表面粗さとは - 単位、チャート、測定

表面粗さとは?

表面粗さは粗さと略されることが多く、表面テクスチャの構成要素です。これは、実際のサーフェスの法線ベクトルの理想的な形状から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、表面は粗いです。小さい場合、表面は滑らかです。表面計測では、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、サーフェス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。

粗さは多くの場合、機械部品の性能を予測するのに適しています。これは、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です。

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、表面フラクタリティなどのクロススケール記述子は、接触剛性や静摩擦など、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。

粗さの値が大きいと望ましくないことがよくありますが、製造時の制御が難しく、コストがかかる可能性があります。

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あり、費用もかかります。通常、表面の粗さを下げると、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との間でトレードオフが生じます。

粗さは「表面粗さコンパレータ」と手動で比較することによって測定できますが、より一般的には、表面プロファイル測定はプロフィロメーターで行われます。これらは接触式 (通常はダイヤモンドスタイラス) または光学式です。

ただし、制御された粗さは、多くの場合、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すぎ、指には滑りやすいため (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ケースです。

算術平均による粗さ (Ra) が標準として受け入れられており、イングリッシュ (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、通常は表面仕上げ値をメーターで表示します。

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、Ra という数値パラメーターが使用されています。 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もいくつかあります。したがって、システムには以下が含まれます:

直接測定 方法は、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、表面に対して垂直にスタイラスを描く必要があります。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 代わりに光や音を使用します。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。物理プローブは、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、使用される器具が超音波パルスを表面に送信します。次に、音波の変更と反射がデバイスに戻ります。その後、反射波を評価して粗さのパラメータを決定できます。

一方、比較テクニック 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、メーカー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。

進行中の技術の例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、決定されたパラメータ値は、比較粗さパラメータを見つけるのに役立ちます。

仕上げや刃先の状態には幅広いバリエーションがあります。一般的な製造技術の一部と、それに対応する Ra 表面仕上げ値がリストされています。

表面粗さの測定にはさまざまな方法と機器があります。使用されるさまざまな方法は、3 つのカテゴリに分類されます。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、感性に沿った蓄音機の針のように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。これらの手法の例としては、超音波散乱、光学散乱、静電容量プローブなどがあります。エリアテクニックを使用すると、自動化と実行が容易になります。
顕微鏡法。 これらの定性的な手法は、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。

製造プロセス