Οι κατακόρυφες αποκλίσεις-ανομοιομορφία της επιφάνειας από την ιδεατή ευθεία, περιγράφονται με τον όρο τραχύτητα. Όσο μεγαλύτερες είναι αυτές οι αποκλίσεις, τόσο πιο τραχιά θεωρείται μία επιφάνεια και όσο μικρότερες, τόσο πιο λεία.

Η τραχύτητα θεωρείται ως ο βασικότερος παράγοντας αξιολόγησης της ποιότητας της εκάστοτε επιφάνειας, δηλαδή την κατάσταση στην οποία βρίσκεται το επιφανειακό στρώμα του υλικού, σύμφωνα με τα αποδεκτά για την παραγωγή γεωμετρικά χαρακτηριστικά (γεωμετρικές αποκλίσεις) καθώς και τις φυσικοχημικές (κρυσταλλική δομή, χημική σύσταση) αλλά και τις μηχανικές του ιδιότητες (σκληρότητα, πλαστικότητα κ.ά).

Η ύπαρξη αυξημένης τραχύτητας σε μία επιφάνεια οφείλεται:

• Στις μηχανουργικές διεργασίες που πραγματοποιήθηκαν κατά την κατασκευή της επιφάνειας (είδος και κίνηση κοπτικού εργαλείου, τόρνευση, φρεζάρισμα κ.ά)
• Στις συνθήκες λειτουργίας που επικρατούν, οι οποίες αργά και σταδιακά αυξάνουν την τραχύτητα (κακή λειτουργία, απροσεξία, χημικοί παράγοντες κ.ά)

Η τραχύτητα είναι ένας ιδιαίτερος σημαντικός παράγοντας, ο οποίος προσδιορίζει την απόδοση και την συμπεριφορά ενός εξαρτήματος- μηχανής ή την αλληλεπίδραση της επιφάνειας με κάποιο άλλο κινητό μέρος (τριβοσύστημα).

Αυξημένη τραχύτητα σε μία επιφάνεια προκαλεί:

• Φθορά
• Κόπωση
• Ρωγμές
• Διάβρωση
• Κακή λειτουργία
• Αστοχία
• Μικρό χρόνο ζωής

Οι επιφάνειες που φέρουν αυξημένη τραχύτητα, φθείρονται γρήγορα και οι διαστάσεις τους μεταβάλλονται. Η αυξημένη τραχύτητα, επίσης, ελαττώνει την επιφάνεια τριβής και οδηγεί σε ταχύτερη κόπωση του υλικού. Ακόμα, η ύπαρξη της τραχύτητας μπορεί να οδηγήσει στην δημιουργία κρατήρων (βυθίσεων) στην επιφάνεια, οι οποίοι σε μεγάλο ποσοστό μετεξελίσσονται σε ρωγμές και τέλος σε αστοχία. Τέλος, το υλικό υφίσταται διάβρωση, αν η λειτουργία της επιφανείας του δημιουργείται σε περιβάλλον χημικά επιβαρυμένο.

Η μέτρηση της τραχύτητας θεωρείται σήμερα ως μια άκρως απαραίτητη διαδικασία στα διάφορα στάδια της παραγωγής, καθώς στα αρχικά στάδια γίνεται εφικτή η αναγνώριση σφαλμάτων, ενώ στα μετέπειτα στάδια λειτουργεί ως χρήσιμο εργαλείο ελέγχου για την βελτιστοποίηση των διαφόρων κατεργασιών.

Το όργανο μέτρησης που χρησιμοποιείται για την μέτρηση της τραχύτητας, ονομάζεται τραχύμετρο.

