Felületi Érdesség Mérése

Elgondolkozott már azon, hogy a telefon képernyője miért simább, mint egy durva csiszolópapír?

Vagy miért tűnik úgy, hogy egyes autófestékek tükörszerű felülettel rendelkeznek, míg mások fakónak és göröngyösnek?

A válasz a felületi érdességben rejlik, amely döntő tényező, amely befolyásolja a különböző termékek teljesítményét, megjelenését és tartósságát.

A repüléstechnikai alkatrészektől az orvosi implantátumokig a gyártóknak pontosan meg kell mérniük és ellenőrizniük kell a felület egyenetlenségét a minőség, a megbízhatóság és a biztonság érdekében.

Ebben a cikkben megvizsgálom a felületi érdesség mérésének tudományát és technikáit, és azt, hogy miért fontosabb, mint gondolná.

Tehát csatolja fel magát, és készüljön elmerülni a felületi érdesség lenyűgöző világába.

A felületi érdesség mérése egy fizikai felület kis léptékű magasságváltozásának mérési folyamata. Ez különbözik a nagyobb léptékű változatoktól, mint például a forma és a hullámosság, amelyek jellemzően a felület geometriájának részét képezik.

A felületi érdesség a felület nem sima minőségének tekinthető, és a felület textúrájának emberi észleléséhez kapcsolódik.

Ez egy többléptékű tulajdonság, amely a vizsgált tudományágtól függően eltérő értelmezésekkel és definíciókkal rendelkezik.

A felületi érdesség mérhető manuális összehasonlítással egy "felületi érdesség-összehasonlítóval", vagy a felületi profil mérése profilométerrel történik. Optikai mérőműszerek, például fehér fényű interferométerek vagy lézeres pásztázó konfokális mikroszkópok is mérhetik a felület érdességét egy adott területen.

A területi érdesség paramétereit az ISO 25178 sorozat határozza meg, és az eredményül kapott értékek Sa, Sq, Sz, (másokkal együtt).

Az átlagos érdesség (Ra) egy általános paraméter, amelyet a felületi érdesség mérésére használnak, és méri a felület eltérését az átlagos magasságtól.

Általában mikronban vagy mikrohüvelykben mérik.

Fontosság a dimenziómérésben

A felületi érdesség mérése több okból is fontos a méretmérésnél:

• A részek közötti kölcsönhatás:A felületi érdesség gyakran meghatározza, hogy az egyik alkatrész hogyan kölcsönhatásba lép a másikkal. Például, ha egy tengely forog a csapágy belsejében, egy érdes felület nagyobb valószínűséggel fém-fém érintkezést okoz, ami kopáshoz és korrózióhoz vezethet.
• Megelőző beállítások:A felületi érdességre vonatkozó adatok rögzítése lehetővé teszi a trendek elemzését és segít a megelőző kiigazításokban. Például az érdesség átlagának (Ra) mérése megmutathatja, hogy egy szerszám mikor kezd elkopni, aminek következtében az eltérő felületi jellemzőket produkál. Ez az információ felhasználható annak eldöntésére, hogy mikor van szükség szerszámcserére.
• Súrlódás és tapadás:Az érdesség fontos szerepet játszik különböző folyamatokban, mint például a súrlódás és a tapadás, és széles körben mérik.
• Nedvesíthetőség:Az érdesség és a nedvesíthetőség közötti kapcsolat jól meghatározott, és a felületi érdesség növelése növelheti a felület kémiája által okozott nedvesíthetőséget.
• Felületi textúra jellemzése:A felületi érdesség a felületi textúra mértéke, és úgy definiálható, mint egy valódi felület függőleges eltérése az ideálisan sima formájától. A felületi érdesség nem jellemezhető pontosan egyetlen paraméter használatával, ezért a felületi érdesség paramétereinek halmaza van meghatározva.
• Kvantitatív és minőségi módszerek:A felületi érdesség mérése kvantitatív vagy kvalitatív módszerekkel jellemezhető. A kvalitatív technikák közé tartozik az optikai megjelenés, míg a kvantitatív módszerek a fizikai felületek magasságának kis léptékű változásainak mérését jelentik.

