สอบเทียบ Surface Roughness Tester (เครื่องวัดความเรียบผิว) วิธีใช้งาน ดูแลรักษา และเกณฑ์การส่งสอบเทียบ

Surface Roughness Tester (เครื่องวัดความเรียบผิว) คืออะไร

เครื่องวัดความเรียบผิวที่กล่าวถึงในบทความนี้หมายถึง Surface Roughness Tester ซึ่งในทางวิศวกรรมมักเรียกว่าเครื่องวัดความหยาบผิว และการวัดความหยาบผิวเป็นคนละคุณลักษณะกับการวัดความราบ (Flatness) ปัจจุบันในท้องตลาดมีให้เลือกใช้งานหลากหลายรุ่น โดยทั่วไปแล้วเครื่องวัดและทดสอบความเรียบผิวสามารถวัดความขรุขระได้ทั้งโลหะและอโลหะ ซึ่งวัดได้ทั้งผิวเรียบแบน, ทรงกระบอก, ทรงกรวยหรือร่องต่างๆ ของชิ้นงาน ทั้งนี้ความสามารถในการวัดแต่ละลักษณะขึ้นอยู่กับรูปแบบของเครื่อง ชนิดและรูปทรงของ Stylus หรือ Probe อุปกรณ์จับยึด คุณสมบัติของวัสดุ และข้อกำหนดของเครื่องแต่ละรุ่น การวัดร่องหรือรูปทรงเฉพาะบางลักษณะอาจต้องใช้เครื่องแบบตั้งโต๊ะหรืออุปกรณ์เสริมร่วมด้วย

นิยมใช้ค่า Ra และ Rz ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ความหยาบผิวตามมาตรฐาน ISO 21920-2:2021 โดยรายงานผลเป็นหน่วยไมโครเมตร (µm) เราสามารถเลือกใช้งานและใช้ตรวจวัดความขรุขระพื้นผิวของชิ้นงานในกระบวนการผลิต

บทความนี้กล่าวถึงเครื่องวัดโปรไฟล์ผิวแบบสัมผัสด้วย Stylus ซึ่งในทางปฏิบัติแบ่งได้เป็นสองกลุ่มหลัก คือเครื่องแบบพกพา (Portable Surface Roughness Tester) ที่นำไปวัดชิ้นงานถึงหน้างานได้ และเครื่องแบบตั้งโต๊ะที่ติดตั้งประจำในห้องตรวจสอบ โดยหัวข้อการเตรียมความพร้อมและการดูแลรักษาเน้นที่เครื่องแบบพกพาซึ่งใช้งานหน้างานเป็นหลัก เนื้อหานี้ไม่ครอบคลุมเครื่องวัดแบบไม่สัมผัสหรือการวัดแบบพื้นผิวสามมิติ

Surface Roughness Tester วัดความหยาบผิวอย่างไร

เครื่องแบบสัมผัสใช้ปลาย Stylus เคลื่อนที่ตามแนววัดบนผิวชิ้นงานเพื่อเก็บข้อมูลโพรไฟล์ของผิว จากนั้นจึงแยกส่วนความหยาบออกจากองค์ประกอบคลื่นยาวด้วยตัวกรองตามที่กำหนด แล้วคำนวณพารามิเตอร์ เช่น Ra และ Rz จาก Roughness Profile ที่ได้

การตั้งค่าการวัดต้องสอดคล้องกับข้อกำหนดบนแบบงานและมาตรฐานที่ใช้อ้างอิง หากข้อกำหนดไม่ได้ระบุองค์ประกอบบางรายการไว้ ให้ใช้ค่าเริ่มต้นตามเงื่อนไขของ ISO 21920-3:2021 ซึ่งกำหนดเป็นชุดค่าตาม setting class ได้แก่ ค่า profile L-filter nesting index หรือ cut-off ตั้งแต่ 0.08 ถึง 8 มิลลิเมตร ระยะประเมินตั้งแต่ 0.4 ถึง 40 มิลลิเมตร และรัศมีปลาย Stylus สูงสุด 2, 5 หรือ 10 ไมโครเมตร โดยค่าทั้งสามสัมพันธ์กันตาม setting class ที่เลือก ไม่ใช่ช่วงที่เลือกค่าใดก็ได้อย่างอิสระ

ส่วนการคำนวณพารามิเตอร์ตาม ISO 21920-2:2021 นั้น พารามิเตอร์ส่วนใหญ่คำนวณบนระยะประเมิน ขณะที่ Rp, Rv และ Rz ยังใช้การเฉลี่ยจากช่วงย่อย จึงต้องระบุมาตรฐานและเงื่อนไขที่ใช้ประเมินทุกครั้ง ผลจากการตั้งค่าที่ต่างกันอาจนำมาเปรียบเทียบกันโดยตรงไม่ได้

ค่า Ra กับ Rz ต่างกันอย่างไร

หัวข้อ	Ra	Rz
ชื่อตามมาตรฐาน	Arithmetical Mean Deviation (ค่าเฉลี่ยความหยาบผิว)	Maximum Height (ค่าความสูงของ Roughness Profile)
นิยาม	ค่าเฉลี่ยเลขคณิตของค่าสัมบูรณ์ของค่า ordinate ของ Roughness Profile ภายในช่วงประเมินที่กำหนด	พารามิเตอร์ความสูงของ Roughness Profile ซึ่งคำนวณตามนิยาม ช่วงแบ่ง และวิธีประเมินของมาตรฐานที่ระบุ
ลักษณะข้อมูลที่สะท้อน	ระดับความหยาบโดยเฉลี่ยของผิว จึงใช้เป็นข้อมูลภาพรวมของลักษณะผิว	ลักษณะความสูงระหว่างยอดและร่องของผิว จึงอาจตอบสนองต่อความเปลี่ยนแปลงด้านความสูงต่างจาก Ra
หน่วย	ไมโครเมตร (µm)	ไมโครเมตร (µm)

