Как измерить шероховатость поверхности (Ra, Rz и методы)

Обновлено Июнь 2026

На практике измерение шероховатости поверхности осуществляется с помощью отлаженного рабочего процесса: вы перемещаете щуп или оптический датчик по обработанной поверхности, отделяете мелкую текстуру от волнистости и формы с помощью фильтра отсечки и, почти всегда, сообщаете значение одного параметра. RaШероховатость поверхности, выраженная в микрометрах (мкм) или микродюймах (мкдюймах), — это арифметическое среднее значение. Звучит просто, и показания прибора кажутся точными. Однако обычно это не так. Два измерения одной и той же поверхности могут существенно отличаться, если длина отрезка, направление щупа или параметр установлены неправильно, и деталь может соответствовать допуску Ra, но при этом протекать, заклинивать или изнашиваться. Надежное измерение шероховатости поверхности зависит как от измерительной системы и настроек, так и от самого прибора. В этом руководстве подробно описаны параметры шероховатости, измерительные приборы, пошаговая процедура и этап фильтрации, на котором чаще всего допускаются ошибки при измерениях, чтобы понимание и контроль шероховатости поверхности стали воспроизводимыми, а не основанными на догадках, независимо от того, является ли деталь гладкой поверхностью или одной из шероховатых поверхностей вблизи места распила.

Что такое шероховатость поверхности на самом деле (шероховатость, волнистость и форма)?

Шероховатость поверхности — это мелкие неровности и впадины, остающиеся на поверхности в процессе производства, которые количественно определяются как среднее вертикальное отклонение реального профиля от средней линии на заданной длине выборки. Измерение шероховатости поверхности показывает, насколько реальная поверхность отклоняется от своей идеальной геометрии на коротких длинах волн. Понимание шероховатости поверхности начинается с рассмотрения ее как отклонения реальной поверхности от ее идеальной формы, а не как единого показателя качества.

Это лишь один из трех компонентов текстура поверхностиПолная геометрия любой обработанной поверхности представляет собой набор из трех диапазонов длин волн: форма (общая форма, самая длинная волна), волнистость (колебания средней длины волны от вибрации станка или несбалансированного шлифовального круга), и шероховатость (следы инструмента или процесса с самой короткой длиной волны). Каждое измерение шероховатости выделяет полосу с самой короткой длиной волны и отбрасывает остальные.

Это разделение — вся суть. Каждый профилометр регистрирует один комбинированный профиль поверхности, затем фильтр отфильтровывает длинные волны, так что остается только профиль шероховатости, а высота профиля относительно средней линии — это то, что прибор преобразует в число для характеристики поверхности. Эти характеристики поверхности и особенности поверхности (небольшие неровности поверхности, или неровности на поверхности, оставленные инструментом) — это именно то, что количественно определяет измерение шероховатости. Как говорится в руководстве по метрологии Университета Саутгемптона, шероховатость и волнистость редко встречаются изолированно — «большинство поверхностей представляют собой комбинацию всех трех, и обычно их оценивают по отдельности». Нет фиксированной длины волны, при которой волнистость переходит в шероховатость; граница устанавливается выбранным вами порогом отсечки, поэтому два инженера могут измерить «одну и ту же» поверхность и сообщить разные результаты. АСМЭ Б46.1-2019Направление расположения, то есть преобладающее направление рисунка поверхности, является четвертым параметром, определяющим ориентацию инструмента.

На практике этот недостаток дает о себе знать. Токарь в цехе может забраковать шлифованный вал, потому что его показание Ra 0.4 мкм «не соответствует норме», когда измерительный прибор ошибочно учитывал волнистость изношенного подшипника шпинделя, а фактическая шероховатость все это время находилась в пределах допустимых значений, и дорогостоящей ошибкой оказалась не деталь, а ее обрезка. Этот тип отказа распространен именно потому, что каждый ISO-фильтр (с обрезкой 0.8 мм улавливает другой контент, чем с 2.5 мм) изменяет результат, поэтому правильное разделение полос имеет значение, прежде чем доверять каким-либо показаниям шероховатости поверхности.