H μέτρηση της τραχύτητας με τραχύμετρο είναι μία μέθοδος:

• Γρήγορη
• Απλή
• Υψηλής ακρίβειας
• Υψηλής επαναληψιμότητας
• Μη καταστροφική

Αρχή Λειτουργίας Τραχυμέτρων

Μία ακίδα (συνήθως αδαμάντινη) είναι στερεωμένη σε έναν μετακινούμενο στέλεχος (βραχίονα). Το στέλεχος κατά την  τραχυμέτρηση κινείται, με αποτέλεσμα η ακίδα να ιχνηλατεί τις αποκλίσεις της επιφάνειας. Αυτές οι αλλαγές της κίνησης της ακίδας, μετατρέπονται εσωτερικά στο τραχύμετρο σε αλλαγές τάσης και έντασης και έτσι ο χειριστής είναι σε θέση να αναγνώσει την ψηφιακή ένδειξη. Το μόνο που πρέπει να προσέξει ο χειριστής είναι η ακίδα να εφάπτεται της επιφάνειας, καθ’ όλη την διάρκεια της τραχυμέτρησης.

Υπάρχουν ποικίλα μεγέθη μέτρησης της τραχύτητας, αλλά τα βασικότερα είναι:

• Ra

Το συγκεκριμένο μέγεθος είναι η μέση τραχύτητα.  Ουσιαστικά παριστάνει την μέση τιμή των μετρούμενων αποκλίσεων της επιφάνειας από μία ιδεατή ευθεία

• Rt (ή Rmax) 

Είναι η διαφορά του υψηλότερου με του χαμηλότερου σημείου της κυματομορφής τραχύτητας

• Rz

Είναι ο μέσος όρος υψομετρικής διαφοράς των πέντε υψηλότερων κορυφών και των πέντε χαμηλότερων κοιλάδων

• Rp

Είναι η μέγιστη υψομετρική διαφορά της υψηλότερης κορυφής από την ιδεατή ευθεία

• Rv

Είναι η μέγιστη υψομετρική διαφορά της χαμηλότερης κοιλάδας από την ιδεατή ευθεία

Υπάρχουν πολλά μοντέλα τραχυμέτρων, οπότε για την επιλογή του κατάλληλου μοντέλου πρέπει να απαντηθούν οι παρακάτω ερωτήσεις:

1. Ποιο είναι το εύρος Ra και Rz που θέλω να μετράω;
2. Χρειάζομαι αποσπώμενη ακίδα μέτρησης;
3. Θέλω τα δεδομένα των μετρήσεων να τα επεξεργάζομαι;
4. Θέλω να πραγματοποιώ τραχυμετρήσεις σε αμμοβολημένες επιφάνειες;
5. Θέλω να πραγματοποιώ απεικόνιση προφίλ;
6. Τι προϋπολογισμό έχω;

1. Ποιο είναι το εύρος Ra και Rz που θέλω να μετράω;

Τα μεγέθη Ra και Rz αποτελούν τους κύριους προς αξιολόγηση παράγοντες της εκάστοτε τραχυμέτρησης. Σε τραχιές επιφάνειες, το εύρος που δίνουν ορισμένα μοντέλα, ίσως, να μην είναι αρκετό για την επίτευξη της μέτρησης.

O οίκος TESA Ελβετίας ανήκει στον μεγαλύτερο όμιλο κατασκευής μετρολογικού εξοπλισμού παγκοσμίως, την HEXAGON MI. Η TESA Ελβετίας είναι ευρέως γνωστή για την εγγυημένη ποιότητα κατασκευής και την αξιοπιστία των οργάνων μέτρησης.

Το τραχύμετρο Rugosurf 20 που προσφέρει, θεωρείται ένα από τα πιο ευρέως κινούμενα τραχύμετρα παγκοσμίως, αφού διαθέτει υψηλή ακρίβεια και αντοχή.

