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△ 来源：BLUM-专注生产力

新工程师在第一次听说表面粗糙度会增加导体损耗时常犯的一个常见错误是，你可以看到金属表面上的波纹带问题，或者齿轮、轴承隐藏了你看到的光滑表面的问题，但我们都知道最重要的是您看不到的微观表面。

粗糙确实是一把双刃剑。 金属与基材的界面越粗糙，附着力越好，但衰减也越大。 制造中的许多零件必须设计有特定的特性，有些比较粗糙，有些接近绝对光滑。 为什么是这些？ 本文为您整理了关于表面粗糙度和测量工作的重要和关键信息。 都是干货，拒绝平躺，记得收藏哦！

表面粗糙度是指加工表面的小间距和小的峰谷不平度。 由于其两个波峰或两个波谷之间的距离用肉眼很难看出，属于微观几何误差。 表面粗糙度的大小极大地影响机械零件的性能。

当零件被加工时，颗粒被机器分离，在零件中留下划痕，这是一个微小的凹槽。 当工具穿过零件时，这些凹槽的形成会产生表面光洁度。 在每个凹槽内，结构取决于材料与固体材料的分离方式。 如果工具设置和定向完美，粒子将具有相同的大小和深度，并且零件将形成一个平面。 如果不是这种情况，则组件将形成起伏的表面。 如下所示：

△ 来源：ISO整理

具体是指微小峰谷的高度和距离S。 一般除以S：

国家标准规定常用三个指标来评价表面粗糙度（单位为μm）：

表面特征

表面粗糙度（Ra）值

加工方法举例

清晰可见的刀痕

Ra100、Ra50、Ra25、

粗车、粗刨、粗铣、钻孔

轻微可见的刀痕

Ra12.5、Ra6.3、Ra3.2、

精车、精刨、精铣、粗铰、粗磨

加工痕迹看不见，加工方向可略辩

Ra1.6、Ra0.8、Ra0.4、

精车、精磨、精铰、磨

深色光滑表面

Ra0.2、Ra0.1、Ra0.05、

研磨、珩磨、超精加工、抛光

从表面上看，实际生产中经常使用Ra指标。 型材的最大微高偏差Ry在日本等国家常用Rmax符号表示表面粗糙度是，欧美常用VDI指标。 下面是VDI3400、Ra、Rmax对照表。

表面粗糙度=表面光洁度？

表面光洁度是表面粗糙度的旧术语，但绝不是相等的和不同的性质。 表面光洁度是根据人的视觉角度提出的，而表面粗糙度是根据表面的实际微观几何形状提出的。 粗糙度有测量的计算公式，而光滑度只能用样规来比较。 表面粗糙度越小，表面越光滑，作为部件表征的光洁度就越好，所以粗糙度比光洁度更科学、更严谨。

△ 图片来源：TAYLOR HOBSON

为什么表面粗糙度在制造业中如此重要？

在局外人看来，这是一个矛盾的问题，但在局内人看来，却是一个严肃的问题。 表面粗糙度是表面纹理的本质，在决定物体如何与其环境相互作用方面起着重要作用。 表面粗糙度与机械零件的匹配性能、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声密切相关，对机械零件的使用寿命、可靠性和稳定性有重要影响。

在摩擦学中表面粗糙度是，粗糙表面通常磨损得更快，并且可能比光滑表面具有更高的摩擦系数。 如果表面太光滑，磨损金属颗粒的分馏作用、润滑油被挤出和分子吸附都会加速磨损。 对于某些应用，可能需要粗糙度来促进装饰性面漆的附着力，例如油漆、粉末涂料或电镀。 在进入下一生产阶段之前，某些零件可能需要简单地去毛刺。 如果完成，其他部件可能需要全面抛光。

△5G印制电路板铜箔表面粗糙度

△ 有机车磨齿粗糙度测量

哪些因素会导致表面粗糙度？

表面粗糙度通常是由刀具与工件表面之间的摩擦、金属在表面塑性变形时的切屑分离以及加工系统中的高频振动引起的，例如：

此外，由于加工方法和工件材料的不同，在加工表面留下的痕迹、密度、形状和结构也存在差异。

△表面粗糙度图片来源：Maxim Testing

表面粗糙度测量应遵循哪些原则？

特征的大小和配置对加工表面的质量和功能以及最终产品的性能有重大影响。 因此，精确控制表面粗糙度对于制造商和工程师为每种产品生产出一致且可靠的生产工艺至关重要。 需要了解关键的评估规则：

