표면조도를 측정하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 가장 일반적인 방법은 다음과 같습니다.
기계적 방법: 기계적 방법은 표면을 따라 탐침을 이동시키고, 탐침이 표면에 부딪히는 거리를 측정하는 방법입니다.
광학적 방법: 광학적 방법은 표면을 비추고, 표면에서 반사되는 빛을 측정하는 방법입니다.
음파적 방법: 음파적 방법은 표면에 음파를 전달하고, 음파가 반사되는 시간을 측정하는 방법입니다.
표면조도를 측정하는 방법은 측정하는 표면의 종류와 측정하고자 하는 파라미터에 따라 선택됩니다. 예를 들어, 기계적 방법은 거친 표면을 측정하는 데 적합하며, 광학적 방법은 미세한 표면을 측정하는 데 적합합니다.
1. 기계적인 방법
기계적인 표면조도 측정은 다양한 기기와 방법을 사용하여 수행됩니다. 가장 일반적인 기계적인 측정 방법은 프로파일로미터(Profilmeter) 또는 프로파일 계측기(Profiler)를 사용하는 것입니다. 이 방법은 표면의 프로파일을 기계적으로 측정하여 표면의 거칠기와 형태를 분석하는 데에 활용됩니다.
1) 기계적인 표면조도 측정 방법의 원리
- 프로브 혹은 스타일러 사용: 프로파일로미터는 프로브 또는 스타일러라고 불리는 센서를 사용하여 표면의 높이를 측정합니다. 이 센서는 표면을 따라 움직이면서 상대적인 높이 변화를 감지합니다.
- 수직 이동 및 추적: 프로브는 수직 방향으로 움직이며 표면의 윤곽을 따라 이동합니다. 프로브는 표면의 높이 차이를 측정하고, 측정 데이터를 수집하여 프로파일을 형성합니다.
- 표면 거칠기 파라미터 계산: 측정된 프로파일 데이터를 분석하여 다양한 표면 거칠기 파라미터를 계산합니다. 이러한 파라미터는 표면의 거칠기, 평탄도, 곡률 등의 특성을 나타내는데 사용됩니다.
2) 기계적인 표면조도 측정 방법의 특징과 장점
- 비파괴적인 측정: 기계적인 측정 방법은 표면에 물리적인 접촉을 필요로 하지 않으므로 표면을 손상시키지 않고 비파괴적으로 측정할 수 있습니다.
- 높은 정밀도: 프로파일로미터는 매우 작은 높이 차이도 감지할 수 있는 높은 정밀도를 가지고 있습니다. 따라서 매우 정확한 표면 거칠기 측정이 가능합니다.
- 다양한 파라미터 제공: 기계적인 측정 방법은 다양한 표면 거칠기 파라미터를 제공하여 표면의 다양한 특성을 분석할 수 있습니다.
3) 기계적인 표면조도 측정의 활용 분야
- 제조 산업: 기계적인 표면조도 측정은 제조 공정에서 제품의 품질 관리 및 표면 처리의 효과를 평가하는 데에 사용됩니다. 예를 들어, 자동차 부품 제조에서 엔진 실린더 헤드의 표면 거칠기를 측정하여 밀폐성 및 성능을 확인할 수 있습니다.
- 반도체 산업: 반도체 제조에서는 표면의 균일성과 매끄러움이 중요합니다. 기계적인 표면조도 측정은 반도체 웨이퍼의 표면 품질을 평가하고, 제조 공정의 최적화를 도와줍니다.
의 - 료 분야: 의료 장비의 표면 조도는 생체 재료의 호환성과 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 기계적인 표면조도 측정은 인공 관절, 치과 재료, 의료 기기 등의 표면 품질 평가에 사용됩니다.
이러한 방법을 통해 기계적인 표면조도 측정은 다양한 산업 분야에서 표면의 거칠기와 형태를 정량화하고 품질 향상 및 제조 공정 개선에 활용됩니다.
2. 광학적인 방법
광학적인 표면조도 측정 방법은 광원과 광센서를 사용하여 표면의 굴곡과 거칠기를 측정하는 방법입니다. 다양한 광학적인 측정 기술이 개발되었으며, 그 중에서 가장 널리 사용되는 방법은 화이트라이트 인터페로미터(White Light Interferometer) 및 포커스 변위계(Focus Variation)입니다.