Tο τραχύμετρο Rugosurf 20 της TESA Ελβετίας, μεταξύ άλλων, διαθέτει:

• Δυνατότητα μέτρησης 15 παραμέτρων-μεγεθών τραχυμέτρησης
• Απεικόνιση γραφήματος τραχυμέτρησης
• Αναγνωσιμότητα: 0,001 μm
• Αποθήκευση μετρήσεων
• Μεγάλη ευανάγνωστη οθόνη LCD 2’’, υψηλής αντίθεσης (contrast)
• Προστασία IP67 έναντι σε υγρά και σκόνες (απόλυτη αδιαβροχοποίηση)
• Προαιρετική δυνατότητα προσθήκης μεγαλύτερου βραχίονα-στελέχους, για την επίτευξη τραχυμετρήσεων ακόμα και στα πιο δυσπρόσιτα σημεία

Το συγκεκριμένο φορητό σκληρόμετρο μπορεί να εγγυηθεί την μέτρηση και των πιο τραχιών επιφανειών (πλην επιφανειών με αμμοβολή), καθώς το εύρος μέτρησης Ra και Rz είναι αρκετά μεγάλα.

Συγκεκριμένα τα εύρη μέτρησης που μπορεί να καλύψει είναι:

• Ra: 0-100 μm
• Rz: 0-400 μm

2. Χρειάζομαι αποσπώμενη ακίδα μέτρησης;

Στα περισσότερα τραχύμετρα ,η κίνηση που πραγματοποιεί η ακίδα, κατά την μέτρηση, είναι οριζόντια με τον άξονα κίνησης. Αυτό αποτελεί πρόβλημα για τραχυμετρήσεις σε δυσπρόσιτα σημεία, όπου ο χειριστής δεν μπορεί να γυρίσει το τραχύμετρο (π.χ εντός σωληνώσεων).

Για την επίλυση τέτοιων ειδών προβλημάτων, συνίσταται η ακίδα να είναι αποσπώμενη ώστε να προσφέρει την μέγιστη δυνατή ευελιξία στον χειριστή και την δυνατότητα τραχυμετρήσεων 360⁰.

Ο οίκος DIAVITE Ελβετίας είναι ένας οίκος που αποκλειστικά και μόνο κατασκευάζει τραχύμετρα εδώ και 65 χρόνια. Η εμπειρία, η εξειδίκευση και η τεχνογνωσία της DIAVITE αντικατοπτρίζεται στα εξαιρετικής ποιότητας τραχύμετρα που κατασκευάζει.

Ένα από τα πιο “best sellers” τραχύμετρα που διαθέτει είναι το τραχύμετρο Compact II, το οποίο φέρει αποσπώμενη ακίδα μέτρησης. Επίσης, διαθέτει μία δεύτερη ακίδα μέτρησης στην κυρίως συσκευή (σε περίπτωση που ο χειριστής δεν θέλει να χρησιμοποιήσει την αποσπώμενη).

Το εν λόγω τραχύμετρο συνοδεύεται και από το λογισμικό DIAVITE Basic Software για την μεταφορά των δεδομένων και των γραφημάτων τραχύτητας στον Η/Υ.

3. Θέλω τα δεδομένα των μετρήσεων να τα επεξεργάζομαι;

Σε αρκετές εφαρμογές κρίνεται πολύ σημαντική η μεταφορά των δεδομένων σε H/Y και η περαιτέρω επεξεργασία τους.

Το λογισμικό  τραχύτητας Rugosoft του οίκου TESA Ελβετίας είναι ένα “friendly user” λογισμικό ικανό να πραγματοποιεί:

• Συλλογή και επεξεργασία των δεδομένων της εκάστοτε τρχυμέτρησης
• Αποθήκευση των μετρήσεων τραχύτητας
• Απεικόνιση των διαγραμμάτων τραχύτητας
• Δυνατότητα στατιστικής ανάλυσης
• Διαχείριση των ρυθμίσεων του τραχυμέτρου από τον H/Y
• Έναρξη και έλεγχος του τραχυμέτρου από τον H/Y
• Δημιουργία αναφοράς μετρήσεων και αποθήκευσής τους σε μορφές xls, pdf, oc, rpt και rtf

Το λογισμικό τραχύτητας Rugosoft είναι συμβατό με τα μοντέλα Rugosurf 20 και Rugosurf 10G.