表面粗糙度测量用于哪些行业？

表面粗糙度测量主要应用于航空航天、汽车、材料、金属制品等领域，如：

△ 表面粗糙度校准块。 广泛应用于袖珍式粗糙度仪、便携式粗糙度仪、手持式粗糙度仪和台式粗糙度仪。 根据粗糙度校准块上的数值打印，校准其读数精度。 来源：凯达

两种表面粗糙度测量方法

粗糙和起伏的表面不规则性、凹坑、平行凹槽和其他表面特征统称为“表面结构”。 由这些表面特征转化的测量值称为表面纹理参数。 地表结构参数的测量大致可分为两种：等高线法和面积法。

轮廓测量（线粗糙度测量）

△ 手持式表面粗糙度测试仪由一根机械地拉到表面上的手写笔组成，记录了预定样本长度上的表面粗糙度“图像”。 资料来源：Elcomneter / MarSurf

区域法：

△ 微透镜板

△ 共聚焦显微镜创建的同一微透镜盘的形貌 3D 分析。 这是通过堆叠二维图像实现的，每个图像都有一个小的焦深，同时以微小的增量降低光学器件，导致高度分辨率下降到 10 纳米以下。 资料来源：克鲁斯

测针测量仪

触针测量仪又叫表面粗糙度仪、表面光洁度仪、表面粗糙度检测仪、粗糙度测量仪、粗糙度计、粗糙度测试仪等名称。 具有测量精度高、测量范围广、操作方便、携带方便、工作稳定等特点。

传感器由仪器内部的精密驱动机构驱动，装置沿被测表面直线滑动，传感器通过内置的尖锐接触针进行测量。 可广泛应用于平面、曲面、内孔、沟槽等各种金属和非金属加工表面的表面粗糙度。 适用于检测站、实验室、计量室的表面粗糙度检测。

△ 来源：凯尔达

激光显微镜测量设备

随着纳米技术的发展以及对电子器件性能的要求越来越高，电子器件的尺寸越来越小，元器件和工业产品表面特性的测量和所得数据的质量管理也越来越重要。增加。 传统的测针、粗糙度仪和其他通过与被测表面的机械接触获取高度信息的仪器能够广泛地测量表面的高度/特征以及表面的表面状况。

然而，软样品（如薄膜）和表面特征的增加导致对非接触测量技术的需求，从线性测量到非破坏性/精确面积测量。 为了满足这些要求，面积测量激光显微镜 (CLSM) 被开发为一种能够在特定环境条件下对样品表面特征进行精确、非接触式 3D 测量的仪器。

△激光测量设备来源：OLYMPUS

激光显微镜将传统光学显微镜、激光扫描显微镜（LSM）和探针扫描显微镜（SPM）的功能集于一体。 三种模式自由切换，轻松实现从毫米到纳米的观察测量。 激光显微镜的数据处理能力是其突出的优势。 激光共聚焦扫描显微镜测量范围广、精度高、噪声低等特点，可以保证测量结果满足表面结构分析的基本要求。 岗位职责如下：

激光显微镜适用于材料、半导体材料、石油地质、生物食品等的亚显微结构观察和分析。 体积测量、粗糙度测量、材料表面3D表面形貌； 微米和亚微米零件的尺寸测量，表面形貌观察； 半导体芯片表面形貌观察、非接触式线宽、台阶深度摩擦学磨痕体积测量等测量研究。 荧光功能测量可以检测材料的缺陷和特性。

△IM-8000超高清2000万像素CMOS传感器，解析力清晰逼真。 可以可靠地捕获以前难以观察的精细边缘以进行精确测量。来源：Keyence

光学轮廓仪

光学轮廓仪是一种用于对各种精密器件表面进行亚纳米级测量的检测仪器。 它是基于白光干涉技术原理，结合精密Z向扫描模块、3D建模算法等，对器件表面进行非接触式扫描并建立表面3D图像，并使用该系统软件对器件表面的3D图像进行处理分析，得到反映器件表面质量的2D和3D参数，从而实现光学检测仪器对器件表面形貌的3D测量。

光学轮廓仪是测量表面粗糙度的精密测量选择。 通过一次扫描，获得 3D 表面轮廓，并提供丰富的参数来指定表面特性。 光学轮廓仪常用于：

在下一组图片中，FILMETRICS的Profile3D光学检测仪正在测量经过4道抛光的金属零件的表面轮廓。

△ 图 1 表示已应用于每个相应侧的抛光道次，最粗糙的表面光洁度只有 1 道次，最光滑的道次为 4 道次。 在 Profile3D® 中使用 10X 物镜和 4X 变焦设置评估每一侧的表面粗糙度。

△图2显示每边四次扫描； 很明显，每经过一次抛光，表面就会变得更光滑。 采用Sa、Sq等综合粗糙度参数对粗糙度的变化进行数值分析。 绘制表面粗糙度与抛光次数的关系图（图表）。

△3）研究了表面粗糙度随抛光量的增加而降低的规律。 表面粗糙度随着表面处理次数的增加而降低。 从这些数据还可以清楚地看出，第四次抛光仅增加了轻微的改善。

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