표면 거칠기 측정 👨‍🏭

휴대폰 화면이 거친 사포보다 매끄러운 이유가 궁금했던 적이 있습니까?

또는 어떤 자동차 페인트는 거울처럼 마감 처리된 것처럼 보이는 반면 다른 페인트는 흐릿하고 울퉁불퉁해 보이는 이유는 무엇입니까?

그 해답은 다양한 제품의 성능, 외관, 내구성에 영향을 미치는 중요한 요소인 표면 거칠기에 있습니다.

항공우주 부품에서 의료용 임플란트에 이르기까지 제조업체는 품질, 신뢰성 및 안전을 보장하기 위해 표면 거칠기를 정확하게 측정하고 제어해야 합니다.

이 기사에서는 표면 거칠기 측정의 과학과 기술을 살펴보고 이것이 생각보다 중요한 이유에 대해 설명합니다.

그러니 버클을 채우고 매혹적인 표면 거칠기의 세계로 뛰어들 준비를 하십시오.

표면 거칠기 측정은 물리적 표면 높이의 소규모 변동을 측정하는 프로세스입니다. 이는 일반적으로 표면 형상의 일부인 형태 및 파형과 같은 더 큰 규모의 변형과 다릅니다.

표면 거칠기는 매끄럽지 않은 표면의 품질로 간주될 수 있으며 표면 질감에 대한 인간의 인식과 연결됩니다.

고려되는 분야에 따라 해석과 정의가 다른 다중 척도 속성입니다.

표면 거칠기는 "표면 거칠기 비교기"에 대한 수동 비교로 측정할 수 있거나 프로필로미터로 표면 프로파일 측정을 수행합니다. 백색광 간섭계 또는 레이저 스캐닝 공초점 현미경과 같은 광학 측정 장비도 영역의 표면 거칠기를 측정할 수 있습니다.

면적 조도 매개변수는 ISO 25178 시리즈에 정의되어 있으며 결과 값은 Sa, Sq, Sz(다른 항목 포함)입니다.

평균 거칠기(Ra)는 표면 거칠기를 측정하는 데 사용되는 공통 매개변수이며 평균 높이에서 표면의 편차를 측정합니다.

일반적으로 미크론 또는 마이크로인치 단위로 측정됩니다.

치수 측정의 중요성

표면 거칠기 측정은 다음과 같은 몇 가지 이유로 치수 측정에서 중요합니다.

부품 간 상호 작용:표면 거칠기는 종종 한 부품이 다른 부품과 상호 작용하는 방식을 나타냅니다. 예를 들어 샤프트가 베어링 내부에서 회전하는 경우 거친 표면은 금속 간 접촉을 유발하여 마모와 부식을 유발할 수 있습니다.
예방 조정:표면 거칠기에 대한 데이터를 캡처하면 추세를 분석하고 예방 조정에 도움이 됩니다. 예를 들어 평균 거칠기(Ra)를 측정하면 도구가 마모되기 시작하여 다른 표면 특성을 생성하는 시기를 알 수 있습니다. 그런 다음 이 정보를 사용하여 공구 변경이 필요한 시기를 결정할 수 있습니다.
마찰 및 접착력:조도는 마찰, 접착 등 다양한 공정에서 중요한 역할을 하며 광범위하게 측정된다.
습윤성:거칠기와 습윤성 사이의 관계는 잘 정의되어 있으며 표면 거칠기를 추가하면 표면의 화학 작용으로 인한 습윤성을 향상시킬 수 있습니다.
표면 질감의 특성화:표면 거칠기는 표면 질감의 측정이며 이상적으로 부드러운 형태에서 실제 표면의 수직 편차로 정의됩니다. 표면 거칠기는 단일 매개변수를 사용하여 정확하게 특성화할 수 없으므로 일련의 표면 거칠기 매개변수가 정의됩니다.
정량적 및 정성적 방법:표면 거칠기 측정은 정량적 또는 정성적 방법을 사용하여 특성화할 수 있습니다. 정성적 기법에는 광학적 외관이 포함되며 정량적 기법에는 물리적 표면 높이의 소규모 변화 측정이 포함됩니다.

