Roughness

Composantes d'un état de surface

L'analyse des états de surface consiste habituellement à étudier la texture (composée de la rugosité et de l'ondulation). Ceci implique que les autres composantes du relief (écarts de forme et micro-rugosité) soient éliminées.
Le relief d'un objet, tel que mesuré par un appareil d'état de surface, peut être séparé en différentes composantes dépendant de la longueur d'onde des motifs. Plus la longueur d'onde est petite, plus le nombre de variations d'altitude par unité de longueur horizontale est grande.

Les quatre composantes de l'état de surface

On distingue classiquement les quatre composantes suivantes :

La forme et les écarts de forme

La forme est donnée par la forme géométrique de la pièce (cylindre, sphère, plan). Elle est retirée par une suppression de forme basée sur l'association par les moindres carrés. Les écarts de forme sont les écarts entre la forme parfaite et la forme réelle de l'objet. Ces écarts de forme ont des longueurs d'onde de même ordre de grandeur que la longueur de la mesure.
Les écarts de forme peuvent être dus à de mauvaises tolérances de fabrication, à de mauvais réglages des outils ou simplement à la forme naturelle de certains objets complexes (tels que des répliques de peau). Ces écarts peuvent être approximés à l'aide de polynômes de degré plus ou moins élevé, selon leur complexité.
La forme et les écarts de forme ne peuvent être enregistrés qu'à l'aide d'instruments à plan de référence interne ; les appareils à patin les éliminent mécaniquement lors de la mesure.

L'ondulation

L'ondulation est constituée de motifs à grande longueur d'onde. En mécanique, on considère que l'ondulation est composées de longueurs d'onde de plusieurs millimètres.
L'ondulation peut être causée par le pas d'avance d'un outil, les marques d'un rouleau ou l'influence d'une vibration lors de l'usinage. L'ondulation joue un rôle important dans les phénomènes de contact et de lubrification.
L'ondulation peut être mesurée par des appareils à plan de référence ou dotés de patins spéciaux de grande taille.

La rugosité

La rugosité est composé de longueurs d'onde courtes, comprises en général entre 20 µm et 500 µm. La rugosité témoigne de la texture des matériaux, de la nature de l'usinage ou du traitement de surface (tournage, extrusion, sablage, etc.) La rugosité jour un rôle dans de nombreux phénomènes mécaniques, dont la friction, l'usure, etc. ainsi que dans l'aspect visuel des pièces.

La micro-rugosité

La micro-rugosité est constituée des plus petites longueurs d'onde que peut enregistrer l'appareil, en général inférieures à 25 µm. Elle est constituée principalement du bruit de mesure et du bruit instrumental, et parfois de la micro-texture des pièces (pour des matériaux mats). On préconise en général l'élimination de la micro-rugosité par un filtrage initial. En profilométrie, cela permet également de réduire les différences de mesure entre appareils différents grace à la limitation de la bande passante dans les hautes fréquences.

Filtrage de l'ondulation et de la rugosité

L'opération de filtrage permet d'éliminer certaines composantes d'une mesure afin de privilégier ceux qui ont une importance fonctionnelle.

Les filtres les plus courants séparent les fréquences (ou les longueurs d'onde) en deux parties, la première (l'ondulation) recevant les longueurs d'onde supérieures à un seuil appelé cut-off, l'autre (la rugosité) recevant les longueurs d'onde inférieures. La qualité de la séparation dépend de la nature du filtre. La quantité de motifs présents dans l'une ou l'autre des composantes dépend de la valeur du cut-off.        
Types de filtres

Filtre gaussien (ISO 11562)
Ce filtre, considéré comme filtre par défaut par les normes, atténue les composantes spectrales de 50% au cut-off et ne déphase pas.

Filtre RC2
Filtre, maintenant obsolète, dont le but était de répliquer les filtres analogiques des premiers profilomètres. Ce filtre déphase les longueurs d'onde de façon non proportionnelle. Il est proposé ici par compatibilité.

Filtre RC2 PC
Version du filtre précédent que l'on a corrigé pour qu'il ne déphase plus les longueurs d'onde. L'atténuation au cut-off n'est que de 25%.

Filtre par splines cubiques (ISO/TS 16610-22)
Ce filtre est une alternative sérieuse au filtre gaussien. Il a pour avantage de ne pas nécessiter de supprimer les bords.

Filtre double gaussien (ISO 13565-1)
Ce filtre est le résultat d'une tentative de rendre le filtre gaussien robuste afin que la ligne moyenne soit moins perturbée par les vallées. Il est utilisé en automobile pour l'analyse des matériaux stratifiés.

Sélection d'un cut-off (taille du filtre)

Le cut-off correspond à la longueur d'onde limite entre la rugosité et l'ondulation. Ces valeurs sont proposées dans une série géométrique : 0,08 mm; 0,25 mm; 0,8 mm; 2,5 mm; 8mm.
La pertinence du choix du cut-off est primordiale dans la production de résultats quantitatifs.

Choix du filtre (Cut-off) en fonction de la surface DIN EN ISO 4288, ASME B46.1


Profil périodique
Profil apériodique
Filtre (Cut-off)
Longueur de mesure
Rsm
(mm)
Rz
(µm)
Ra
(µm)
Λc
(mm)
Lm
(mm)
> 0.013
à 0.04
< 0.1
< 0.02
0.08
0.4
> 0.04
à 0.13
> 0.1
à 0.5
> 0.02
à 0.1
0.25
1.25
> 0.13
à 0.4
> 0.5
à 10.0
> 0.1
à 2.0
0.8
4.0
> 0.4
à 1.3
> 10.0
à 50.0
> 2.0
à 10.0
2.5
12.5