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표면거칠기 측정 순서 및 프로파일 종류

1. Overview – 왜 ‘순서’와 ‘프로파일’이 중요한가

표면 거칠기 측정은 앞서 설명한 바와 같이 길이·질량처럼 바로 숫자가 나오는 절대 측정이 아니라, 측정 방법·환경·신호 처리 과정이 먼저 정의되어야 하는 산업적 데이터 측정이다.

즉,
 👉 어떤 순서로 측정하고
 👉 어떤 프로파일을 기준으로 해석하느냐에 따라
      같은 표면이라도 결과값이 달라질 수 있다.

이 장에서는

• 표면 거칠기 측정이 실제로 어떤 순서로 이루어지는지
• 측정된 신호가 어떻게 여러 종류의 프로파일로 나뉘는지

를 가장 기본적인 개념부터 차근차근 설명한다.

2. 표면거칠기 측정의 기본 순서

표면 거칠기 측정은 다음과 같은 흐름으로 진행된다.

실제 표면 → 측정 → Traced Profile → 필터링 → 프로파일 분리 → 파라미터 계산

Figure 1. 표면거칠기 측정 방법 및 순서

이 과정에서 중요한 점은
👉 측정된 신호 그 자체(traced profile)는 아직 ‘거칠기’가 아니라는 것이다.

3. 접촉식과 비접촉식에서의 차이점

3.1 접촉식 방식

접촉식 방식은

• 측정 전에 **측정 조건(컷오프, 평가 길이, 필터)**가 먼저 설정되고
• 그 기준에 따라 측정이 진행된다.

따라서 측정 결과는 측정 순간의 조건과 환경에 직접적으로 의존한다.

3.2 비접촉식 방식

비접촉식 방식은

• 먼저 전체 형상 데이터를 획득한 뒤
• 측정 후에 필터 조건과 분석 기준을 적용할 수 있다.

이 때문에

• 동일 데이터로 여러 조건 분석 가능
• 사후 분석 유연성 우수

라는 장점이 있다.

※ 접촉식과 비접촉식을 비교적 정확하게 비교할 수 있는 장비로는
Olympus OLS5100과 같이 접촉식과 유사한 조건으로 분석 가능한 비접촉식 장비가 있다.

4. 표면거칠기 측정에서 중요한 요소

표면 거칠기 측정 성능은 다음 요소로 요약된다.

• 측정 범위: 충분히 넓을 것
• 분해능: 가능한 작을 것
• 선형성: 측정 값이 왜곡되지 않을 것
• 측정 속도: 반복 측정에 적합할 것
• 진동·환경 잡음에 대한 둔감성: 산업 현장 적용성

5. 표면 프로파일의 종류 (가장 중요)

5.1 프로파일이란?

표면 프로파일이란 실제 표면을 수직 평면으로 잘랐을 때 얻어지는 윤곽선이다.

일반적으로

• 실제 표면에 수직한 평면의 절단면이 선택된다.

6. 프로파일의 단계별 분류

6.1 Traced / Total / Reference Profile

① Traced Profile

• 측정기로 직접 얻어진 원시 프로파일
• 모든 형상 정보가 섞여 있음

② Reference Profile

• 최소제곱맞춤법으로 traced profile에서 **사양서에 정의된 형상(Form)**을 추출한 결과

③ Total Profile

• Traced profile에서 Reference profile(형상 성분)을 제거한 잔여 형상

👉 Total profile은 이후 모든 필터링의 출발점이 된다.

6.2 Primary Profile (주형상)

정의
 Total profile을 **λs 필터(short wavelength filter)**에 통과시켜 얻은 프로파일

• 주 파라미터(P-parameters)가 계산됨
• 광학 장비에서는 Residual profile이 함께 존재할 수 있음

※ Residual profile

• 장비 특성 및 환경에 의해 발생
• 장비·설치·진동 조건에 따라 달라질 수 있음

6.3 Waviness Profile (파상도 형상)

정의
 Primary profile에 λf, λc 필터를 적용하여 생성된 프로파일

• 중간 파장 성분만 남긴 인위적 프로파일
• 파상도 파라미터(W-parameters) 계산에 사용

👉 공정 안정성, 기계 진동 상태 평가에 중요

6.4 Roughness Profile (거칠기 형상)

정의
Primary profile에서 λf와 λc 필터를 적용하여 얻어진 고주파 성분 프로파일

• 미세 요철 성분만 남김
• 거칠기 파라미터(R-parameters) 계산에 사용

👉 우리가 일반적으로 말하는 ‘표면 거칠기’는 바로 이 Roughness Profile에서 계산된 R-parameter를 의미한다.

• Traced profile ≠ 표면 거칠기
• 필터를 거쳐야 의미 있는 프로파일이 만들어진다
• 우리가 주로 사용하는 거칠기 값은 R-parameter
• P, W, R 파라미터를 복합적으로 활용해야 실제 품질 관리에 도움이 된다

Summary

표면 거칠기 측정에서 측정 순서와 프로파일 개념을 정확히 이해하는 것은  모든 후속 개념의 출발점이다.

이 개념이 명확해야

• 필터와 컷오프 길이
• 파라미터 선택
• 측정 환경 영향

을 올바르게 이해할 수 있다.