1) 광학적인 표면조도 측정 방법의 원리
- 화이트라이트 인터페로미터: 이 방법은 빛의 간섭 원리를 기반으로 합니다. 광원에서 나온 빛은 표면에 반사되고 다시 광센서로 돌아와서 간섭패턴을 생성합니다. 이 간섭패턴을 분석하여 표면의 거칠기와 높이를 계산합니다.
- 포커스 변위계: 이 방법은 표면에 비추는 광선을 다양한 각도로 조사하여 초점 변화를 측정합니다. 초점 변화는 표면의 높이 변화와 관련되어 있으며, 이를 통해 표면의 거칠기를 추정할 수 있습니다.
2) 광학적인 표면조도 측정 방법의 특징과 장점
- 고해상도 측정: 광학적인 측정 방법은 높은 해상도로 표면의 거칠기를 측정할 수 있습니다. 이는 매우 작은 규모의 표면 특성도 정밀하게 측정할 수 있다는 것을 의미합니다.
- 비파괴적인 측정: 광학적인 측정 방법은 표면에 물리적인 접촉을 필요로 하지 않으므로 표면을 손상시키지 않고 비파괴적으로 측정할 수 있습니다.
- 빠른 속도: 광학적인 측정 방법은 상대적으로 빠른 속도로 측정이 가능합니다. 이는 대량 생산 환경에서 효율적인 표면 품질 검사를 지원할 수 있다는 장점을 가지고 있습니다.
3) 광학적인 표면조도 측정의 활용 분야
- 반도체 제조: 반도체의 미세 패턴 및 칩 표면의 거칠기를 평가하여 제조 공정의 품질을 향상시키고 제품의 성능을 평가합니다.
- 광학 및 렌즈 제조: 광학 장비와 렌즈의 표면 품질을 평가하여 광학적 성능을 최적화하고 렌즈의 광학적 특성을 확보합니다.
- 장치 제조: 마이크로 및 나노장치의 표면 특성을 평가하여 기계적, 전기적, 광학적 성능을 분석하고 개선합니다.
이러한 방법을 통해 광학적인 표면조도 측정은 다양한 산업 분야에서 표면의 거칠기와 형태를 정량화하고 품질 향상 및 제조 공정 개선에 활용됩니다.
3. 주요 판매사와 추천 모델
1) 키엔스: SURFCOM 3D-X, SURFCOM 800, SURFCOM 1500
2) Taylor Hobson: Taylor Hobson은 정밀 측정 장비를 제조하는 제조사입니다. 표면 거칠기 측정기로는 다음과 같은 제품들이 있습니다.
- Form Talysurf PGI Dimension: https://www.taylor-hobson.com/en/products/surface-measurement/form-talysurf-pgi-dimension
2) Bruker: Bruker는 과학 및 측정 분야에서 다양한 장비를 제공하는 제조사입니다. 표면 거칠기 측정기로는 다음과 같은 제품들이 있습니다.
- ContourGT-X8: https://www.bruker.com/products/surface-and-dimensional-analysis/surface-roughness-gage-and-stylus-profilometers/contourgt-x-3d-optical-microscope.html
3) Mitutoyo: Mitutoyo는 측정 기기 및 장비를 전문으로 하는 제조사입니다. 표면 거칠기 측정기로는 다음과 같은 제품들이 있습니다.
- Surftest SJ-210: https://www.mitutoyo.co.jp/eng/products/contracer/sj-210/index.html
3) Mahr: Mahr는 정밀 계측 분야에서 광범위한 제품을 제공하는 제조사입니다. 표면 거칠기 측정기로는 다음과 같은 제품들이 있습니다.
- MarSurf XR 1: https://www.mahr.com/en/Products/Surface-Metrology/Surface-Profile/3D/Surface-Roughness/1145797/
5) 오토파크: Alpha-Step IQ
6) 옵토코트: ContourGT-X, ContourGT-S
7) 테크놀로지: 3D Contour
8) 로드: Talysurf P10, Talysurf P20
- 제오미터: Surtronic 150, Surtronic 250