표면 거칠기 측정 방법

표면 거칠기 측정은 다양한 방법을 사용하여 특성화할 수 있습니다.

직접 측정 방법:이러한 방법은 스타일러스 유형 장치를 사용하여 표면 마감을 평가합니다. 측정할 표면을 따라 그려진 스타일러스를 사용하여 측정값을 얻고 표면에 수직인 스타일러스 동작을 기록합니다. 이 등록된 프로필은 거칠기 매개변수를 계산하는 데 사용됩니다.
광학적 방법:이 방법은 빛을 사용하여 표면 거칠기를 측정하는 것입니다. 예를 들어, 광원은 표면과 데이터를 보기 위해 디지털 시스템으로 표면을 비추는 데 사용됩니다.
유체 방법:유체 방법은 표면 위의 유체 흐름을 사용하여 거칠기를 측정합니다. 예를 들어, 표면 위의 액체 흐름은 표면의 거칠기를 결정하는 데 사용할 수 있습니다.
전기적 방법:전기적 방법은 표면의 전기적 특성을 사용하여 거칠기를 측정합니다. 예를 들어, 표면의 전기 저항을 사용하여 표면의 거칠기를 결정할 수 있습니다.
스캐닝 프로브 현미경 방법:이 방법은 스캐닝 프로브 현미경을 사용하여 표면 거칠기를 측정합니다. 현미경은 측정할 물체의 표면을 스캔하고 각 지점에서 표면의 높이를 기록합니다. 그런 다음 이 정보를 사용하여 거칠기 매개변수를 계산합니다.
기하학적 분석:기하학적 분석에는 수학적 모델을 사용하여 표면 거칠기를 분석하는 작업이 포함됩니다. 예를 들어 기준선, 포락선 방법, 디지털 필터, 프랙탈 또는 기타 기술을 사용하여 표면 특성을 얻을 수 있습니다.
비접촉식:비접촉 방식은 측정 대상 표면의 장비 부품과 실제로 접촉하지 않습니다. 예를 들어, 광학적 방법, 유체적 방법 및 전기적 방법은 비접촉식 방법입니다.
전자현미경법:전자 현미경법은 전자 현미경을 사용하여 표면 거칠기를 측정합니다. 현미경은 측정할 물체의 표면을 스캔하고 각 지점에서 표면의 높이를 기록합니다. 그런 다음 이 정보를 사용하여 거칠기 매개변수를 계산합니다.

측정 기술

표면 거칠기의 나노스케일, 원자스케일 및 마이크로스케일 특징을 평가하기 위해 물리적 원리에 따라 다양한 기술이 사용됩니다. 프로파일링, 영역 및 현미경 기술은 표면 거칠기 측정에 사용되는 세 가지 기본 방법 유형입니다.

표면 거칠기는 스타일러스 유형 장치 또는 복제 블록과 같은 접촉 방법을 사용하여 측정할 수 있습니다. 다음은 표면 거칠기를 측정하는 데 사용되는 몇 가지 방법과 기술입니다.

스타일러스 유형 장치:첨필형 기구로 표면을 추적하여 평균 거칠기 값을 산출하는 직접 측정법입니다. 기기는 신호를 증폭하여 파형을 보정하고 거칠기만 나타냅니다.
복제 블록:이들은 비교 측정에 사용되며 특정 표준 거칠기 패턴을 포함합니다.
프로필로미터:다이아몬드 스타일러스를 사용하여 표면 거칠기를 측정하는 접촉식 측정 시스템입니다.
면적 거칠기 매개변수:이러한 매개변수는 ISO 25178 시리즈에 정의되어 있으며 Sa, Sq 및 Sz를 포함합니다.
광학적 방법:광학적 방법에는 백색광 간섭계와 레이저 스캐닝 공초점 현미경이 포함됩니다. 이 장비는 영역의 표면 거칠기를 측정할 수 있습니다.

표면 거칠기는 정량적 또는 정성적 방법을 사용하여 특성화할 수도 있습니다. 정성적 기술에는 손톱 테스트와 같은 시각적 외관이 포함됩니다. 거칠기 또는 표면 모양 측정과 함께 표면 프랙탈 측정을 사용하면 접촉 역학, 마찰 및 전기 접촉 저항을 포함한 특정 계면 현상을 표면 구조와 관련하여 더 잘 해석할 수 있습니다.