A felületi érdesség mérésének módszerei

A felületi érdesség mérése különböző módszerekkel jellemezhető:

• Közvetlen mérési módszerek:Ezek a módszerek a felületi minőséget stylus típusú eszközökkel értékelik. A méréseket a mérendő felület mentén rajzolt tollal végezzük, és regisztráljuk a toll felületre merőleges mozgását. Ezt a regisztrált profilt használják azután az érdesség paraméterek kiszámításához.
• Optikai módszer:Ez a módszer magában foglalja a fény használatát a felületi érdesség mérésére. Például egy fényforrást használnak a felület megvilágítására egy digitális rendszerrel a felület és az adatok megtekintéséhez.
• Folyékony módszerek:A folyékony módszerek a folyadék felület feletti áramlását használják az érdesség mérésére. Például a folyadék felület feletti áramlása felhasználható a felület érdességének meghatározására.
• Elektromos módszer:Az elektromos módszerek a felület elektromos tulajdonságait használják fel az érdesség mérésére. Például egy felület elektromos ellenállása felhasználható a felület érdességének meghatározására.
• Pásztázó szonda mikroszkópos módszerei:Ezek a módszerek pásztázó szonda mikroszkópot használnak a felületi érdesség mérésére. A mikroszkóp a mérendő tárgy felületét pásztázza, és minden ponton rögzíti a felület magasságát. Ezt az információt azután az érdességi paraméterek kiszámításához használják fel.
• Geometriai elemzés:A geometriai elemzés magában foglalja a matematikai modellek használatát a felületi érdesség elemzésére. Például referenciavonalak, burkológörbe módszerek, digitális szűrők, fraktálok vagy más technikák használhatók a felületi jellemzők meghatározására.
• Nem kapcsolat típusa:Az érintésmentes módszerek nem tartalmaznak tényleges érintkezést a mérendő tárgy felületén lévő berendezés részeivel. Például az optikai módszerek, a folyadékmódszerek és az elektromos módszerek érintésmentes módszerek.
• Elektronmikroszkópos módszerek:Az elektronmikroszkópos módszerek elektronmikroszkópot használnak a felületi érdesség mérésére. A mikroszkóp a mérendő tárgy felületét pásztázza, és minden ponton rögzíti a felület magasságát. Ezt az információt azután az érdességi paraméterek kiszámításához használják fel.

Mérési technikák

A fizikai elven alapuló különböző technikákat alkalmaznak a felületi érdesség nanoméretű, atomi léptékű és mikroléptékű jellemzőinek felmérésére. A profilozási, területi és mikroszkópos technikák a felületi érdesség mérésének három elsődleges módszere.

A felületi érdesség mérhető érintkezési módszerekkel, például toll típusú eszközökkel vagy replika blokkokkal. Íme néhány módszer és technika a felületi érdesség mérésére:

• Stylus típusú eszköz:Ez egy közvetlen mérési módszer, amely az átlagos érdesség értékét számítja ki a felület nyomon követésével egy toll típusú műszerrel. A hangszer felerősíti a jelét, hogy kompenzálja a hullámosságot, és csak az érdességet jelezze.
• Replika blokkok:Ezeket összehasonlító méréseknél használják, és egy meghatározott szabványos érdességmintát tartalmaznak.
• Profilométer:Ez egy érintkezési mérőrendszer, amely gyémánt ceruzát használ a felületi érdesség mérésére.
• Területi érdesség paraméterei:Ezek a paraméterek az ISO 25178 sorozatban vannak meghatározva, és magukban foglalják az Sa, Sq és Sz paramétereket.
• Optikai módszerek:Az optikai módszerek közé tartoznak a fehér fényű interferométerek és a lézeres pásztázó konfokális mikroszkópok. Ezek a műszerek képesek a felületi érdesség mérésére egy területen.

A felületi érdesség kvantitatív vagy kvalitatív módszerekkel is jellemezhető. A kvalitatív technikák közé tartozik az optikai megjelenés, például a körömteszt. A felületi fraktalitás mértékének és az érdesség vagy a felület alakjának mérésével együtt bizonyos határfelületi jelenségek, beleértve az érintkezési mechanikát, a súrlódást és az elektromos érintkezési ellenállást, jobban értelmezhetők a felületi szerkezet tekintetében.

