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표면거칠기 필터링 예제_2

예제 5) 같은 Ra인데 표면이 전혀 다른 경우

 Ra는 ‘높이(진폭)’의 평균값일 뿐, “모양(형상, 간격, 뾰족함, 방향성)”을 알지 못함.

 그래서 Ra가 같아도 표면 성능(마찰/마모/밀봉/코팅/광학)이 완전히 달라질 수 있음.

 예제 5-1) A vs B: Ra = 1.0 µm (같음)인데 표면이 다름

A) “촘촘하고 부드러운” 표면 (fine texture)

• 미세한 요철이 자주 반복
• 피크/밸리가 완만
• 느낌: 사포 2000번 느낌, 광학 산란은 많을 수 있으나 접촉은 비교적 안정

B) “드물지만 깊은” 표면 (deep valleys)

• 요철 반복이 드물고
• 깊은 골이 가끔 존재
• 느낌: 밀봉/코팅에서 문제가 생기거나, 마모/파손 트리거가 될 수 있음

 “Ra 말고 무엇을 같이 봐야 하나?” 

  ① Rz / Rt : “최대 높이 차” (극단값)

• Rz(10-point height 계열): 큰 피크/밸리 존재 여부를 반영
• Rt(total height): 가장 극단적인 peak-to-valley

        ✅ 같은 Ra라도 B처럼 “한 번 큰 골”이 있으면 Rz/Rt가 확 커집니다.

  ② Rq : “큰 요철에 더 민감” (RMS)

• Rq는 제곱 평균이라 큰 요철이 섞이면 Ra보다 더 민감하게 반응합니다.
• A, B의 Ra가 같아도 B는 Rq가 더 커지는 경향이 많아요.

  ③ Rsk, Rku: “표면 모양(피크/밸리 성향)”

- Rsk (Skewness)

- 음수(–): 골(밸리)이 우세 → 윤활 저장엔 유리할 때도, 밀봉/코팅엔 불리할 때도

- 양수(+): 봉우리(피크)가 우세 → 초기 마모/스크래치 위험 증가 가능

 - Rku (Kurtosis)

- 3보다 크면: “뾰족한 피크/밸리(스파이크)”가 많다

→ 결함/스크래치/파손 트리거 가능성

          ✅ 같은 Ra인데 “표면이 다르다”를 가장 직관적으로 보여주는 조합이 Rsk/Rku입니다.

    ④ RSm / RPc : “간격(피치), 개수”

• RSm: 평균 요철 간격(피치)
• RPc: 단위 길이당 피크 개수

        ✅ A는 보통 RSm 작고, RPc 큼 (촘촘)
      ✅ B는 보통 RSm 크고, RPc 작음 (드문 큰 요철)

“Ra가 같아도 다르다”를 숫자로 확 보여주면 아래 같은 그림이 됩니다.

포인트: Ra는 같지만 B는 Rz↑, Rku↑, Rsk(음수)↑, RSm↑로 “완전히 다른 표면”임이 드러납니다.

예제 6) 접촉식 vs 비접촉식에서 λs의 영향 (깊게)

λs는 “너무 짧은 파장(초단파)”을 잘라서, ‘진짜 표면’ 대신 ‘노이즈/초미세 성분’이 거칠기 값에 섞이는 것을 막는 필터입니다.

그런데 접촉식과 비접촉식은 “초단파가 생기는 이유”가 달라서 λs의 의미도 다르게 체감됩니다.

A) 접촉식(스타일러스)에서 λs가 덜 민감한 이유

접촉식은 이미 기계적으로 초단파가 한 번 걸러집니다.

1) 팁 반경이 “물리적 저역통과 필터”

팁이 뾰족하지 않으면(반경이 크면), 아주 미세한 골은 들어가지 못합니다.
즉, 초단파(아주 촘촘한 요철)가 애초에 덜 측정됩니다.

• 팁 반경 ↑ → 초단파 성분 ↓ → Ra가 “부드럽게” 나오는 경향
• 그래서 접촉식은 λs를 바꿔도 변화가 상대적으로 작게 느껴질 수 있습니다.

2) 다만 “진동/스틱-슬립/오염”이 초단파처럼 보일 수 있음

접촉식에서도 다음이 있으면 초단파 잡음이 생겨 Ra가 흔들립니다.

• 미세 진동
• 오염/이물질
• 스타일러스 마모
• 스틱-슬립(미끄러짐)

이 때는 λs가 도움이 되지만, 근본 해결은 환경/팁/속도/세팅인 경우가 많습니다.

B) 비접촉식(광학)에서 λs가 매우 민감한 이유

광학은 초단파 노이즈가 ‘데이터’로 그대로 들어오기 쉽습니다.

1) 센서 노이즈/스펙클/반사율 변화가 “미세 높이 변화”로 변환됨

 특히 반도체/금속/코팅면에서

• 반사율 변화
• 스펙클(레이저)
• 간섭 위상 언랩/알고리즘 흔들림
   이게 높이값의 미세 요동으로 나타날 수 있어요.

이 성분이 λs로 정리되지 않으면:

• Ra, Rq가 실제보다 크게
• Rku가 갑자기 커지며
• 표면이 “거칠다”로 오판될 수 있습니다.

2) 샘플링이 촘촘할수록(고해상도) 초단파가 더 잘 보임

광학은 데이터 점이 많아질수록 “초단파”를 더 많이 포함합니다.
 그래서 같은 표면이라도:

• 해상도/픽셀 크기/스캔 조건이 다르면
• λs 적용 여부에 따라 결과가 크게 달라질 수 있어요.

λs 영향 비교 예제)

동일 표면, 동일 λc = 2.5 mm일 때

접촉식

• λs 미적용: Ra 0.80 µm
• λs 적용: Ra 0.76 µm (변화 작음)

비접촉식(광학)

• λs 미적용: Ra 1.10 µm
• λs 적용: Ra 0.78 µm (변화 큼: 노이즈가 제거됨)

결론: 광학에서 λs는 “옵션”이 아니라 사실상 신뢰성 필수 조건인 경우가 많습니다.

λs를 잘못 쓰면 생기는 함정 2가지

함정 1) λs를 너무 강하게(너무 큰 효과로) 걸면

함정 2) λs를 안 걸거나 너무 약하게 걸면

Summary

같은 시편을 접촉식/비접촉식 비교할 때는 체크 할 사항

1. λs/λc/λf 값
2. 필터 타입(위상보정/2RC 등)
3. 평가길이/기준길이
4. 접촉식: 팁 반경/각도/가압/속도
5. 비접촉식: 해상도(픽셀)/스캔 조건/반사 조건

그리고 결과가 다르면 아래와 같은 항목을 체크 

• 광학 Ra가 유독 크다 → λs/노이즈 의심 1순위
• 접촉식 Ra가 유독 작다 → 팁 반경/계곡 추종 한계 의심 1순위
• Rku가 튄다 → 스파이크(노이즈/결함) 또는 필터/해상도 문제 가능성 큼