Pengukuran Kekasaran Permukaan

Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa layar ponsel Anda terasa lebih halus daripada amplas yang kasar?

Atau mengapa beberapa cat mobil tampak seperti cermin sementara yang lain terlihat kusam dan bergelombang?

Jawabannya terletak pada kekasaran permukaan, faktor penting yang memengaruhi performa, penampilan, dan daya tahan berbagai produk.

Dari komponen kedirgantaraan hingga implan medis, produsen perlu mengukur dan mengontrol kekasaran permukaan secara akurat untuk memastikan kualitas, keandalan, dan keamanan.

Dalam artikel ini, saya akan mengeksplorasi sains dan teknik pengukuran kekasaran permukaan, dan mengapa hal itu lebih penting daripada yang mungkin Anda pikirkan.

Jadi, kencangkan sabuk pengaman dan bersiaplah untuk terjun ke dunia kekasaran permukaan yang menakjubkan.

Pengukuran kekasaran permukaan adalah proses pengukuran variasi skala kecil pada ketinggian permukaan fisik. Ini berbeda dari variasi skala besar seperti bentuk dan gelombang, yang biasanya merupakan bagian dari geometri permukaan.

Kekasaran permukaan dapat dianggap sebagai kualitas permukaan yang tidak halus dan terkait dengan persepsi manusia terhadap tekstur permukaan.

Ini adalah properti multiskala yang memiliki interpretasi dan definisi berbeda tergantung pada disiplin ilmu yang dipertimbangkan.

Kekasaran permukaan dapat diukur dengan perbandingan manual terhadap "pembanding kekasaran permukaan" atau pengukuran profil permukaan dilakukan dengan profilometer. Instrumen pengukuran optik seperti interferometer cahaya putih atau mikroskop confocal pemindaian laser juga dapat mengukur kekasaran permukaan di suatu area.

Parameter kekasaran areal ditentukan dalam seri ISO 25178, dan nilai yang dihasilkan adalah Sa, Sq, Sz, (bersama dengan lainnya).

Kekasaran rata-rata (Ra) adalah parameter umum yang digunakan untuk mengukur kekasaran permukaan, dan mengukur penyimpangan permukaan dari ketinggian rata-rata.

Ini biasanya diukur dalam mikron atau mikro-inci.

Pentingnya dalam Pengukuran Dimensi

Pengukuran kekasaran permukaan penting dalam pengukuran dimensi karena beberapa alasan:

• Interaksi antar bagian:Kekasaran permukaan sering menentukan bagaimana satu bagian berinteraksi dengan yang lain. Misalnya, jika poros berputar di dalam bantalan, permukaan kasar lebih mungkin menyebabkan kontak logam-ke-logam, yang dapat menyebabkan keausan dan korosi.
• Penyesuaian preventif:Menangkap data tentang kekasaran permukaan memungkinkan analisis tren dan membantu dalam penyesuaian pencegahan. Misalnya, mengukur rata-rata kekasaran (Ra) dapat menunjukkan kapan alat mulai aus, sehingga menghasilkan karakteristik permukaan yang berbeda. Informasi ini kemudian dapat digunakan untuk memutuskan kapan perubahan alat diperlukan.
• Gesekan dan adhesi:Kekasaran memainkan peran penting dalam berbagai proses seperti gesekan dan adhesi, dan diukur secara luas.
• Keterbasahan:Hubungan antara kekasaran dan keterbasahan didefinisikan dengan baik, dan menambahkan kekasaran permukaan dapat meningkatkan keterbasahan yang disebabkan oleh sifat kimia permukaan.
• Karakterisasi tekstur permukaan:Kekasaran permukaan adalah pengukuran tekstur permukaan, dan ini didefinisikan sebagai penyimpangan vertikal permukaan nyata dari bentuk halus idealnya. Kekasaran permukaan tidak dapat dicirikan secara akurat dengan menggunakan parameter tunggal, sehingga sekumpulan parameter kekasaran permukaan ditentukan.
• Metode kuantitatif dan kualitatif:Pengukuran kekasaran permukaan dapat dikarakterisasi menggunakan metode kuantitatif atau kualitatif. Teknik kualitatif meliputi penampilan optik, sedangkan metode kuantitatif melibatkan pengukuran variasi skala kecil pada ketinggian permukaan fisik.