Параметры шероховатости поверхности: Ra, Rz, Rq и то, что скрывает Ra.

Ra — это среднеарифметическое значение шероховатости, среднее значение абсолютных отклонений профиля шероховатости от средней линии по длине оценки, а Rz — средняя максимальная высота, среднее значение пяти наибольших расстояний от пика до впадины по длине выборки. Ra стабилен и легко контролируется, поэтому он доминирует на чертежах; Rz более чувствителен к отдельным царапинам и заусенцам, а также к самому высокому пику на трассе. Ra — это только среднее значение амплитуды, в этом и заключается подвох: как и все параметры амплитуды, он измеряет вертикальную высоту, но при этом отбрасывает формировать профиля. Две детали с разным уровнем шероховатости могут нуждаться в одном и том же параметре, а две детали с одинаковым значением Ra могут иметь очень разную шероховатость поверхности в процессе эксплуатации. Подбор параметра в соответствии с заданием превращает исходное число в реальное качество поверхности: высокая шероховатость не обязательно плохая, а низкое число не обязательно хорошее.

Что говорит вам Ра, а что нет?

Показатель Ra показывает среднюю высоту текстуры, и точка. Он воспроизводим, нечувствителен к единичным пикам и хорошо подходит для выявления постепенного отклонения процесса в течение производственного цикла; изношенная пластина или забитый шлифовальный круг неуклонно повышают Ra по мере его затупления.

Значение Ra не позволяет определить: является ли профиль пикообразным или богатым впадинами (асимметрия), какова высота наихудшего отдельного элемента (Rt/Rz), как расположена текстура (RSm) или в каком направлении она проходит (укладка). Для подшипниковой шейки и поверхности прокладки может потребоваться одинаковое значение Ra 0.4 мкм, но при этом совершенно разные реальные поверхности. Рассматривайте Ra как первый фильтр, а затем добавляйте параметр формы или экстремального значения, когда этого требует функция.

Как читать обозначения шероховатости поверхности (125, 32, 0.8 Ra)

Обозначение шероховатости поверхности, например, «0.8» или «Ra 0.8», означает максимальную среднеарифметическую шероховатость 0.8 мкм; более старое обозначение в имперской системе мер «32» означает 32 мкм, что соответствует той же шероховатости. Если на чертеже указано только число с галочкой, применяется значение по умолчанию ISO: Ra, измеренное с помощью пяти длин выборки и порогом 0.8 мм.

Это значение — заголовок, но полный список... стандартами качества ISO 1302 Символ ISO 21920-1 также может содержать длину выборки, параметр (Ra против Rz), верхний и нижний пределы, метод производства, направление укладки и припуск на обработку.

Контактные и бесконтактные приборы: инструменты для измерения шероховатости

Для определения прослеживаемости значений Ra/Rz на большинстве металлических деталей используйте контактный профилометр со щупом, а для слишком мягкой, слишком мелкой, слишком отражающей поверхности или когда требуется трехмерное (3D) изображение, а не единая линия, — бесконтактный оптический прибор. Механически щуп перемещает тонкий алмазный наконечник по поверхности, преобразуя его вертикальное движение в профиль; оптический прибор считывает поверхность отраженным светом, а не касаясь ее. Оба метода являются допустимыми измерительными приборами, выбор подходящего зависит от детали, параметра и бюджета. В данном случае контактное измерение использует зонд (щуп), перемещаемый по поверхности; оптическое измерение профиля считывает поверхность отраженным светом. Портативные измерители шероховатости дают быстрое значение, необходимое для цехового измерения, в то время как лабораторный профилометр обеспечивает точное измерение, прослеживаемое до стандарта. Все эти методы имеют одну и ту же цель: измерить шероховатость, обеспечить стабильное измерение шероховатости поверхности и получить сопоставимые параметры текстуры поверхности.