A felületi érdesség mérésére érintésmentes módszereket alkalmaznak. Íme néhány példa:

1. Térbeli fénymodulátor:Egy új, érintés nélküli felületi érdesség mérési módszer, amely egyesíti a különböző típusú módszerek előnyeit, Michelson-beállítással.
2. Lézeres profilometria:Érintésmentes módszer a felületek érdességének mérésére. Azonban kihívást jelenthet a felületi érdesség paramétereinek pontos mérése érintésmentes módszerrel magas fényű felületek esetén.
3. Optikai megjelenés:A kvalitatív technikák közé tartozik az optikai megjelenés, például a szemrevételezés, amely felhasználható a felületi érdesség meghatározására.
4. Depolarizációs hatások:Érintkezés nélküli módszer, amely figyelembe veszi a depolarizációs hatásokat a felületi érdesség mérésére a mikron alatti tartományban.
5. Érdes felületek áthatolása:A durva felületek áthatolásának hatását alkalmazó közvetett módszer, amely nagyon egyszerű mérőeszközök készítését teszi lehetővé.

Kérjük, vegye figyelembe, hogy vannak érintkezés alapú módszerek is a felületi érdesség mérésére.

Miért számít a metrológia a felületi érdesség mérésénél?

Amikor egy tárgy felületi érdességéről van szó, a pontosság kulcsfontosságú. Itt jön be a metrológia. A metrológia a mérés tudománya, és döntő szerepet játszik a méretmérés pontosságának és következetességének biztosításában.

Speciális eszközök és technikák használatával a metrológusok nanométeres szintig mérhetik a felületi érdességeket, így felbecsülhetetlen értékű adatokat szolgáltatnak az olyan iparágak számára, mint a gyártás, a repülés és az orvosbiológia.

Metrológia nélkül a felületi érdesség mérései megbízhatatlanok és következetlenek lennének, ami potenciális hibákhoz vezethet a terméktervezésben és a minőségellenőrzésben.

Tehát, amikor legközelebb felületi érdességmérést lát, ne feledje, hogy mögötte a metrológia tudománya rejlik, amely biztosítja a méretmérés pontosságát és pontosságát.

További információért:

A metrológia, egységek, műszerek és egyebek felfedezése

Egységek és szabványok

A felületi érdesség mérésére használt mértékegységek általában mikron (µm) vagy mikroinch (µ-in, µ”). Egy mikron nagyjából 40 mikrohüvelyknek felel meg. A „mikron” és „mikrométer” kifejezések egyenértékűek. És mindkettőt gyakran használják.

Az ISO 25178 sorozat a területi érdesség paramétereit is meghatározza, és az eredményül kapott értékek, például Sa, Sq és Sz.

A Nemzeti Felületi Mérési Rendszer fizikai referenciastandardok segítségével kalibrálja a felületi érdesség mérését a meghatározott hosszegységre: bizonyos fényforrások hullámhosszára.

A felületi érdesség mérése jelentős hatással lehet a termék funkcionalitására. Íme néhány módja annak, hogy a felületi érdesség mérése befolyásolja a termék működését:

• Csapágyfelületek:Sok csapágyfelület egységes érdességi mintát igényel, ami segít megtartani a kenőanyag filmet. Ha a felület túl sima vagy túl érdes, a csapágy meghibásodik.
• Minőségi paraméterek:A mérnöki alkalmazásokban szigorú minőségi paraméterek vonatkoznak a felületekre és az alkatrészekre. Ezért kulcsfontosságú, hogy a felület érdességét pontosan mérjük, hogy az megfeleljen a szükséges minőségi szabványoknak. Az érdesség gyakran nem kívánatos, de a gyártás során nehéz ellenőrizni. Az érdesség csökkentése az alkatrészek gyártási költségének növekedéséhez vezet, ezért kompromisszumot kell kötni e költség és a teljesítmény alkalmazása között.
• Emberi érzékelés:A felületi érdesség a felület nem sima minőségének tekinthető, és ennélfogva összefügg a felületi textúra emberi (haptikus) észlelésével. Matematikai szempontból a felületek térbeli változékonysági szerkezetéhez kapcsolódik, és eredendően többléptékű tulajdonság. A vizsgált tudományágaktól függően eltérő értelmezésekkel és definíciókkal rendelkezik.
• Teljesítmény:A jellemzők mérete és konfigurációja jelentősen befolyásolja a feldolgozott felületek minőségét és funkcionalitását, valamint a végtermékek teljesítményét. Következésképpen kérjük, mérje meg a felületek érdességét, hogy megfeleljen a kapott végtermékekre vonatkozó magas teljesítmény szabványoknak. Az érdesség szintjét a felület kívánt minősége és teljesítménye alapján kell kezelni.