Metode Pengukuran Kekasaran Permukaan

Pengukuran kekasaran permukaan dapat dicirikan menggunakan metode yang berbeda:

• Metode Pengukuran Langsung:Metode ini menilai permukaan akhir melalui perangkat tipe stylus. Pengukuran diperoleh dengan menggunakan stylus yang ditarik sepanjang permukaan yang akan diukur, dan gerakan stylus yang tegak lurus terhadap permukaan dicatat. Profil terdaftar ini kemudian digunakan untuk menghitung parameter kekasaran.
• Metode Optik:Metode ini melibatkan penggunaan cahaya untuk mengukur kekasaran permukaan. Misalnya, sumber cahaya digunakan untuk menerangi permukaan dengan sistem digital untuk melihat permukaan dan data.
• Metode Cairan:Metode fluida menggunakan aliran fluida di atas permukaan untuk mengukur kekasaran. Misalnya, aliran cairan di atas permukaan dapat digunakan untuk menentukan kekasaran permukaan.
• Metode Listrik:Metode listrik menggunakan sifat listrik permukaan untuk mengukur kekasaran. Misalnya, hambatan listrik suatu permukaan dapat digunakan untuk menentukan kekasaran permukaan.
• Metode Pemindaian Probe Mikroskopi:Metode ini menggunakan mikroskop pemindai probe untuk mengukur kekasaran permukaan. Mikroskop memindai permukaan objek yang akan diukur dan mencatat ketinggian permukaan di setiap titik. Informasi ini kemudian digunakan untuk menghitung parameter kekasaran.
• Analisis Geometris:Analisis geometri melibatkan penggunaan model matematika untuk menganalisis kekasaran permukaan. Misalnya, garis referensi, metode amplop, filter digital, fraktal, atau teknik lain dapat digunakan untuk memperoleh karakteristik permukaan.
• Jenis Non-Kontak:Metode non-kontak tidak melibatkan kontak aktual dengan bagian peralatan pada permukaan objek yang akan diukur. Misalnya, metode optik, metode fluida, dan metode elektrik adalah metode non-kontak.
• Metode Mikroskop Elektron:Metode mikroskop elektron menggunakan mikroskop elektron untuk mengukur kekasaran permukaan. Mikroskop memindai permukaan objek yang akan diukur dan mencatat ketinggian permukaan di setiap titik. Informasi ini kemudian digunakan untuk menghitung parameter kekasaran.

Teknik Pengukuran

Berbagai teknik digunakan berdasarkan prinsip fisik untuk menilai fitur skala nano, skala atom, dan skala mikro dari kekasaran permukaan. Teknik profiling, area, dan mikroskop adalah tiga jenis metode utama yang digunakan untuk melakukan pengukuran kekasaran permukaan.

Kekasaran permukaan dapat diukur menggunakan metode kontak seperti perangkat tipe stylus atau blok replika. Berikut adalah beberapa metode dan teknik yang digunakan untuk mengukur kekasaran permukaan:

• Perangkat tipe stylus:Ini adalah metode pengukuran langsung yang menghitung nilai kekasaran rata-rata dengan menelusuri permukaan dengan instrumen tipe stylus. Instrumen memperkuat sinyalnya untuk mengkompensasi kekasaran dan hanya menunjukkan kekasaran.
• Blok replika:Ini digunakan dalam pengukuran perbandingan dan mengandung pola kekasaran standar tertentu.
• Profilometer:Ini adalah sistem pengukuran kontak yang menggunakan stylus berlian untuk mengukur kekasaran permukaan.
• Parameter kekasaran areal:Parameter ini ditentukan dalam seri ISO 25178 dan mencakup Sa, Sq, dan Sz.
• Metode optik:Metode optik termasuk interferometer cahaya putih dan mikroskop confocal pemindaian laser. Instrumen ini mampu mengukur kekasaran permukaan di suatu area.

Kekasaran permukaan juga dapat dikarakterisasi menggunakan metode kuantitatif atau kualitatif. Teknik kualitatif meliputi tampilan optik seperti tes kuku. Dengan menggunakan ukuran fraktalitas permukaan bersama dengan ukuran kekasaran atau bentuk permukaan, fenomena antarmuka tertentu termasuk mekanika kontak, gesekan, dan resistansi kontak listrik dapat diinterpretasikan dengan lebih baik sehubungan dengan struktur permukaan.

