表面粗糙度：定义、参数及测量方法

表面粗糙度是指表面高度的小尺度变化。即使在人眼看来光滑的表面，也包含微观的峰谷。这些不规则性是由加工、磨削、抛光、涂层、增材制造、成形或蚀刻等制造工艺造成的。

在表面纹理分析中，通常会将粗糙度与波纹和形状等长波长表面成分区分开来。这种区分非常重要，因为每个成分描述了表面的不同方面：

因此，表面粗糙度不仅仅是一种视觉印象。它是一种可测量的特性，必须通过明确的参数、滤波器和标准进行评估。有关波纹度和形状的更多信息，您还可以查看“表面结构”页面。

因此，粗糙度测量被广泛应用于质量控制、研发、工艺优化和失效分析等领域。

面积表面粗糙度是在整个表面区域内进行评估的。这会生成被测表面的三维高度图，并可得出诸如Sa 、Sq 和Sz 等面积参数。

面积测量可提供关于完整表面结构的更多信息，包括局部缺陷、各向异性、纹理方向、峰值、谷值以及功能性表面特征。

面积式表面粗糙度分析仪的一大优势在于，如有需要，还能提供轮廓参数。而且由于表面面积的原始数据已被采集并存储，因此无论是在测量过程中还是数天之后，均可随时提取各种轮廓数据。

ISO 25178 定义了面积表面纹理参数，而ISO 21920 则是轮廓粗糙度测量的现代标准系列。国际标准化组织（ISO）指出，ISO 25178-2规定了面积表面纹理的术语、定义和参数。德国联邦物理技术研究院（PTB）将ISO 21920 描述为轮廓粗糙度测量的修订版三部分标准系列，该系列取代了ISO 4287 、ISO 4288以及ISO 13565 的部分内容等旧标准。

Ra: 算术平均粗糙度

Ra 是最常用的粗糙度参数之一。它描述了在评估长度范围内，相对于平均线的绝对高度偏差的算术平均值。

Ra 该参数适用于一般的粗糙度控制，但无法显示表面是否存在孤立峰、深谷或定向结构。两个表面可能具有相同的Ra 值，但其功能表现却大相径庭。

Rz: 粗糙度深度

Rz 描述了沿轮廓线峰谷相关的粗糙度信息。它常用于技术图纸和制造规范中。与Ra 相比，Rz 对明显的峰和谷更为敏感。

由于标准随时间推移而变化，因此务必核查规范中引用的Rz 定义及所依据的标准。

Sa：面积算术平均高度

Sa 是Ra 的面积对应量。与评估单条线不同，Sa 是根据完整的3D表面面积计算得出的。当一个表面无法通过单个轮廓可靠地表示时，该指标便显得尤为有用。

Sa 该指标特别适用于具有方向性纹理、局部缺陷、结构特征或不均匀粗糙度的表面。

Sq：面积均方根高度

Sq 是表面的均方根高度。与Sa 相比，Sq 对高峰和深谷赋予了更大的权重。因此，当极端高度偏差在功能上具有重要意义时，该指标便显得尤为有用。

ISO 21920 该标准之所以变得重要，是因为它实现了轮廓粗糙度测量的现代化，并取代了多项较旧的轮廓相关标准。然而，许多现有的图纸仍引用ISO 4287 或ISO 4288。因此，在评估粗糙度时，用户应核对图纸或规范中的确切标准引用。

对于三维面积测量，ISO 25178 是关键的标准系列。该标准定义了面积表面纹理术语和参数，并被广泛应用于光学三维表面测量。