Pürüzlülük Ölçüm Cihazı

Bir yüzeyin ya da cismin dış şekli, pek çok şeyin yanı sıra temel şekli, dalgalanma ve pürüzlülüğü ile belirlenir. Dalgalanma ve pürüzlülük, yüzeyin ilgili şeklin verilen ideal sınır çizgilerinden nispeten küçük sapmalarını ifade eder. Pürüzlülük, yüzeylerin görünümünün haricinde ürünlerin kullanıma uygunluğunu da etkiler. Pürüzlü yüzeyler, kaymayı önlemek için bazı uygulamalarda aranan bir özelliktir. Bu nedenle, buzlu ya da karlı havalarda kaldırımlarda kum; kayma riskinin artması beklenen alanlarda da pürüzlü bir yüzeye sahip zemin kaplamaları kullanılır. Belirtilen pürüzlülüğü elde etmek için bileşenler genelde özel olarak işlenir (öğütme, parlatma, kazıma ya da kaplama işlemleri ile). Bu şekilde, pürüzlülük, özel olarak azaltılabilir ya da arttırılabilir.

Teknik bileşenlerin iki boyutlu yüzey bitişleri aşağıdaki standartlarda açıklanmıştır:

- DIN 4760	Şekil sapmaları, terimler, sınıflandırma sistemi
- ISO 1302 (2002)	Geometrik mamul özellikleri (GMÖ) - Teknik mamul dokümantasyonunda yüzey durumlarının gösterilişi
- ISO 4287 (1997)	Geometrik mamul özellikleri (GMÖ) - Yüzey yapısı: Profil metodu: Terimler, tarifler ve yüzey yapısı parametreleri
- ISO 4288 (1996)	Geometrik mamul özellikleri (GMÖ) - Yüzey yapısı: Profil metodu: Yüzey yapısının değerlendirilmesi için kurallar ve işlemler
- ISO 13565 (1996/98)	Geometrik mamul özellikleri (GMÖ) - Yüzey dokusu: Profil metodu: Tabakalı, fonksiyonel özelliklere sahip yüzeyler

Bileşen yüzeylerinin üç boyutlu yapısına ilişkin ifadeler için ISO 25178 (2016) “Geometrik mamul özellikleri (GMÖ) - Yüzey yapısı: Düz“ kullanılabilir. ANSI B 46.1 ya da JIS B 0601 standartları ile çalışan endüstriler de mevcuttur.

Bir yüzeyin pürüzlülüğü genelde birden fazla karakteristik değer ile tanımlanır. Uygulamanız için geçerli olan karakteristik değerler, yüzey kalitesi ve test edilen profilin kullanım amacı ile belirlenir.

Ortalama pürüzlülük değeri, ideal profil çizgisinden yukarı ya da aşağı doğru sapan ölçülen bir bölümün mutlak değerlerinin aritmetik ortalamasıdır. Sadece bu değerden test edilen yüzeydeki maksimum değerler, yükseklik ve derinlik dağılımı hakkında bir sonuç çıkarılamaz. Ortalama pürüzlülük, kumlanmış ya da cilalanmış yüzeylerde ölçülür. 

Ortalama pürüzlülüğün karekökü, her bir karenin toplamını oluşturarak her bir değerin sayısına bölerek ve sonuçtan karekök çıkarılarak belirlenir. Bu değer, RMS (Ortalama Karekökü) ya da ölçüm mesafesinin standart sapması olarak da adlandırılır. 

Pürüzlülük derinliği, tek bir ölçüm bölümünün en yüksek tepe noktası ile en düşük nokta arasındaki mesafedir. Ortalama pürüzlülük derinliği, bir çizgide birbiri ardına belirlenen beş ayrı pürüzlülük derinliğinin her bir değerinden belirlenir. Bunun için, beş değer toplanıp beşe bölünür.

Beş ayrı ölçüm mesafesinden oluşan toplam mesafenin maksimum pürüzlülük derinliği, ayrı ayrı tespit edilen pürüzlülük derinliklerinin en büyüğüdür. 

Pürüzlülük profilinin toplam yüksekliği, toplam ölçüm bölümünün üst ve alt uç değeri arasındaki dikey mesafedir. En alçak vadi ve en yüksek tepe, farklı ölçüm bölümlerinde bulunabilir.