4. Θέλω να πραγματοποιώ τραχυμετρήσεις σε αμμοβολημένες επιφάνειες;

Η αμμοβολή είναι μία διαδικασία προώθησης μικρών κόκκων άμμου με υψηλή ταχύτητα σε μία μεταλλική επιφάνεια. Χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό της επιφάνειας από οτιδήποτε είναι προσκολλημένο σε αυτή (αφαίρεση οξειδίων σκουριάς).

Αποτέλεσμα της αμμοβολής, είναι η κατακόρυφη αύξηση της τραχύτητας στην εκάστοτε επιφάνεια.

Τα συμβατικά τραχύμετρα αδυνατούν να μετρήσουν την τραχύτητα σε αμμοβολημένες επιφάνεις, καθώς τα εύρη μέτρησης του Ra και του Rz είναι πολύ μεγάλα.

Ως εκ τούτου, για την μέτρηση της τραχύτητας σε αμμοβολημένες επιφάνειες χρησιμοποιούνται ειδικά τραχύμετρα, που ονομάζονται τραχύμετρα αμμοβολής.

Ο οίκος DEFELSKO Η.Π.Α είναι γνωστός παγκοσμίως για τα άρτια ποιοτικά όργανα μέτρησης που προσφέρει για τον έλεγχο επικαλύψεων και τραχύτητας από το 1965. Από τότε μέχρι σήμερα, έχει αναπτύξει ποικίλες καινοτόμες-πρωτοπόρες τεχνολογίες, όπως επί παραδείγματι ότι τα παχύμετρα επικάλυψής της μπορούν να αναγνωρίζουν αν το υπόστρωμα, κάτω από την βαφή, είναι μαγνητιζόμενο ή μη.

Για την τραχύτητα αμμοβολής προσφέρει το τραχύμετρο Positector SPG για εύρη μέτρηση τραχύτητας έως και 1.500 μm.

Παράλληλα, το τραχύμετρο Positector SPG προσφέρει:

• Αναγνωσιμότητα 1 μm
• Δυνατότητα λήψης 50 μετρήσεων το λεπτό
• Αποθήκευση μετρήσεων
• Αισθητήριο με προστασία από αλουμίνιο για μέγιστη αντοχή και ακρίβεια
• Ανθεκτικότητα σε «σκληρή» χρήση και προστασία από διαλύματα, οξέα, λάδια, νερό, σκόνη και κραδασμούς
• Ορισμό ορίων μέτρησης και ηχητική προειδοποίηση κατά την υπέρβασή τους
• Έγχρωμη οθόνη LCD
• Λογισμικό “friendly user” για την μεταφορά και επεξεργασία των δεδομένων σε Η/Υ, το οποίο αναβαθμίζεται μέσω internet

Επίσης με την προμήθεια του κατάλληλου αισθητηρίου το συγκεκριμένο τραχύμετρο αμμοβολής μπορεί να μετατραπεί σε:

• Παχύμετρο υπερήχων
• Παχύμετρο επικάλυψης
• Μετρητή σημείου δρόσου

5. Θέλω να πραγματοποιώ απεικόνιση προφίλ;

Ορισμένα τραχύμετρα έχουν την δυνατότητα να προσφέρουν απεικόνιση προφίλ σε 2D και 3D.

H TESA Ελβετίας προσφέρει το Rugosurf 90G που χρησιμοποιεί την ακίδα που φέρει για τραχυμέτρηση και μέσω ειδικού λογισμικού μπορεί και απεικονίζει 2D προφίλ.

Πλην της απεικόνισης 2D που προσφέρει, το συγκεκριμένο τραχύμετρο προσφέρει και πολύ μεγάλο εύρος σε Ra και Rz (0-400 μm και 0-1000 μm αντίστοιχα).

Επίσης, και αυτό όπως και το Rugosurf 10G, μπορεί να τραχυμετρήσει στις θέσεις της ακίδας -90⁰,0⁰, +90⁰.

Η DEFELSKO Η.Π.Α μέσω του μοντέλου Positector RTR (Replica Tape Reader) προσφέρει απεικόνιση προφίλ σε 2D (ασπρόμαυρο) και 3D (έγχρωμο).