Какие существуют методы измерения шероховатости поверхности?

Существует три практических семейства. Профилирование контактов Проводит стилусом по поверхности и является стандартным параметром для трассировки Ra и Rz. Бесконтактная оптика Такие методы, как конфокальная микроскопия, интерферометрия белого света и вариация фокуса, используют свет для измерения поверхности и создания карт площади без физического контакта с ней.

сравнение В некоторых методах используется тактильно-визуальный компаратор шероховатости для быстрой оценки, когда под рукой нет прибора; лежащие в основе методы оптической топографии хорошо описаны в патентах, таких как... США 4,340,306 в области интерферометрии со сдвигом фазы. Атомно-силовая микроскопия выходит за рамки этих методов и занимается исследованиями нанометрового диапазона.

Как измерить шероховатость поверхности шаг за шагом

Получение достоверного показания шероховатости — это шестиэтапная процедура, а не простое нажатие кнопки. Если пропустить калибровку или ориентацию прижимной лапки, полученное число будет просто декоративным. Это стандартный метод измерения шероховатости поверхности с помощью портативного или настольного щупового тестера: щуп перемещается по поверхности с постоянной скоростью, а регистрируемая им шероховатость профиля преобразуется в Ra.

При выполнении измерений в таком порядке шероховатость можно измерить одним и тем же способом дважды; при выполнении измерений в неправильном порядке среднее значение шероховатости будет меняться в зависимости от оператора.

• ✔1. Очистите поверхность. Смахните масло, стружку и пыль, одна частица будет восприниматься как пик и увеличивать значение Rz.
• ✔2. Проведите калибровку по эталонному образцу. Проверьте показания измерительного прибора по эталону шероховатости с прослеживаемой маркировкой (например, НИСТ SRM 2073a(образец типа) перед сменой.
• ✔3. Установите параметр. Сопоставьте значения Ra, Rz или Rsk на чертеже. Измерение Ra, когда на чертеже указано Rz, является скрытой ошибкой.
• ✔4. Выберите пороговое значение (λc). Выберите значение из ожидаемого Ra (см. селектор ниже) — это определяет продолжительность выборки и оценки.
• ✔5. Расположите перпендикулярно плоскости укладки. Проведите инструмент поперёк следов, а не вдоль них. Измерение вдоль направления укладки может давать в 2–3 раза более точные результаты, чем истинное значение.
• ✔6. Пройдите по карте, затем снимите несколько показаний. Проведите оценку по всей длине выборки (пять длин выборки) и усредните результаты по нескольким точкам; поверхности неоднородны.

«Вполне возможно измерить одну и ту же шероховатость двумя разными методами и получить разные результаты. Следование методам ISO не всегда даст наилучшие или наиболее подходящие результаты. При указании информации о шероховатости всегда лучше предоставлять как можно более полную информацию о методе измерения, используемых инструментах и ​​применяемых параметрах».

Университет Саутгемптона, Измерение шероховатости: руководство (Инженерия)

Шаг длины отсечки, который чаще всего неправильно измеряют.

Длина отсечки (λc) — это длина волны фильтра, которая отделяет шероховатость от волнистости, и выбирается она исходя из ожидаемого значения Ra, а не из размера детали. Если ошибиться, то более длинное измерение ухудшит ситуацию, а не улучшит: слишком большая длина отсечки включает волнистость в показания Ra, а слишком малая отсечка отфильтровывает реальную шероховатость. Именно из-за этой единственной настройки деталь может соответствовать допуску Ra по одному измерительному прибору, но не соответствовать по другому. Эта стандартная шкала взята из ISO 4288 (перенесена в ISO 21920-3) для непериодических профилей, которые чаще всего изготавливаются при механической обработке.

