이거 만져보니까 너무 거칠다! 얼마나 거친 걸까?
이거 만져보니까 정말 미끄럽다! 그렇다면 거칠기는 어느 정도일까?
이러한 표현 방식은 극한의 정밀도를 추구하는 산업 분야에서는 마치 “바다는 파랗다”는 말과 비슷합니다. 하지만 당신과 내가 생각하는 파란색은 반드시 같지 않을 수 있죠. 그래서 이러한 상황을 해결하고 양산 수율을 높이기 위해 표면 거칠기의 정의 방식이 1940년대에 탄생하였고, 이후 여러 차례의 개정 끝에 지금 우리가 사용하는 산업 기준으로 자리 잡게 되었습니다.
※산업 분야에서는 주로 Ra, Rz, Rmax가 사용되며, 본 글에서는 ‘표면 거칠기 – 선 거칠기’를 중심으로 소개합니다. SA와 RA의 차이에 대해 알고 싶으시다면 여기를 참고해 주세요.>>>RA와 RA의 차이
목차
측정 용어：
표기법을 이해하기 전에, 먼저 대부분의 표기법에서 사용되는 몇 가지 용어를 알아보겠습니다.
- 불규칙점(Irregularities)：곡선의 봉우리와 골짜기를 의미합니다.
- 샘플 길이(Sampling length)：전체 거칠기 형태를 나타내기에 충분한 표면 길이입니다.
- 평가 길이(Assessment length)：여러 샘플 길이로 구성되며, 측정값은 여러 파라미터를 평가한 평균값입니다.
- 측정 길이(Traverse length)：프로브가 측정할 때의 전체 표면 측정 거리입니다.
- 기준선(Reference line)：표면 거칠기 형상을 정량적으로 평가하기 위한 기준이 되는 선입니다.
- 중심선(Center line)：형상을 면적으로 동등하게 양분하며, 형상의 일반적인 방향과 평행한 기준선입니다.
- 최소제곱 평균선(Least square mean line)：거칠기 단면 곡선에서 일정 구간을 선택한 후, 그 구간 내에서 곡선 위와 아래의 편차 거리 제곱의 합이 최소가 되도록 설정한 직선을 말합니다. 이 선을 ‘최소제곱 평균선’이라고 합니다.
자주 사용되는 표면 거칠기 표기법
| 표기 방법 | 정의 | 설명 | |
| 1 | Ra | 윤곽의 산술 평균 편차 | 샘플 길이 L 내에서, 측정된 실제 윤곽의 각 지점이 중심선으로부터 떨어진 거리의 절댓값 평균 |
| 2 | Rt [Rymax] | 가장 큰 거칠기 높이 | 윤곽 샘플 길이 L 내에서, 가장 높은 봉우리와 가장 깊은 골짜기의 합, 즉 Rt = Rp + Rv |
| 3 | Rz (JIS) [Rtm] | 미세 불균일도의 10점 평균 높이 | 이 파라미터는 ISO 10점 높이 파라미터라고도 하며, 샘플 길이 L 내에서 가장 높은 5개 봉우리와 가장 깊은 5개 골짜기 간의 평균 높이입니다. |
위의 세 가지 거칠기 간의 관계는 다음과 같습니다:4 Ra ≒ Rymax≒ Rtm
중심선 평균 거칠기 (Ra)
전체 샘플 길이에서 중심선으로부터의 형상 편차 값을 산술 평균한 값
Ra=(|Y1|+|Y2|+…..+|Yn|)/n
최대 높이 거칠기(Rmax [DIN]); (Ry [ISO; JIS])
샘플 길이 내 각 기준 길이에서의 최고 봉우리와 최저 골짜기 간의 합
[Rmax=(Rmax1+Rmax2+……)/N; Ry=Ymax-Ymin]
10점 평균 거칠기 (Rz)
샘플 길이 L 내에서 가장 높은 5개 윤곽 봉우리와 가장 깊은 5개 윤곽 골짜기 간의 평균 높이
위의 파라미터 중 Rz와 Rmax는 DIN과 ISO 기준에서 약간의 차이가 있습니다.
- Rz(DIN)：5개의 샘플 길이에서 각각의 전체 거칠기 높이를 측정하고, 그 평균값을 계산합니다.
- Rz(ISO)：평가 길이 내에서 가장 높은 5개 봉우리와 가장 깊은 5개 골짜기 사이의 평균 높이를 계산합니다.
※따라서 Rz(DIN)의 수치는 더 작게 나오며, 마찬가지로 Rmax(DIN)도 더 작게 나옵니다.