การเลือกพารามิเตอร์ เช่น Ra หรือ Rz พร้อมมาตรฐานและค่าตั้งการวัด ต้องให้ตรงกับข้อกำหนดของงาน แบบงาน และกระบวนการผลิต ไม่ควรใช้ค่าใดค่าหนึ่งเพียงค่าเดียวเพื่อสรุปว่าตรวจพบตำหนิบนผิวได้ทั้งหมด และทั้งสองค่าไม่มีสูตรแปลงระหว่างกันที่ใช้ได้ทุกกรณี

“แผ่นมาตรฐานความหยาบผิว Roughness Specimen”

ปัจจัยที่มีผลต่อผลการวัด

ก่อนเปรียบเทียบผลวัดระหว่างครั้งหรือระหว่างเครื่อง ควรตรวจสอบว่าเงื่อนไขต่อไปนี้ตรงกันหรือไม่

• ชนิดและรัศมีปลาย Stylus ที่ใช้ ซึ่งสัมพันธ์กับ setting class ตามมาตรฐาน
• ชนิดตัวกรองและค่า L-filter nesting index หรือ cut-off ที่ตั้งไว้
• ระยะประเมินที่ใช้ เพราะมีผลต่อค่าที่คำนวณได้โดยตรง
• ทิศทางการวัดสัมพันธ์กับลายผิว โดยเมื่อไม่ได้กำหนดทิศทางไว้เป็นอย่างอื่น ให้ใช้ทิศทางที่ให้ค่าพารามิเตอร์ความสูงสูงที่สุด ซึ่งโดยทั่วไปคือทิศตั้งฉากกับทิศทางลายผิวหลัก ทั้งนี้ให้ยึดข้อกำหนดบนแบบงานเป็นหลัก
• ความสะอาดของผิวชิ้นงานและแผ่นมาตรฐาน โดยแนวปฏิบัติที่ดีแนะนำให้เช็ดฝุ่นและความชื้นด้วยผ้าไร้ขน เป่าสิ่งปนเปื้อนออกด้วยอากาศที่กรองแล้ว และขจัดคราบน้ำมันด้วยตัวทำละลายที่เหมาะกับวัสดุและคู่มือของผู้ผลิต
• ความมั่นคงของการจับยึดชิ้นงานและเครื่อง รวมถึงการลดผลกระทบจากการสั่นสะเทือนและสภาวะแวดล้อมที่อาจรบกวนผลการวัด

ควรบันทึกเงื่อนไขเหล่านี้ไว้พร้อมกับผลวัด เพื่อให้ตรวจซ้ำและเปรียบเทียบผลได้อย่างเหมาะสม

การใช้งานและดูแลรักษาเครื่องแบบพกพา (Portable Surface Roughness Tester)

หัวข้อนี้เน้นเครื่องแบบพกพาที่นำไปใช้วัดชิ้นงานถึงหน้างาน ซึ่งมีข้อควรระวังเพิ่มเติมจากการขนย้ายและการใช้แบตเตอรี่

การตรวจสอบความพร้อมก่อนการใช้งาน

1. ตรวจสอบสภาพสายและตัวเครื่องว่าอยู่ในสภาพพร้อมใช้งานหรือไม่โดยสายจะต้องไม่มีรอยขาดแหว่ง
2. เช็คหัว Probe ที่ใช้งานว่ามีรอยแตกร้าว, หัก, บิ่นหรือไม่ หาก Probe มีรอยบิ่นให้ทำการเปลี่ยน Probe ใหม่ทันที เพราะหากใช้งานผลการวัดที่ได้อาจจะผิดพลาด
3. เปิดเครื่องเพื่อตรวจสอบการตั้งค่าใช้งาน ซึ่งแต่ละรุ่นการตั้งค่าก็จะแตกต่างกันออกไป โดยพารามิเตอร์ที่ใช้กันมากคือ Ra กับ Rz
4. ตรวจเช็คค่าเบื้องต้นด้วย Reference Standard ว่าค่าที่ได้มีความถูกต้องอยู่หรือไม่ หากค่าถูกต้องก็สามารถใช้งานเครื่องได้ตามปกติ และหากตรวจเช็คกับ Reference Standard แล้วพบว่าค่าที่ได้ไม่ตรงหรือไม่มั่นใจในค่า ให้ลูกค้าทำการส่งสอบเทียบกับห้องปฏิบัติการสอบเทียบที่ได้มาตรฐาน

 

หมายเหตุ: การตรวจด้วย Roughness Specimen ตามวิธีการทวนสอบ เป็นการยืนยันว่าเครื่องเป็นไปตามเกณฑ์ยอมรับที่กำหนดไว้ภายในขอบเขตที่ตรวจ และควรบันทึกผลไว้เป็นหลักฐาน การตรวจดังกล่าวไม่ใช่กระบวนการเดียวกับการสอบเทียบ ซึ่งสร้างความสัมพันธ์ระหว่างค่าจากมาตรฐานอ้างอิงกับค่าที่เครื่องแสดงพร้อมพิจารณาความไม่แน่นอน จึงใช้แทนกันไม่ได้เมื่อข้อกำหนดของงานระบุให้ต้องสอบเทียบ ทั้งนี้ Roughness Specimen สามารถเป็นมาตรฐานที่ใช้ในการสอบเทียบได้เมื่อมีคุณสมบัติและวิธีใช้งานที่เหมาะสม

 

MKS