Pürüzlülük ölçümünde optik ya da dokunsal yöntemler kullanılabilir. Optik pürüzlülük ölçüm cihazı, bileşenin yüzeyini ışıkla tarar. Yüzey durumu, yansıyan ışık ışınları değerlendirilerek belirlenir. Dokunsal ölçümlerde koni şeklindeki bir sensör ucu incelenen yüzey üzerinde bir çizgi boyunca hareket ettirilir. Sensör ucunun tepe yarıçapı ve konik açısı, sensör ucunun yükselti ve girintiler sırasında yukarı ya da aşağı doğru ne zaman saptığını etkiler. Bu sayede dokunsal ölçüm ucu, dokunsal pürüzlülük ölçüm cihazının girintileri ve yükseltileri ne kadar ayrıntılı olarak algılayabileceğini belirler. Pürüzlülük ölçüm cihazı, optik ve dokunsal ölçümlerde çeşitli pürüzlülük parametrelerini belirlemek için hesaplamaların çoğunu gerçekleştirir.

ISO 3274 (1998) standardı “Geometrik mamul özellikleri (GMÖ) - Yüzey yapısı: Profil metodu - Temas uçlu (iğneli) ölçüm cihazlarının nominal karakteristikleri“, dokunsal ölçüm cihazlarının karakterizasyonu için geliştirilmiştir. Bu standart, bu cihazların nominal değerlerini ve temel özelliklerini tanımlar ve belirli cihaz özelliklerinin ölçüm sonucu üzerindeki etkisini değerlendirmeyi mümkün kılar.

Ölçülecek pürüzlülük parametrelerine göre aralarından seçim yapabileceğiniz modeller mevcuttur. Pürüzlülük ölçüm cihazı seçiminde en önemli kriterlerden biri de ilgili ölçüm parametresinni ölçüm aralığıdır. Çoğu pürüzlülük ölçüm cihazı Rz, Rt, Ra ve Rq parametrelerini belirleyebilir. Her bir pürüzlülük ölçüm cihazı modelinde ölçüm aralıkları önemli ölçüde değişebilir. Örneğin:

Rz, Rt ölçüm aralığı     0.1 ... 50 µm ya da         0.02 ... 200 µm ya da    0.02 ... 320 µm

Ra, Rq ölçüm aralığı          0.05 ... 10 µm ya da          0.005 ... 16 µm ya da       0.005 ... 32 µm

Rsm, Rsk, Rp, Rv ve Rc parametrelerini görüntüleyen ve ölçümler için karakteristik değerleri görüntüleyen modeller de mevcuttur:

- Rmax, R3z, R3zmax, Rz1max, Rmr(c), Rdc ve Rmr

- Ry(JIS) / Rz(JIS),

- Rp(ASME), Rpm(ASME), Rv(ASME)

Rku, Mr1 ve Mr2 gibi parametreler de belirlenebilir.

Tarama iğnesinin şekli, ölçüm sonuçlarının ne kadar detaylı olduğunu belirleyen faktörlerden biridir. Yaygın boyutlar şunlardır:

Tarama ucunun yarıçapı: 2 µm / 5 µm / 10 µm

- Konik ucun açısı 60° / 90°

Pek çok pürüzlülük ölçüm cihazında her bir ölçüm kesiti uzunluğu için 0.25, 0.8 mm ya da 2.5 mm seçilebilir. Toplam ölçüm mesafesi için standartta belirtilen her bir mesafenin beş katından sapma olarak dört, üç, iki ya da bir faktör seçilebilir. Bazı pürüzlülük ölçüm cihazları için ön ve arka tarama dahil toplam tarama mesafesi 6 mm ile sınırlı olduğundan bu tür pürüzlülük ölçüm cihazları ile beş kez 2.5 mm’lik bir ölçüm mümkün değildir. 

Dalgalanma ve pürüzlülük arasında ayrım yapmak için kullanılan ölçüm değerlerinin filtrelenmesi çeşitli yöntemlerle yapılabilir. Zorlu ölçüm görevleri için kullanılan bir pürüzlülük ölçüm cihazında gerekli filtreler ayarlanabilmelidir. Bazı pürüzlülük ölçüm cihazı modelleri, Gauss, RC, PC-RC ve D-P gibi farklı filtre seçenekleri sunar.