기타 표면 거칠기 표기법
기타 표면 거칠기 표기법
| 표기 방법 | 정의 | 설명 | |
|---|---|---|---|
| 4 | R3y | 거칠기 봉우리-골짜기 높이 | R3y는 각 샘플 길이에서 가장 높은 3개의 봉우리와 가장 깊은 3개의 골짜기 사이의 최소 거리값을 계산한 후, 이들 중 가장 큰 값을 선택한 것입니다. 최소 5개의 샘플 길이를 평가에 사용하는 것이 권장됩니다. |
| 5 | R3z | 평균 봉우리-골짜기 높이 | R3z는 전체 평가 길이 L에 걸쳐, 각 샘플 길이에서 가장 높은 3개의 봉우리와 가장 깊은 3개의 골짜기 간의 수직 거리의 평균값입니다. |
| 6 | Rv | 최대 골짜기 값 | 샘플 길이 L 내에서 윤곽 중심선으로부터 가장 낮은 골짜기까지의 거리 |
| 7 | Rp | 최대 봉우리 값 | 샘플 길이 L 내에서 중심선 위 윤곽의 최대 높이 |
| 8 | Rc | 윤곽의 평균 거칠기 높이 | 샘플 길이 L 내에서 윤곽 높이의 평균값 |
| 9 | Rda | 거칠기 산술 평균 경사도 | 샘플 길이 L 내에서 윤곽 변화 속도의 절댓값 산술 평균 |
| 10 | RΔq | 거칠기 제곱 평균 경사도 | |
| 11 | Rku | 거칠기 첨도 확률 밀도 함수 | 윤곽 봉우리 형태를 의미 |
| 12 | Rlo | 거칠기 측정 윤곽 길이 | 평가 길이 내에서, 측정된 윤곽 표면의 길이 L. 즉, 측정 프로브가 표면의 봉우리와 골짜기를 따라 이동한 총 길이 |
| 13 | Rmr | 거칠기 재질 비 곡선 | |
| 14 | Rpc | 거칠기 봉우리 개수 | |
| 15 | Rsm | 거칠기 윤곽 요소의 평균 너비 | 샘플 길이 L 내에서, 평균선 기준으로 윤곽 요소들 사이의 평균 간격 |
| Rsm 평균 너비는 봉우리에서 골짜기까지의 평균 너비를 의미하며, 값이 클수록 표면이 평탄하고 거칠기가 양호함을 나타냅니다. | |||
| 16 | Rvo | 거칠기 측정 부피의 오일 유지력 | |
| 17 | Rs | 거칠기 국부 봉우리의 평균 간격 | |
| 18 | Rq | 제곱 평균 거칠기 | |
| 19 | RHSC | 거칠기 고점 개수 | |
표면 거칠기 함정
결론
- 면 거칠기는 표면 거칠기를 정량화한 값으로, 미시적 관점에서 보면 서로 다른 물체는 미세한 형태 차이를 가지고 있습니다.
- 마찬가지로, 회사나 국가마다 사용하는 표준 규격(예: ISO, JIS, DIN)의 표기 방식도 다르기 때문에 가공 중 브랜드를 변경하거나 다른 브랜드의 부품을 조합할 경우, 치수 불일치나 거칠기 차이로 인해 가공품의 결함이나 부품 마모를 유발할 수 있으므로 주의가 필요합니다.
- 표면 거칠기는 표면의 특정 영역만을 샘플링하여 측정하므로, 해당 물체의 표면 거칠기를 대표할 수 있는 충분한 길이의 구간을 선택하거나, 여러 구간을 측정하여 오차를 줄이는 것이 좋습니다.
- 시중에는 측정과 계산 과정을 절약할 수 있는 다양한 기술적 솔루션이 존재하지만, 근본적인 원인을 이해하는 것이 문제를 명확히 정의하고, 현재의 병목을 돌파할 수 있는 열쇠가 됩니다.
행동
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용어 해설
- DIN：베를린에 위치한 독일표준협회(DIN)에서 제정한 표준으로, 주로 독일에서 사용되는 국가 표준입니다.
- ISO：국제표준화기구(ISO)에서 제정한 국제 공통 표준으로, 기업이 제품 및 서비스를 안정적이고 일관되게 유지하도록 돕습니다. 현재 가장 널리 알려진 인증 체계 중 하나로, 제조업체, 무역회사, 정부 기관, 학술 기관 등 다양한 산업 분야에 적용됩니다.
- JIS：일본산업표준조사회에서 제정 및 심의하는 일본의 국가 산업 표준으로, 일본에서 가장 중요하고 권위 있는 표준 중 하나입니다.
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