هذه الاعتبارات ليست فقط نتيجة لتقنية القياس ، ولكن أيضًا نتيجة للخصائص الفيزيائية للسطح الذي يتم قياسه.
6. الاعتماد على التقنية:يتم استخدام تقنيات مختلفة لتقييم المقياس النانوي والمقياس الذري والميزات الدقيقة لخشونة السطح. كل تقنية لها حدودها الخاصة وهي مناسبة لقياس أنواع معينة من الأسطح.

على الرغم من هذه القيود ، يظل قياس خشونة السطح أداة مهمة في مختلف الصناعات لضمان جودة وأداء المنتجات.

الأفكار والاعتبارات الختامية

عندما أنهي هذا المنشور على قياس خشونة السطح ، لا يسعني إلا أن أشعر بالارتباك بسبب تعقيدات قياس الأبعاد. من الرائع التفكير في الأساليب والتقنيات المختلفة المستخدمة لقياس خشونة السطح ، وكيف يمكن أن يكون للاختلافات الصغيرة في الملمس تأثير كبير على وظائف المنتج.

لكن ما يبرز حقًا بالنسبة لي هو إمكانية قياس خشونة السطح لتحسين عمليات التصنيع. من خلال قياس خشونة السطح بدقة ، يمكن للمصنعين تحديد مجالات التحسين وإجراء التعديلات لتحسين إنتاجهم. هذا لا يؤدي فقط إلى منتجات ذات جودة أعلى ، ولكنه يقلل أيضًا من الهدر ويوفر المال على المدى الطويل.

ومع ذلك ، من المهم مراعاة تأثير قياسات خشونة السطح بما يتجاوز مجرد عملية التصنيع. يمكن أن تؤثر خشونة السطح أيضًا على أداء المنتجات في مختلف الصناعات ، من الفضاء إلى الأجهزة الطبية. من خلال فهم تأثير خشونة السطح على هذه الصناعات ، يمكننا الاستمرار في تطوير طرق جديدة ومبتكرة لقياس وتحسين نسيج السطح.

في الختام ، يعد قياس خشونة السطح موضوعًا رائعًا ومعقدًا له آثار بعيدة المدى. مع استمرار تقدم التكنولوجيا ، أنا متحمس لمعرفة كيف يمكننا تطبيق هذه القياسات لتحسين عمليات التصنيع لدينا وتحسين أداء منتجاتنا. لذلك في المرة القادمة التي تختار فيها منتجًا ، توقف لحظة لتقدير الدقة والاهتمام بالتفاصيل التي تدخل في قياس خشونة سطحه.

فهم وحدات القياس المترولوجيا

نصيحة: قم بتشغيل زر التسمية التوضيحية إذا كنت بحاجة إليه. اختر "ترجمة آلية" في زر الإعدادات إذا لم تكن معتادًا على اللغة الإنجليزية. قد تحتاج إلى النقر فوق لغة الفيديو أولاً قبل أن تصبح لغتك المفضلة متاحة للترجمة.

الروابط والمراجع

التسجيل لنفسي: (حالة المقالة: خطة)