Her ölçüm cihazında olduğu gibi pürüzlülük ölçüm cihazının hassasiyeti de göz önünde bulundurulmalıdır. Çoğu pürüzlülük ölçüm cihazının hassasiyeti %10 ya da %15 iken tekrarlanabilirliği %6, %10 ya da %12 civarındadır. Hassasiyet, kalibrasyonla yani tanımlanmış koşullar altında bilinen pürüzlülüğün test nesneleri üzerindeki ölçümlerle kontrol edilebilir.

Farklı pürüzlülük ölçüm cihazı modelleri arasında ekran ve kontrol paneli açısından önemli farklılıklar söz konusudur. Birkaç tuşlu bir pürüzlülük ölçüm cihazından, yalnızca karakteristik bir değer ve bazı ek bilgiler gösteren bir ekrandan; ölçülen yüzey profilinin grafiğini görüntüleyen dokunmatik ekrana kadar pek çok seçenek vardır. Pürüzlülük ölçüm cihazının laboratuvarda ya da üretimde geçerli koşullar altında kullanımının ve okunabilirliğinin kolay olduğundan emin olmak da önemlidir.

Pek çok uygulama için ölçüm verilerinin pürüzlülük ölçüm cihazında kaydedilebilmesi ya da doğrudan başka bir cihaza aktarılabilmesi faydalıdır. RS232, mikro USB ve Bluetooth sunulan veri arayüzlerindendir. Bazı pürüzlülük ölçüm cihazı modelleri için ölçüm verilerinin değerlendirilmesini ve kaydedilmesini önemli ölçüde kolaylaştıran bir yazılım bulunur.

Pürüzlülük ölçüm cihazında Bluetooth arayüzünün bulunması halinde ölçüm değerleri doğrudan mobil cihaza aktarılabilir ve bu cihazda uygulama ile değerlendirilebilir, kaydedilebilir ve gerekirse iletilebilir. Dokunsal pürüzlülük ölçüm cihazında uygulama ile bazı ölçümler için parametrelerin ayarlanabilmesi hatta ölçümün başlatılabilmesi avantajlıdır. Bu, tarama iğnesinin başlangıç noktasından hareket etmemesini ya da uygulanan titreşimler tarafından saptırılmamasını sağlar.

ISO 12179 (2000) “Geometrik mamul özellikleri (GMÖ) - Yüzey yapısı: Profil metodu – Temas uçlu (iğneli) ölçüm cihazlarının kalibrasyonu” standardında pürüzlülük ölçüm cihazlarının hassasiyetinin nasıl kontrol edileceği açıklanmaktadır. Pek çok pürüzlülük ölçüm cihazı, kalibre edilebileceği gibi kalibrasyon sırasında sapmaların çok büyük olduğunun tespit edilmesi durumunda ayarlanabilir. Kullanmak istediğiniz pürüzlülük ölçüm cihazının böyle bir fonksiyon sunduğundan emin olun. Bazı pürüzlülük ölçüm cihazı modellerinin teslimat içeriğinde pürüzlülük standardı ve uygun kalibrasyon plakası yer alır. Böylece, gerekli durumlarda kullanıcı pürüzlülük ölçüm cihazını kalibre edebilir.

PCE Instruments markalı her bir pürüzlülük ölçüm cihazı, üretici ya da fabrika tarafından kalibre edilmiş şekilde gelir. Pürüzlülük ölçüm cihazı gibi diğer ölçüm cihazı modelleri için kalibrasyon sertifikası opsiyoneldir. PCE markalı pürüzlülük ölçüm cihazı modelleri, kolay okunabilir LCD ekranlarla donatılmştır ve bu sayede araştırma ve geliştirme (AR-GE) laboratuvarındaki malzeme testlerinden üretimdeki kalite kontrolüne kadar çeşitli endüstriyel uygulamalar için çok uygundur. PCE pürüzlülük ölçüm cihazı modelleri, dayanıklı ve sağlam tasarımları nedeniyle uzun hizmet ömrü sunar. PCE pürüzlülük ölçüm cihazı modelleri çeşitli ölçüm aralıklarında, çözünürlüklerde ve hassasiyetlerde mevcuttur. Pürüzlülük ölçüm cihazı için ölçüm sonuçlarının detaylı bir şekilde analiz edilmesi için bilgisayara aktarmada kullanılan özel yazılımlar gibi pek çok aksesuar ayrı olarak satılır.