表面粗さとは何ですか？-単位、チャート、測定

表面粗さとは何ですか？

表面粗さは、しばしば粗さに短縮され、表面テクスチャの構成要素です。これは、実際の表面の法線ベクトルの理想的な形からの方向の偏差によって定量化されます。

これらの偏差が大きい場合、表面は粗くなります。小さければ表面は滑らかです。表面計測学では、粗さは通常、測定された表面の高周波、短波長成分と見なされます。

ただし、実際には、表面が目的に適合していることを確認するために、振幅と周波数の両方を知る必要があることがよくあります。

粗さは、実際のオブジェクトがその環境とどのように相互作用するかを決定する上で重要な役割を果たします。トライボロジーでは、通常、粗い表面は滑らかな表面よりも摩耗が早く、摩擦係数が高くなります。

表面の不規則性が亀裂や腐食の核生成サイトを形成する可能性があるため、粗さは機械部品の性能を適切に予測することがよくあります。

一方、粗さは接着を促進する可能性があります。一般的に言えば、スケール固有の記述子ではなく、表面フラクタル性などのクロススケール記述子は、接触剛性や静止摩擦など、表面での機械的相互作用のより意味のある予測を提供します。

粗さの値を高くすることは望ましくないことがよくありますが、製造時に制御するのは困難で費用がかかる場合があります。

たとえば、溶融堆積モデリング（FDM）で製造された部品の表面粗さを制御することは困難で費用がかかります。表面の粗さを減らすと、通常、製造コストが増加します。これにより、多くの場合、コンポーネントの製造コストとアプリケーションでのパフォーマンスの間にトレードオフが発生します。

粗さは、「表面粗さコンパレータ」と手動で比較することで測定できますが、より一般的には、表面プロファイルの測定はプロフィロメータを使用して行われます。これらは、接触の種類（通常はダイヤモンドスタイラス）または光学式にすることができます。

ただし、多くの場合、粗さを制御することが望ましい場合があります。たとえば、光沢のある表面は、目には光沢があり、指には滑りすぎる可能性があるため（タッチパッドが良い例です）、粗さを制御する必要があります。これは、振幅と周波数の両方が非常に重要な場合です。

表面粗さユニット

算術平均（Ra）による粗さは受け入れられている標準であり、英語（マイクロインチ）またはメトリック（ミクロン）単位で測定できます。表面仕上げは、平均化またはプロファイリング機器を使用して測定されます。平均化機器はうねりを測定できず、通常はメーターに表面仕上げ値を表示します。

表面粗さを測定する方法は？

表面粗さは、表面のプロファイルの相対的な滑らかさの計算です。この場合、数値パラメータRaが使用されます。 Ra表面仕上げチャートは、表面高さの算術平均を示しています。高さは表面全体で測定されています。

すでに述べたように、サーフェスには3つの基本的なコンポーネントがあります。それらには、粗さ、うねり、およびレイが含まれます。したがって、さまざまな要因が表面形状の特性に影響を与えています。

同様に、表面粗さの測定システムがいくつかあります。したがって、システムには次のものが含まれます。

• 直接測定方法
• 非接触方式
• 比較方法
• インプロセスメソッド

直接測定 メソッドは、スタイラスを使用して表面粗さを測定します。したがって、スタイラスを表面に垂直に描画する必要があります。次に、機械工は登録されたプロファイルを使用して粗さパラメータを決定します。

非接触方式の方法 代わりに光または音の使用を伴います。白色光や共焦点などの光学機器がスタイラスに取って代わります。これらの機器は、測定に異なる原理を使用します。その後、物理プローブを光学センサーまたは顕微鏡で切り替えることができます。

まず、使用する機器が超音波パルスを表面に送ります。次に、音波の変化と反射がデバイスに戻ります。次に、反射波を評価して粗さパラメータを決定できます。

一方、比較手法 表面粗さのサンプルを使用します。これらのサンプルは、機器またはプロセスによって生成されます。次に、製造業者は触覚と視覚を使用して結果を比較します。結果は、既知の粗さパラメータの表面と比較されます。

インプロセステクニックの例 はインダクタンスです。この方法は、磁性材料を使用して表面粗さを評価するのに役立ちます。ここで、インダクタンスピックアップは電磁エネルギーを使用します。エネルギーを使用して、表面までの距離を測定します。次に、決定されたパラメトリック値は、比較粗さパラメーターを見つけるのに役立ちます。

表面粗さチャート

仕上げとエッジの状態にはさまざまなバリエーションがあります。リストされているのは、より一般的な製造技術のいくつかとそれに対応するRa表面仕上げ値です。

表面粗さを測定するさまざまな方法

表面粗さの測定には、さまざまな方法と装置が関係しています。さまざまな方法が3つのカテゴリに分類されていました。それらは：

• プロファイリングテクニック。 まず、プロファイリング手法があります。これには、高解像度プローブを使用した表面の測定が含まれます。このプロセスでは、感度に合わせて蓄音機の針をもっと考える必要があります。一般的なCNCプローブはそれほど効果的ではない場合があります。
• エリアテクニック。 これらの手法は、表面の有限領域を測定します。したがって、測定値は、表面の山と谷の統計的平均を提供します。これらの技術のいくつかの例には、超音波散乱、光散乱、静電容量プローブなどが含まれます。エリアテクニックを使用すると、自動化と実行が簡単になります。
• 顕微鏡技術。 これらの定性的手法は、コントラストの測定に依存しています。結果は、表面の山と谷に関する関連情報を提供します。