Metode non-kontak digunakan untuk mengukur kekasaran permukaan. Berikut beberapa contohnya:

1. Modulator Cahaya Spasial:Metode pengukuran kekasaran permukaan non-kontak baru yang menggabungkan keunggulan berbagai jenis metode, menggunakan pengaturan Michelson.
2. Profilometri Laser:Metode non-kontak untuk mengukur kekasaran permukaan. Namun, mendapatkan pengukuran parameter kekasaran permukaan yang akurat menggunakan metode bebas kontak untuk permukaan dengan kilap tinggi dapat menjadi tantangan tersendiri.
3. Penampilan Optik:Teknik kualitatif meliputi penampilan optik seperti inspeksi visual, yang dapat digunakan untuk menentukan kekasaran permukaan.
4. Efek Depolarisasi:Metode non-kontak yang mempertimbangkan efek depolarisasi untuk mengukur kekasaran permukaan dalam kisaran sub-mikron.
5. Interpenetrasi Permukaan Kasar:Metode tidak langsung yang menggunakan efek interpenetrasi permukaan kasar yang memungkinkan pembuatan alat ukur yang sangat sederhana.

Harap dicatat bahwa ada juga metode berbasis kontak untuk mengukur kekasaran permukaan.

Mengapa Metrologi Penting dalam Pengukuran Kekasaran Permukaan

Saat mengukur kekasaran permukaan suatu objek, presisi adalah kuncinya. Di situlah metrologi masuk Metrologi adalah ilmu pengukuran dan memainkan peran penting dalam memastikan akurasi dan konsistensi dalam pengukuran dimensi.

Dengan menggunakan alat dan teknik khusus, ahli metrologi dapat mengukur kekasaran permukaan hingga ke tingkat nanometer, memberikan data yang sangat berharga untuk industri seperti manufaktur, kedirgantaraan, dan teknik biomedis.

Tanpa metrologi, pengukuran kekasaran permukaan tidak dapat diandalkan dan tidak konsisten, yang menyebabkan potensi kesalahan dalam desain produk dan kontrol kualitas.

Jadi, lain kali Anda melihat pengukuran kekasaran permukaan, ingatlah bahwa di balik itu terletak ilmu metrologi, memastikan akurasi dan presisi dalam pengukuran dimensi.

Untuk informasi lebih lanjut:

Menemukan Metrologi, Unit, Instrumen, dan Lainnya

Satuan dan Standar

Satuan yang digunakan untuk menyatakan pengukuran kekasaran permukaan biasanya adalah mikron (µm) atau mikro-inci (µ-in, µ"). Satu mikron kira-kira setara dengan 40 mikro-inci. Istilah "mikron" dan "mikrometer" setara dan keduanya umum digunakan.

Parameter kekasaran areal juga ditentukan dalam seri ISO 25178, dengan nilai yang dihasilkan seperti Sa, Sq, dan Sz.

Sistem Pengukuran Nasional untuk penyelesaian permukaan menggunakan standar referensi fisik untuk mengkalibrasi pengukuran kekasaran permukaan ke satuan panjang yang ditentukan: panjang gelombang sumber cahaya tertentu.

Pengukuran kekasaran permukaan dapat berdampak signifikan pada fungsionalitas suatu produk. Berikut beberapa cara pengukuran kekasaran permukaan dapat memengaruhi fungsionalitas produk:

• Permukaan bantalan:Banyak permukaan bantalan memerlukan pola kekasaran yang seragam yang membantu mempertahankan lapisan pelumasan. Jika permukaannya terlalu halus atau terlalu kasar, bantalan akan rusak.
• Parameter kualitas:Dalam aplikasi teknik, ada parameter kualitas yang ketat untuk permukaan dan bagian. Oleh karena itu, sangat penting bahwa kekasaran suatu permukaan diukur secara akurat sehingga dapat memenuhi standar kualitas yang dipersyaratkan. Kekasaran seringkali tidak diinginkan, tetapi sulit untuk dikendalikan dalam manufaktur. Penurunan kekasaran mengarah pada peningkatan biaya pembuatan komponen, sehingga harus ada trade-off antara biaya ini dan penerapan kinerjanya.
• Persepsi manusia:Kekasaran permukaan dapat dianggap sebagai kualitas permukaan yang tidak halus dan karenanya terkait dengan persepsi manusia (haptic) terhadap tekstur permukaan. Dari perspektif matematis, ini terkait dengan struktur variabilitas spasial permukaan, dan secara inheren merupakan properti multiskala. Ini memiliki interpretasi dan definisi yang berbeda tergantung pada disiplin ilmu yang dipertimbangkan.
• Pertunjukan:Ukuran dan konfigurasi fitur memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kualitas dan fungsionalitas permukaan yang diproses dan kinerja produk akhir. Oleh karena itu, harap ukur kekasaran permukaan untuk memenuhi standar kinerja tinggi untuk produk akhir yang dihasilkan. Tingkat kekasaran harus dikelola berdasarkan kualitas dan kinerja permukaan yang diinginkan.

