表面粗さ RaとSa の数値が大幅に異なる要因について 同一サンプルを非接触で測定した結果において

表面粗さ　RaとSa の数値が大幅に異なる要因について
同一サンプルを非接触で測定した結果において　Ra1.5～３程度に対してSaは10～50にばらついています。
SaはRaを拡張したものと理解しており　1桁変わるのは異常と考えています。　
例えばRaとRz が５－６倍程度　というように　RaとSaの概略の関係はどの程度と理解すべきでしょうか？
また、１桁変化するのが異常であれば　どんな要因が考えられるのでしょうか？　

宜しくお願いします

No.2 ベストアンサー 回答者： drmuraberg 回答日時： 2018/11/10 22:55

ショットブラストだと異方性は有りませんね。

私も＜差が生じるイメージとしては 線粗さにおける　うねり曲線に
相当する要素が影響しているように思えます。＞が正しい様に思えます。
＜うねり曲線＞Z(x,y)を色々と仮定する事で、差は出そうです。
前の計算は雑な見積もりですが、モデル曲線を入れればより具体的な
計算も可能かと思います。

一例として、Z(x)が高さｈの二等辺三角形とすると、Z(x,y)は当方性なら
高さｈの円錐であると推測できます。夫々に付いて（３）式に相当するのは
Ra ～ 三角形の重心の位置＝h/3
Sa ～ 円錐の重心の位置=h/4
この場合
Sa/Ra～3/4　で、確かに同じになりませんが、１倍より小さくなります。
これが示唆するのは、うねり曲線の要素により、大きくも小さくも成ると
云う事です。

昔は粗さはRスケールが主流でしたが、そのRも定義により結果が異なり
解釈に苦労したものです。
現在はSスケールが主流の様です。粗さ測定器メーカーのHPに表面組織と
Saの関係などのデータが見られました。それ以外で気になったデータです。
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jilm/61/5/6 …

この回答へのお礼

ありがとうございました。
過去に測定した触針式Ra値と今回の非接触Ra値は　サンプルが異なりますが　ほぼ同値で過去のばらつき内に収まっていました。
　やはり　SaとRaはほぼ同等(50～200%程度の差であるはず)と仮定し　うねりの影響について追加検証します。
詳細なご教示ありがとうございました

お礼日時：2018/11/11 09:39

No.3 回答者： konjii 回答日時： 2018/11/11 08:32

Ｒaは線粗さで一次元の凹凸の平均で、バラつきが大きい。

Ｓaは面粗さで二次元の凹凸の平均で、バラつきが小さい。
貴方の場合は逆になっていますが、Ｒaを極端に小さな場所で測定した可能性があります。
表面粗さの場合ＳaなのでＳaを使いましょう。
レーザー顕微鏡でＲaを手でスキャンしながら画面で見ていると大きく変わることが確認出来ます。

No.1 回答者： drmuraberg 回答日時： 2018/11/10 14:04

興味があり色々と検索して見ましたが納得のゆく

説明は見つけられませんでした。

それで、表面粗さの定義から考えてみましょう。
Raは１次元粗さ、Saはその２次元への拡張です。
Zが面の粗さ曲線を表す関数であるとすれば、
Ra = ∫|Z(x)|dx/L　　 積分範囲 [0:L]　　（１）
Sa = ∫∫|Z(x,y)|dxdy/A　積分範囲 [0:A]　　（２）
となります。
ここで、Lはスキャンされる１次元の長さ、Aは
スキャンされる２次元の面の大きさです。L^2=A です。
https://search.yahoo.co.jp/image/search?rkf=2&ei …
https://www.keyence.co.jp/ss/products/microscope …

簡単化の為に xとｙは独立でZ(x,y)=Z(x)Z’(y)と仮定し、
その時の粗さをSa‘と置きます。
すると（２）式は
Sa’＝∫|Z(x)|dx∫|Z‘(y)|dy/A
=(∫|Z(x)|dx/L)(∫|Z´(y)|dy/L)　　　（３）
となります。
ここで更にZ(x,y)がそのピークから基準面に落とした
垂線の回りに対称、Z(x)=Z’(y)と仮定します。
そうすると(3)式は
Sa’ = Ra^2
となります。
これが意味するのは、Sa（≒Sa’）とRaの間には２乗倍の
差が有っても不思議ではないことです。

実際の比較例は次の２例しか見つけられませんでした。
https://www.atengineer.com/pr/metk/20170728003.h …
では、SaはRaの２倍程度まで違い。
http://www.amada-f.or.jp/r_report2/kkr/24/AF-200 …
では、Sa≒Raとされています（Fig.３）。

さて１０倍以上も違うとの事ですが、理論的な考察での
Z(x,y) = Z(x) Z(y) とはならず、粗さに異方性が有り
走査方向により違いが生じ、その為に１次元測定と
２次元測定の間にオーダーの差が出る可能性が有る
と云う事でしょうか。

この回答へのお礼

早速のご教示ありがとうございました。
　評価面はショットブラスト加工を実施しており　均質な表面に見えます。
差が生じるイメージとしては 線粗さにおける　うねり曲線に相当する要素が影響しているように思えます。　
再度測定による検証実施に際してRaの走査方向による影響を見るほかに面粗さ側での評価面の影響を検証するべき要素など　アドレス頂ければ幸いです。　

ありがとうございました。

お礼日時：2018/11/10 17:05