비접촉식 방법은 표면 거칠기를 측정하는 데 사용됩니다. 여기 몇 가지 예가 있어요.

공간 광 변조기:Michelson 설정을 사용하여 다양한 유형의 방법의 장점을 결합한 새로운 비접촉식 표면 거칠기 측정 방법입니다.
레이저 프로필로메트리:표면의 거칠기를 측정하는 비접촉 방식입니다. 그러나 고광택 표면에 비접촉식 방법을 사용하여 표면 거칠기 매개변수를 정확하게 측정하는 것은 어려울 수 있습니다.
광학적 외관:정성적 기술에는 표면 거칠기를 결정하는 데 사용할 수 있는 육안 검사와 같은 광학적 외관이 포함됩니다.
탈분극 효과:서브 마이크론 범위의 표면 거칠기를 측정하기 위해 탈분극 효과를 고려한 비접촉 방식입니다.
거친 표면의 상호 침투:매우 간단한 측정 장치를 구성할 수 있는 거친 표면의 상호 침투 효과를 사용하는 간접적인 방법입니다.

표면 거칠기를 측정하는 접촉 기반 방법도 있습니다.

표면 거칠기 측정에서 계측이 중요한 이유

물체의 표면 거칠기를 측정할 때는 정밀도가 핵심입니다. 여기에서 계측이 필요합니다. 계측은 측정 과학이며 치수 측정의 정확성과 일관성을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.

전문 도구와 기술을 사용하여 계측학자는 표면 거칠기를 나노미터 수준까지 측정할 수 있으므로 제조, 항공 우주 및 생물 의학 공학과 같은 산업에 귀중한 데이터를 제공할 수 있습니다.

계측이 없으면 표면 거칠기 측정이 신뢰할 수 없고 일관성이 없어 제품 설계 및 품질 관리에서 잠재적인 오류가 발생할 수 있습니다.

따라서 다음 번에 표면 거칠기 측정을 보게 되면 그 이면에는 치수 측정의 정확성과 정밀도를 보장하는 계측 과학이 있다는 사실을 기억하십시오.

자세한 내용은:

계측, 단위, 기기 등 발견

단위 및 표준

표면 거칠기 측정을 표현하는 데 사용되는 단위는 일반적으로 미크론(µm) 또는 마이크로인치(µ-in, Âµ")입니다. 1미크론은 대략 40마이크로인치에 해당합니다. 용어 "미크론"과 "마이크로미터"는 동일합니다. 둘 다 일반적으로 사용됩니다.

영역 조도 매개변수는 Sa, Sq 및 Sz와 같은 결과 값과 함께 ISO 25178 시리즈에도 정의되어 있습니다.

표면 마감을 위한 National Measurement System은 물리적 참조 표준을 사용하여 표면 거칠기 측정을 정의된 길이 단위(특정 광원의 파장)로 보정합니다.

표면 거칠기 측정은 제품의 기능에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 다음은 표면 거칠기 측정이 제품 기능에 영향을 미칠 수 있는 몇 가지 방법입니다.

베어링 표면:많은 베어링 표면에는 윤활막을 유지하는 데 도움이 되는 균일한 거칠기 패턴이 필요합니다. 표면이 너무 매끄럽거나 거칠면 베어링이 고장납니다.
품질 매개변수:엔지니어링 응용 프로그램에는 표면 및 부품에 대한 엄격한 품질 매개변수가 있습니다. 따라서 표면의 거칠기를 정확하게 측정하여 요구되는 품질 표준을 준수하는 것이 중요합니다. 거칠기는 종종 바람직하지 않지만 제조에서 제어하기 어렵습니다. 거칠기를 줄이면 구성 요소의 제조 비용이 증가하므로 이 비용과 성능 적용 사이에 균형이 있어야 합니다.
인간의 인식:표면 거칠기는 매끄럽지 않은 표면의 품질로 간주될 수 있으며 따라서 표면 질감에 대한 인간(촉각) 인식과 연결됩니다. 수학적 관점에서 표면의 공간적 가변성 구조와 관련이 있으며 본질적으로 다중 스케일 속성입니다. 그것은 고려되는 분야에 따라 다른 해석과 정의를 가지고 있습니다.
성능:기능의 크기와 구성은 처리된 표면의 품질과 기능 및 최종 제품의 성능에 상당한 영향을 미칩니다. 결과적으로 결과 최종 제품에 대한 고성능 표준을 충족하기 위해 표면의 거칠기를 측정하십시오. 표면의 원하는 품질과 성능에 따라 거칠기 수준을 관리해야 합니다.