Η συσκευή έχει την δυνατότητα να «διαβάζει» μεμβράνες αποτύπωσης για τη πραγματοποίηση των μετρήσεων και των απεικονίσεων και εν συνεχεία μέσω του λογισμικού να δημιουργεί αναλυτικές αναφορές.

Παράλληλα, όπως και το Positector SPG, με την προσθήκη του κατάλληλου αισθητηρίου μπορεί να μετατραπεί σε:

• Παχύμετρο επικάλυψης
• Παχύμετρο υπερήχων
• Θερμόμετρο υπερήχων
• Θερμόμετρο επιφανείας
• Σκληρόμετρο πλαστικών

6. Τι προϋπολογισμό έχω;

Υπάρχουν τραχύμετρα που θεωρούνται αρκετά οικονομικά και καλής  ποιότητας, ωστόσο υστερούν σε τεχνικά χαρακτηριστικά και λειτουργίες από π.χ. το Rugosurf 20 της TESA ή το Compact II της DIAVITE.

Το μοντέλο RT-10 της PCE Γερμανίας είναι ένα τέτοιο οικονομικό τραχύμετρο, εύχρηστο με υψηλή επαναληψιμότητα.

Σύγκριση Τραχυμέτρου Rugosurf 20 TESA με RT-10 PCE

Η  σταθερότητα του τραχυμέτρου κατά την τραχυμέτρηση είναι πολύ σημαντική. Κατά την διαδρομή που πραγματοποιεί η ακίδα, το τραχύμετρο πρέπει να είναι 100% σταθερό για την εξασφάλιση της ακρίβειας της μέτρησης.

Για την εξασφάλιση της μέγιστης σταθερότητας συνίσταται το τραχύμετρο να στερεωθεί σε βάση στήριξης. Ιδανικά η βάση στήριξης πρέπει να είναι κατασκευασμένη από στιβαρό υλικό π.χ.  γρανίτη ή χυτοσίδηρο  και όχι να είναι μία απλή μαγνητική βάση.

Η εύρεση της τραχύτητας μίας επιφάνειας μπορεί να πραγματοποιηθεί και προσεγγιστικά οπτικά ή μέσω αφής, με την χρήση πρότυπων πλακιδίων τραχύτητας.

Η SCHUT Ολλανδίας προσφέρει πρότυπα πλακίδια τραχύτητας:

1. Για επιφάνειες που έχουν υποστεί μηχανουργική κατεργασία (flat lapping, milling κ.ά)
2. Για επιφάνειες που έχουν υποστεί αμμοβολή

1) Πρότυπα πλακίδια τραχύτητας για επιφάνειες που έχουν υποστεί μηχανουργική κατεργασία (flat lapping, milling κ.ά)

Η SCHUT Ολλανδίας διαθέτει σε κασετίνα σετ πρότυπων πλακιδίων τραχύτητας για μηχανουργικές κατεργασίες.

Το σετ αποτελείται από 30 πρότυπα πλακίδια τραχύτητας.

Πιο αναλυτικά το σετ περιλαμβάνει:

2) Πρότυπα πλακίδια τραχύτητας για επιφάνειες που έχουν υποστεί αμμοβολή

Κάθε   πρότυπο πλακίδιο αμμοβολημένων επιφανειών  είναι χωρισμένο σε τεταρτημόρια, το καθένα εκ των οποίων φέρει διαφορετική κατηγοριοποίηση τραχύτητας Ra.

Παράλληλα, διατίθενται δύο ξεχωριστά πρότυπα πλακίδια, αναλόγως του τύπου αμμοβολής που έχει εφαρμοστεί στην επιφάνεια:

• Grit Blasting ή Sand Blasting (Μέθοδος με πεπιεσμένο αέρα)
• Shot Blasting (Μέθοδος που χρησιμοποιεί φυγοκεντρική δύναμη υψηλής ταχύτητας)