A felületi érdesség mérhető manuális összehasonlítással egy "felületi érdesség-összehasonlítóval" vagy profilométerrel végzett felületi profilméréssel. A felületi érdesség mérésére vonatkozó ISO szabvány egy 60°-os vagy 90°-os kúpos ceruza, amelynek gömb alakú hegye sugara 2 μm.

A megfelelő felületelemzés azonosítja az anyagon belüli lehetséges tökéletlenségeket, amelyek, ha kellően magas színvonalon végzik el, különbséget tehetnek a használható és a selejtezésre kerülő termék között, és hatással lehetnek a projekt kritikus tényezőire, például a költségekre és az anyaghasználatra is. Mint biztonság a késztermék kezelője számára.

A felületi érdesség a méretmérés fontos szempontja. Íme néhány ipari szabvány és módszer a felületi érdesség mérésére:

• Felületi érdesség összehasonlító:Ismert felületi érdességű minta használható kézi összehasonlításhoz.
• Profilométer:Felületi profilmérés történhet profilométerrel, amely lehet kontakt típusú (jellemzően gyémánt ceruza) vagy optikai (például fehér fényű interferométer vagy lézer pásztázó konfokális mikroszkóp).
• ISO szabványok:A profil érdesség paramétereit a BS EN ISO 4287:2000 brit szabvány tartalmazza, amely megegyezik az ISO 4287:1997 szabvánnyal. A terület érdesség paramétereit az ISO 25178 sorozat határozza meg.
• A2LA akkreditált felületi érdességmérés:A Dimensional Measurement, Inc. (DMI) A2LA akkreditált felületi érdességmérést, kalibrálást (2D felületelemzés) kínál az alkatrészekhez.
• Átlagos érdesség (Ra):Ra a felület eltérését az átlagos magasságtól. Általában mikronban (µm) vagy mikroinchben (µ-in, µ") mérik.
• Területi érdesség paraméterei:Ezek a paraméterek jelentősebb értékeket adnak, mint a profil érdesség paraméterei.

Kérjük, vegye figyelembe, hogy az atomerő-mikroszkópiára (AFM) nincs szabvány.

A gyártási folyamatok javítása

A felületi érdesség mérése fontos a gyártási folyamatokban, mert segíthet az alkatrészek és termékek minőségének javításában. Íme néhány módszer, amellyel a felületi érdesség mérése felhasználható a gyártási folyamatok javítására:

1. Minőség ellenőrzés:A felületi érdesség mérése létfontosságú a megmunkáló munkadarabok minőségellenőrzéséhez. A gyártási alkalmazásokban a felületeknek a kívánt érdesség határain belül kell maradniuk, hogy biztosítsák az alkatrészek optimális minőségét.
2. Teljesítmény-előrejelzés:A felületi érdesség kiváló előrejelzője a mechanikai alkatrészek teljesítményének, mivel a felület egyenetlenségei gócképződési helyeket okozhatnak törésekhez vagy korrózióhoz. A tribológiában a durva felületek gyorsabban kopnak, és nagyobb a súrlódási együtthatójuk, mint a sima felületeké.
3. Tapadás elősegítése:Egyes alkalmazásokban érdességre lehet szükség a kozmetikai bevonatokhoz, például bevonathoz, porszóráshoz vagy festéshez való tapadásának megkönnyítése érdekében.
4. Szennyeződés megelőzés:A nagy tisztaságú gyártás sima felületeket igényel a feldolgozó berendezésen belül, hogy elkerüljük a szennyeződést vagy a felhalmozódást.
5. Egységes eljárások:A mérnököknek és a gyártóknak mindenkor fenn kell tartaniuk a felület érdességét, hogy elősegítsék az egységes eljárások és megbízható áruk előállítását.
6. Megfelelés az ipari szabványoknak:A felületi érdesség mérése felhasználható annak meghatározására, hogy a berendezés megfelel-e a különböző ipari szabványoknak.