표면 거칠기는 "표면 거칠기 비교기"에 대한 수동 비교 또는 프로필로미터를 사용한 표면 프로필 측정으로 측정할 수 있습니다. 표면 거칠기 측정을 위한 ISO 표준은 2μm 반경의 구형 팁이 있는 60° 또는 90° 원추형 스타일러스입니다.

적절한 표면 특징 분석은 충분히 높은 기준으로 수행될 경우 사용 가능한 제품과 폐기될 제품 사이의 차이를 만들 수 있고 비용 및 재료 사용과 같은 프로젝트의 중요한 요소에 영향을 미칠 수 있는 재료 내에서 가능한 결함을 식별합니다. 완제품의 조작자를 위한 안전으로.

표면 거칠기는 치수 측정의 중요한 측면입니다. 다음은 표면 거칠기를 측정하기 위한 몇 가지 산업 표준 및 방법입니다.

표면 거칠기 비교기:알려진 표면 거칠기 샘플을 수동 비교에 사용할 수 있습니다.
프로필로미터:표면 프로파일 측정은 접촉식(일반적으로 다이아몬드 스타일러스) 또는 광학식(예: 백색광 간섭계 또는 레이저 스캐닝 공초점 현미경)일 수 있는 프로파일로미터로 수행할 수 있습니다.
ISO 표준:프로파일 조도 매개변수는 ISO 4287:1997 표준과 동일한 BS EN ISO 4287:2000 영국 표준에 포함되어 있습니다. 영역 거칠기 매개변수는 ISO 25178 시리즈에 정의되어 있습니다.
A2LA 공인 표면 거칠기 측정:Dimensional Measurement, Inc.(DMI)는 부품에 대한 A2LA 인증 표면 거칠기 측정, 교정(2D 표면 분석)을 제공합니다.
평균 조도(Ra):Ra는 평균 높이에서 표면의 편차를 측정합니다. 일반적으로 미크론(µm) 또는 마이크로인치(µ-in, Âµ")로 측정됩니다.
면적 거칠기 매개변수:이러한 매개변수는 프로파일 거칠기 매개변수보다 더 중요한 값을 제공합니다.

AFM(Atomic Force Microscopy)에 사용할 수 있는 표준이 없다는 점에 유의하십시오.

제조 공정 개선

표면 거칠기 측정은 부품 및 제품의 품질을 개선하는 데 도움이 될 수 있기 때문에 제조 공정에서 중요합니다. 다음은 제조 공정을 개선하기 위해 표면 거칠기 측정을 사용할 수 있는 몇 가지 방법입니다.

품질 관리:표면 거칠기 측정은 공작물 가공의 품질 관리에 매우 중요합니다. 제조 응용 분야의 표면은 최적의 부품 품질을 보장하기 위해 원하는 조도 한계 내에서 유지되어야 합니다.
성능 예측:표면 거칠기는 표면의 불규칙성이 균열 또는 부식에 대한 핵 생성 사이트를 생성할 수 있기 때문에 기계 부품 성능을 예측하는 탁월한 지표입니다. 마찰 공학에서 거친 표면은 매끄러운 표면보다 더 빨리 마모되고 더 큰 마찰 계수를 갖습니다.
접착 촉진:일부 응용 분야에서는 도금, 분말 코팅 또는 페인팅과 같은 화장 마감 코팅에 대한 접착을 용이하게 하기 위해 거칠기가 필요할 수 있습니다.
오염 방지:고순도 제조는 오염이나 축적을 방지하기 위해 처리 장비 내의 매끄러운 표면이 필요합니다.
통일된 절차:균일한 절차와 신뢰할 수 있는 제품의 생산을 돕기 위해 엔지니어와 제조업체는 항상 표면 거칠기를 유지해야 합니다.
산업 표준 준수:표면 거칠기 측정은 장비가 다양한 산업 표준을 준수하는지 확인하는 데 사용할 수 있습니다.