Kekasaran permukaan dapat diukur dengan perbandingan manual terhadap "pembanding kekasaran permukaan" atau dengan pengukuran profil permukaan dengan profilometer. Standar ISO untuk pengukuran kekasaran permukaan adalah stylus berbentuk kerucut 60° atau 90° dengan ujung bulat dengan radius 2μm.

Analisis fitur permukaan yang tepat mengidentifikasi kemungkinan ketidaksempurnaan dalam material yang, jika dilakukan dengan standar yang cukup tinggi, dapat membuat perbedaan antara produk yang dapat digunakan dan produk yang akan dibuang dan dapat mempengaruhi faktor kritis proyek seperti biaya dan penggunaan material juga. Sebagai keamanan bagi operator produk jadi.

Kekasaran permukaan merupakan aspek penting dari pengukuran dimensi. Berikut adalah beberapa standar dan metode industri untuk mengukur kekasaran permukaan:

• Pembanding kekasaran permukaan:Sampel kekasaran permukaan yang diketahui dapat digunakan untuk perbandingan manual.
• Profilometer:Pengukuran profil permukaan dapat dilakukan dengan profilometer, yang dapat berupa jenis kontak (biasanya stylus intan) atau optik (contoh: interferometer cahaya putih atau mikroskop confocal pemindaian laser).
• Standar ISO:Parameter kekasaran profil disertakan dalam standar Inggris BS EN ISO 4287:2000, identik dengan standar ISO 4287:1997. Parameter kekasaran area ditentukan dalam seri ISO 25178.
• Pengukuran Kekasaran Permukaan terakreditasi A2LA:Dimensional Measurement, Inc. (DMI) menawarkan Pengukuran Kekasaran Permukaan, Kalibrasi (Analisis Permukaan 2D) terakreditasi A2LA untuk suku cadang.
• Kekasaran rata-rata (Ra):Ra mengukur penyimpangan permukaan dari ketinggian rata-rata. Biasanya diukur dalam mikron (µm) atau mikro-inci (µ-in, µ").
• Parameter kekasaran areal:Parameter ini memberikan nilai yang lebih signifikan daripada parameter kekasaran profil.

Harap dicatat bahwa tidak ada standar yang tersedia untuk mikroskop kekuatan atom (AFM).

Meningkatkan Proses Manufaktur

Pengukuran kekasaran permukaan penting dalam proses manufaktur karena dapat membantu meningkatkan kualitas suku cadang dan produk. Berikut adalah beberapa cara pengukuran kekasaran permukaan dapat digunakan untuk meningkatkan proses produksi:

1. Kontrol kualitas:Mengukur kekasaran permukaan sangat penting untuk kontrol kualitas benda kerja pemesinan. Permukaan dalam aplikasi manufaktur harus tetap berada dalam batas kekasaran yang diinginkan untuk memastikan kualitas komponen yang optimal.
2. Prediksi kinerja:Kekasaran permukaan adalah prediktor yang sangat baik dari kinerja bagian mekanis karena ketidakteraturan pada permukaan dapat menghasilkan situs nukleasi untuk retakan atau korosi. Dalam tribologi, permukaan kasar lebih cepat aus dan memiliki koefisien gesek yang lebih besar daripada permukaan halus.
3. Promosi adhesi:Kekasaran mungkin diperlukan dalam beberapa aplikasi untuk memfasilitasi kepatuhan pada pelapis akhir kosmetik seperti pelapisan, pelapisan bubuk, atau pengecatan.
4. Pencegahan kontaminasi:Manufaktur dengan kemurnian tinggi membutuhkan permukaan yang halus di dalam peralatan pemrosesan untuk menghindari kontaminasi atau penumpukan di dalamnya.
5. Prosedur seragam:Kekasaran permukaan harus dijaga setiap saat oleh para insinyur dan pabrikan untuk membantu dalam produksi prosedur yang seragam dan barang yang dapat dipercaya.
6. Kepatuhan dengan standar industri:Pengukuran kekasaran permukaan dapat digunakan untuk menentukan kesesuaian peralatan dengan berbagai standar industri.