A felületi érdesség mérésének korlátai

A felületi érdesség mérési technikáknak van néhány korlátja:

1. A szabványosítás hiánya:Egyes felületi érdesség mérési módszerek fő korlátja a szabványosított értékelési módszer hiánya. Ez megnehezítheti a különböző technikákkal kapott eredmények összehasonlítását.
2. Korlátozott pontosság:A valós felület geometriája annyira bonyolult, hogy véges számú paraméter nem tud teljes leírást adni. Ha a felhasznált paraméterek számát növeljük, pontosabb leírást kaphatunk. Ez azonban gyakorlati korlátok miatt nem mindig kivitelezhető.
3. Szűrő:A felületi jellemzők eléréséhez szinte minden mérést szűrünk. Ez a felületi érdesség mérésének egyik legfontosabb lépése. A szűrés azonban hibákat és torzulásokat is okozhat a mért adatokban.
4. Korlátozott hatótáv:Egyes mérési technikák mérési tartománya korlátozott. Például egyes módszerek csak kis léptékű érdesség mérésére alkalmasak, míg mások csak nagy léptékű érdességmérésre.
5. Függőség a hullámhossztól:A mért érdesség paraméterei a rövid és hosszú hullámhossz korlátaitól függenek. Ezek a megfontolások nemcsak a mérési technikából, hanem a mért felület fizikai tulajdonságaiból is származnak.
6. Függőség a technikától:Különböző technikákat alkalmaznak a felületi érdesség nanoméretű, atomi léptékű és mikroméretű jellemzőinek felmérésére. Mindegyik technikának megvannak a maga korlátai, és bizonyos típusú felületek mérésére alkalmas.

E korlátok ellenére a felületi érdesség mérése továbbra is fontos eszköz a különböző iparágakban a termékek minőségének és teljesítményének biztosítására.

Záró gondolatok és megfontolások

A felületi érdesség méréséről szóló bejegyzés befejezése közben nem tehetek róla, de zavarba jön a méretmérés bonyolultsága. Lenyűgöző belegondolni a felület érdességének mérésére használt különféle módszerekre és technológiákra, valamint arra, hogy a textúra kis eltérései milyen jelentős hatással lehetnek a termék funkcionalitására.

De ami igazán kiemelkedik számomra, az a felületi érdesség mérésének lehetősége a gyártási folyamatok javítására. A felület érdességének pontos mérésével a gyártók azonosíthatják a fejlesztésre szoruló területeket, és kiigazításokat hajthatnak végre a termelés optimalizálása érdekében. Ez nemcsak jobb minőségű termékekhez vezet, hanem csökkenti a hulladékot és hosszú távon pénzt takarít meg.

Fontos azonban figyelembe venni a felületi érdesség mérésének hatását a gyártási folyamaton túl. A felületi érdesség különböző iparágakban is befolyásolhatja a termékek teljesítményét, a repüléstől az orvosi eszközökig. A felületi érdesség ezen iparágakra gyakorolt ​​hatásának megértésével továbbra is új és innovatív módszereket dolgozhatunk ki a felületi textúra mérésére és javítására.

Összefoglalva, a felületi érdesség mérése lenyűgöző és összetett téma, amely messzemenő következményekkel jár. Ahogy a technológia folyamatosan fejlődik, izgatottan várom, hogyan alkalmazhatjuk ezeket a méréseket gyártási folyamataink javítására és termékeink teljesítményének javítására. Tehát amikor legközelebb kézbe vesz egy terméket, szánjon egy percet arra, hogy értékelje azt a pontosságot és a részletekre való odafigyelést, amely a felületi érdesség mérésére szolgál.

A metrológiai mértékegységek megértése

Tipp: Ha szüksége van rá, kapcsolja be a felirat gombot. Ha nem ismeri az angol nyelvet, válassza az „automatikus fordítás” lehetőséget a beállítások gombban. Előfordulhat, hogy először a videó nyelvére kell kattintania, mielőtt kedvenc nyelve elérhetővé válik a fordításhoz.

Linkek és hivatkozások

Felvétel magamnak: (Cikk állapota: terv)