표면 거칠기 측정의 한계

표면 거칠기 측정 기술에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다.

표준화 부족:일부 표면 거칠기 측정 방법의 주요 제한 사항은 표준화된 평가 방법이 없다는 것입니다. 이로 인해 다른 기술을 사용하여 얻은 결과를 비교하기 어려울 수 있습니다.
제한된 정확도:실제 표면 기하학은 너무 복잡해서 유한한 수의 매개변수로는 완전한 설명을 제공할 수 없습니다. 사용하는 파라미터의 개수를 늘리면 보다 정확한 설명을 얻을 수 있습니다. 그러나 이는 현실적 한계로 인해 항상 실현 가능한 것은 아닙니다.
필터링:표면 특성을 얻기 위해 거의 모든 측정에 필터링이 적용됩니다. 표면 거칠기 측정에서 가장 중요한 단계 중 하나입니다. 그러나 필터링으로 인해 측정된 데이터에 오류와 왜곡이 발생할 수도 있습니다.
제한된 범위:일부 측정 기술은 측정 범위가 제한되어 있습니다. 예를 들어 일부 방법은 소규모 조도 측정에만 적합하고 다른 방법은 대규모 조도 측정에만 적합합니다.
파장 의존성:측정된 거칠기 매개변수는 단파장과 장파장의 한계에 따라 달라집니다. 이러한 고려 사항은 측정 기술의 결과일 뿐만 아니라 측정되는 표면의 물리적 특성의 결과이기도 합니다.
기술에 대한 의존도:표면 거칠기의 나노 스케일, 원자 스케일 및 마이크로 스케일 특징을 평가하기 위해 다양한 기술이 사용됩니다. 각 기술에는 고유한 한계가 있으며 특정 유형의 표면을 측정하는 데 적합합니다.

이러한 한계에도 불구하고 표면 거칠기 측정은 제품의 품질과 성능을 보장하기 위해 다양한 산업 분야에서 중요한 도구로 남아 있습니다.

결론 및 고려 사항

표면 거칠기 측정에 대한 이 게시물을 마무리하면서 치수 측정의 복잡성에 혼란을 느끼지 않을 수 없습니다. 표면의 거칠기를 측정하는 데 사용되는 다양한 방법과 기술, 그리고 질감의 작은 변화가 제품의 기능에 얼마나 큰 영향을 미칠 수 있는지에 대해 생각하는 것은 매우 흥미롭습니다.

그러나 저에게 정말 눈에 띄는 것은 제조 공정을 개선하기 위한 표면 거칠기 측정의 잠재력입니다. 표면의 거칠기를 정확하게 측정함으로써 제조업체는 개선이 필요한 부분을 파악하고 조정하여 생산을 최적화할 수 있습니다. 이것은 더 높은 품질의 제품으로 이어질 뿐만 아니라 장기적으로 폐기물을 줄이고 비용을 절약합니다.

그러나 제조 공정을 넘어 표면 거칠기 측정의 영향을 고려하는 것이 중요합니다. 표면 거칠기는 항공 우주에서 의료 기기에 이르기까지 다양한 산업 분야의 제품 성능에도 영향을 미칠 수 있습니다. 표면 거칠기가 이러한 산업에 미치는 영향을 이해함으로써 표면 질감을 측정하고 개선하는 새롭고 혁신적인 방법을 계속해서 개발할 수 있습니다.

결론적으로, 표면 거칠기 측정은 광범위한 영향을 미치는 흥미롭고 복잡한 주제입니다. 기술이 계속 발전함에 따라 제조 공정을 개선하고 제품의 성능을 향상시키기 위해 이러한 측정을 어떻게 적용할 수 있는지 알게 되어 기쁩니다. 따라서 다음에 제품을 고를 때 잠시 시간을 내어 표면 거칠기를 측정하는 데 들어가는 정밀도와 세심한 주의를 높이 평가하십시오.

계측 측정 단위 이해

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링크 및 참조

나 자신을 위한 녹음: (기사 상태: 계획)

표면 거칠기 측정