Пример расчета: деталь, обработанная на токарном станке со скоростью подачи 0.1 мм/об с радиусом закругления 0.8 мм, имеет теоретическое значение Ra, приблизительно равное f²/(31.2·r) = 0.1²/(31.2 × 0.8) ≈ 0.4 мкмРеальное значение Ra выше из-за налипания материала на кромке, вибрации и износа инструмента, но 0.4 мкм попадает в диапазон «0.1–2 мкм», поэтому его следует измерять с отсечкой 0.8 мм на длине оценки 4 мм. Измените скорость подачи и радиус носовой части и достижимое значение Ra, а следовательно, и правильная точка отсечки, изменяется вместе с ним.

Типичная шероховатость поверхности в зависимости от процесса обработки (шлифовка, токарная обработка, электроэрозионная обработка, фрезерование).

Прежде чем доверять каким-либо измеренным значениям Ra, сравните их с тем, что реально может дать данный процесс. В этой таблице приведены типичные достижимые значения Ra для распространенных процессов, полезные как для выбора способа чистовой обработки, так и для выявления физически невозможных измерений (например, для обработанного отверстия Ra не составляет 0.05 мкм). Это типичные диапазоны, полученные из данных по производственным методам в ASME B46.1 и перекрестно проверенных данных по механической обработке; нижний предел зависит от инструмента, материала и жесткости.

Материал меняет поверхность пола: пластичный сплав, образующий налет на кромке, обеспечивает более грубую обработку, чем при той же самой резке. чугунв то время как жевательные конфеты имеют мягкую консистенцию. алюминий or нержавеющая сталь Часто требуется завершающий проход для достижения низкого значения Ra. Когда выполнение одной операции по повороту или наземной операции не позволяет достичь заданного значения, реалистичным вариантом является высокоточная обработка. шлифовальное оборудование или заточка, а не постоянное совершенствование токарной обработки.

Какие изменения происходят в метрологии поверхностей (ISO 21920 и площадь в квадратных метрах)?

Если на ваших чертежах по-прежнему указаны стандарты ISO 4287, ISO 4288 или ISO 1302, то теперь они ссылаются на отмененные стандарты, и это задача по обеспечению соответствия, которую следует запланировать, а не отслеживание рыночной тенденции. В декабре 2021 года Серия ISO 21920 Официально заменил стандарты ISO 4287, ISO 4288, ISO 1302 и части стандарта ISO 13565, касающиеся текстуры поверхности профиля.

Привычные параметры (Ra, Rz, Rsk) сохранились, но правила обозначения, стандартные соглашения и некоторые определения изменились. Практическое действие: проверьте ваши шаблоны чертежей и протоколы проверок на наличие ссылок на старые стандарты и обновите обозначения по мере пересмотра деталей; протокол проверки, в котором упоминается отмененный стандарт, — это потенциальное нарушение, которое может быть выявлено при проверке. В регулируемых отраслях, таких как автомобильная промышленность, где уплотнительная или контрольная поверхность имеет функциональное обозначение EN ISO, оценка качества поверхности на соответствие действующему стандарту является частью процесса утверждения, и такие свойства поверхности, как асимметрия, все чаще указываются на чертеже наряду с Ra.

Второй сдвиг заключается в переходе от 2D-профилирования к площадному измерению. Профиль Ra измеряет одну линию; площадные параметры Sa и Sq в соответствии со стандартом ISO 25178 отображают всю поверхность и описывают текстуры (шлифованные плато, лазерная текстуризация уплотнений, аддитивные поверхности), которые могут быть пропущены при измерении одной линией. Новые системы калибровки, такие как ISO 25178-600/-700 и стандарт интерферометрических приборов 2025 года, выводят бесконтактные оптические и даже поточные измерения на более высокий уровень производства. Площадное измерение не заменяет Ra для обычных обработанных деталей, это инструмент, к которому следует обращаться, когда функциональность зависит от формы текстуры, а не только от ее средней высоты. (Рынок измерительного оборудования растет примерно на несколько процентов, но реальным двигателем здесь является изменение стандартов и переход к функциональным, учитывающим форму техническим характеристикам.)

Часто задаваемые вопросы