Perché si misura la rugosità
La rugosità determina come le superfici tengono, scorrono, si usurano, aderiscono, riflettono la luce e resistono alla corrosione. Viene specificata nei disegni, controllata in produzione e studiata nella ricerca su rivestimenti, impianti, polimeri e materiali naturali. Un valore di rugosità ha senso solo insieme al metodo: quale tecnica ha misurato la superficie, su quale lunghezza o area e con quale filtro.
Come si misura la rugosità
Ogni metodo rileva le altezze della superficie, lungo una linea per la rugosità di profilo o su un’area per la rugosità areale. I dati grezzi vengono poi livellati, la forma viene rimossa e un filtro separa l’ondulazione dalla rugosità. Da ciò che resta si calcolano i parametri: Ra, Rq e Rz per i profili secondo ISO 21920-2 (in precedenza ISO 4287), e Sa, Sq, Sz e la famiglia funzionale Spk/Sk/Svk per le aree secondo ISO 25178-2. La pagina rugosità e finitura spiega ogni parametro.
Le tecniche di misura a confronto
- Profilometria a tastatore. Una punta di diamante viene trascinata sulla superficie. Consolidata ed economica, ma lenta per le mappe 3D; può segnare superfici morbide o fragili, non risolve dettagli più stretti della punta e la punta si consuma nel tempo.
- Interferometria. L’interferenza della luce misura l’altezza con risoluzione molto alta sulle superfici lisce, il che la rende forte per i gradini in microelettronica. Campo visivo e campo di misura sono limitati, le aree più grandi richiedono l’unione di immagini, è sensibile alle vibrazioni e le superfici devono riflettere abbastanza luce.
- Triangolazione laser. Veloce, adatta a superfici ruvide e pezzi più grandi; la precisione dipende dal materiale e dalle occlusioni, quando elementi ripidi nascondono lo spot.
- Variazione di fuoco. Costruisce un’immagine 3D da una pila di piani focali. Veloce e valida sulle pendenze ripide, ma ha bisogno di tessitura per trovare il fuoco, e gli algoritmi di ricostruzione influiscono sulla precisione su superfici lisce o molto riflettenti.
- Microscopia confocale laser. Ricostruisce la superficie da sezioni ottiche: veloce su campi piccoli e capace su angoli complessi, con le aree più grandi ottenute per unione.
- Confocale cromatico a luce bianca. Ogni lunghezza d’onda va a fuoco a un’altezza diversa, e uno spettrometro legge la lunghezza d’onda a fuoco, che dà direttamente l’altezza. Misura superfici trasparenti, riflettenti, scure e ripide, e scansiona grandi aree in continuo senza unione di immagini.
- Microscopia a forza atomica. Una sonda sottile rileva la superficie su scala nanometrica, con la migliore risoluzione laterale in assoluto, su aree di alcune decine di micrometri. È adatta a superfici lucidate e nanostrutturate più che a pezzi.
Scegliere una tecnica
Si parte dalla superficie e dalla specifica. Superfici molto lisce su aree piccole indirizzano verso AFM o interferometria. Superfici grandi, ruvide, ripide o miste, strati trasparenti e materiali morbidi indirizzano verso i sensori confocali cromatici, che coprono anche finiture nanometriche nei campi più fini. Le linee di produzione richiedono velocità e una decisione conforme/non conforme. In ogni caso il campo del sensore deve superare la variazione di altezza della superficie, e il campionamento laterale deve essere abbastanza fine per la lunghezza d’onda più corta filtrata dalla specifica.
Come misura la rugosità NANOVEA
I profilometri NANOVEA usano sensori confocali cromatici in tutta la gamma. I sensori puntuali da PS1 a PS6 coprono campi di altezza da 110 µm a 24 mm, con ripetibilità in altezza a partire da 1,9 nm (PS1); i sensori lineari ad alta velocità proiettano 192 punti alla volta e acquisiscono fino a 384.000 punti/s. Le piattaforme differiscono per dimensioni e impiego: il PS50 per postazioni compatte, l’ST400 come sistema da laboratorio standard, l’ST500 per grandi aree, i portatili JR25 e JR100 per il campo, l’AFM Pro per la rugosità su scala nanometrica e il profilometro in linea per la produzione.
Cosa fornisce l’analisi
- Analisi standard: parametri di profilo e areali (Ra/Sa, Rq/Sq, Rz/Sz, Rv/Sv, Rsk/Ssk, Rku/Sku e altri), ondulazione, conteggio dei picchi, conteggio e classificazione dei grani, direzione della tessitura, isotropia, autocorrelazione e spettro di potenza.
- Analisi avanzata: analisi dei motivi (colline e valli significative), analisi spettrale dei motivi periodici, vettorizzazione di micro-valli e solchi, e dimensione frattale.
- Metodi di settore: parametri del rapporto di materiale per componenti automobilistici, torsione delle superfici di tenuta degli alberi motore secondo Mercedes-Benz MBN 31007-7, profondità di grana e ampiezza di finitura delle plastiche secondo Renault D45-1856, e misura delle rughe in cosmetica.
- Flusso di lavoro: ricette per misure ripetibili, filtraggio, livellamento, rimozione della forma, sottrazione e confronto di superfici, report automatici ed esportazione dei dati grezzi.