Keterbatasan Pengukuran Kekasaran Permukaan

Teknik pengukuran kekasaran permukaan memiliki beberapa keterbatasan:

1. Kurangnya standarisasi:Keterbatasan utama dari beberapa metode pengukuran kekasaran permukaan adalah kurangnya metode standar untuk evaluasi. Ini dapat mempersulit untuk membandingkan hasil yang diperoleh dengan menggunakan teknik yang berbeda.
2. Akurasi terbatas:Geometri permukaan sebenarnya sangat rumit sehingga sejumlah parameter yang terbatas tidak dapat memberikan deskripsi lengkap. Jika jumlah parameter yang digunakan bertambah, deskripsi yang lebih akurat dapat diperoleh. Namun, hal ini tidak selalu dapat dilakukan karena keterbatasan praktis.
3. Penyaringan:Untuk mendapatkan karakteristik permukaan, hampir semua pengukuran dikenakan penyaringan. Ini adalah salah satu langkah terpenting dalam pengukuran kekasaran permukaan. Namun, pemfilteran juga dapat menimbulkan kesalahan dan distorsi pada data terukur.
4. Kisaran terbatas:Beberapa teknik pengukuran memiliki jangkauan pengukuran yang terbatas. Misalnya, beberapa metode hanya cocok untuk mengukur kekasaran dalam skala kecil, sedangkan metode lainnya hanya cocok untuk mengukur kekasaran dalam skala besar.
5. Ketergantungan pada panjang gelombang:Parameter kekasaran yang diukur tergantung pada batasan panjang gelombang pendek dan panjang. Pertimbangan ini bukan hanya hasil dari teknik pengukuran, tetapi juga dari sifat fisik permukaan yang diukur.
6. Ketergantungan pada teknik:Berbagai teknik digunakan untuk menilai fitur skala nano, skala atom, dan skala mikro dari kekasaran permukaan. Setiap teknik memiliki keterbatasannya sendiri dan cocok untuk mengukur jenis permukaan tertentu.

Terlepas dari keterbatasan ini, pengukuran kekasaran permukaan tetap menjadi alat penting di berbagai industri untuk memastikan kualitas dan kinerja produk.

Menyimpulkan pikiran dan pertimbangan

Saat saya menyelesaikan posting ini tentang pengukuran kekasaran permukaan, saya merasa bingung dengan seluk-beluk pengukuran dimensi. Sangat menarik untuk memikirkan berbagai metode dan teknologi yang digunakan untuk mengukur kekasaran permukaan, dan seberapa kecil variasi tekstur dapat berdampak signifikan pada fungsionalitas suatu produk.

Namun yang sangat menonjol bagi saya adalah potensi pengukuran kekasaran permukaan untuk meningkatkan proses manufaktur. Dengan mengukur kekasaran permukaan secara akurat, produsen dapat mengidentifikasi area yang perlu ditingkatkan dan membuat penyesuaian untuk mengoptimalkan produksinya. Ini tidak hanya menghasilkan produk berkualitas lebih tinggi, tetapi juga mengurangi pemborosan dan menghemat uang dalam jangka panjang.

Namun, penting untuk mempertimbangkan dampak pengukuran kekasaran permukaan di luar proses manufaktur saja. Kekasaran permukaan juga dapat mempengaruhi kinerja produk di berbagai industri, mulai dari kedirgantaraan hingga perangkat medis. Dengan memahami dampak kekasaran permukaan pada industri ini, kami dapat terus mengembangkan cara baru dan inovatif untuk mengukur dan memperbaiki tekstur permukaan.

Kesimpulannya, pengukuran kekasaran permukaan adalah topik yang menarik dan kompleks dengan implikasi yang luas. Seiring kemajuan teknologi, saya senang melihat bagaimana kami dapat menerapkan pengukuran ini untuk meningkatkan proses produksi dan meningkatkan kinerja produk kami. Jadi, lain kali Anda mengambil produk, luangkan waktu sejenak untuk mengapresiasi presisi dan perhatian terhadap detail yang digunakan untuk mengukur kekasaran permukaannya.

Memahami Unit Pengukuran Metrologi

Tip: Nyalakan tombol keterangan jika Anda membutuhkannya. Pilih 'terjemahan otomatis' di tombol pengaturan jika Anda tidak terbiasa dengan bahasa Inggris. Anda mungkin perlu mengeklik bahasa video terlebih dahulu sebelum bahasa favorit Anda tersedia untuk diterjemahkan.

Tautan dan referensi

Merekam untuk saya sendiri: (Status artikel: rencana)