Máy đo nhám tiếp xúc kéo một mũi dò có bán kính qua bề mặt, nên đáy rãnh hẹp bị ghi nông và hẹp đi. Máy quang học không chạm nhưng hụt điểm ở sườn quá dốc, mặt như gương và vật trong suốt. Hai cách sai ở hai chỗ khác nhau, nên số đo không thay thế cho nhau.
Kết luận trên đúng khi đem số của máy này nghiệm thu thay cho máy kia mà chưa đối chiếu trên cùng mẫu, cùng thông số, cùng bộ lọc và chiều dài đánh giá. Taylor Hobson ghi hai cách đo có tương quan mạnh và máy quang học rất có ích để theo dõi quá trình; nhưng báo cáo NPL năm 2002 cũng ghi ngay các máy cùng một nguyên lý vẫn cho kết quả lệch nhau vượt độ không đảm bảo mà máy công bố.
Bảng đối chiếu đo nhám mũi dò và đo nhám quang học
| Tiêu chí | Mũi dò tiếp xúc | Quang học không tiếp xúc |
|---|---|---|
| Nguyên lý | Mũi dò đầu kim cương kéo qua bề mặt [4] | Giao thoa ánh sáng trắng, hiển vi đồng tiêu laser, biến thiên tiêu điểm, ánh sáng cấu trúc [4] |
| Dữ liệu điển hình | Biên dạng 2D theo một đường quét [4] | Dữ liệu vùng 3D [4] |
| Tiêu chuẩn thông số liên quan | ISO 21920-2:2021 (thông số biên dạng) | ISO 25178-2:2021 (thông số vùng) |
| Giới hạn do nguyên lý | Mũi dò là một bộ lọc cơ học: rãnh bị thu hẹp cả bề rộng lẫn chiều sâu, đỉnh bị làm rộng và bẹt nhưng chiều cao đỉnh vẫn ghi đúng [2] | Mặt phản xạ mạnh như gương, vật trong suốt, sườn dốc vượt khẩu độ số của vật kính và mặt hấp thụ mạnh làm giảm độ tin cậy [4] |
| Sườn rất dốc | Dốc vượt góc côn của mũi thì mũi chạm bằng cạnh côn chứ không bằng đầu cầu [2] | Dốc vượt khẩu độ số thì thiếu điểm đo [4] |
| Mặt mềm, lớp phủ mỏng | Tiếp xúc có thể làm biến dạng hoặc hỏng chính chi tiết đang đo [4] | Thường được ưu tiên cho vật liệu mềm, lớp phủ mỏng [4] |
| Mặt đen tuyền hoặc trong suốt hoàn toàn | Đo được | Không hệ quang học nào đo được [2] |
| Chính xác hơn bên kia? | Taylor Hobson: hệ không tiếp xúc hiếm khi chính xác hơn một máy mũi dò tốt [2] | (cùng nhận định) |
Nguồn [1]–[4] ghi ở khối "Nguồn và giới hạn", tra ngày 10/09/2026. Keyence [4] là hãng bán máy quang học — mọi ý dùng làm nền so sánh đều đi kèm ít nhất một nguồn độc lập khi có.
Vì sao mũi dò làm rãnh nông đi mà đỉnh vẫn đúng chiều cao?
Mũi dò không phải một điểm mà là một đầu cầu gắn trên thân côn. Khi quét qua đỉnh, đầu cầu nằm trên đỉnh nên chiều cao ghi đúng, chỉ có hình đỉnh bị vẽ rộng và bẹt ra. Khi gặp rãnh hẹp hơn đầu cầu, mũi dò bị hai thành rãnh chặn lại trước khi chạm đáy — rãnh hiện lên trong dữ liệu vừa hẹp hơn vừa nông hơn thật. Taylor Hobson gọi đúng hiện tượng này là "mũi dò hoạt động như một bộ lọc cơ học" và ghi chi tiết càng lớn so với mũi dò thì ảnh hưởng càng nhỏ [2].
Ảnh hưởng lên từng thông số không giống nhau. Với Ra — thông số lấy trung bình — việc bỏ sót phần vi nhám mịn nhất không làm giá trị đổi nhiều; thông số phụ thuộc vào việc tính đúng các đáy rãnh, như Rv, mới chịu ảnh hưởng lớn hơn [2]. Nghiên cứu của NIST ghi trong phần lớn trường hợp mũi dò to hơn làm Ra đo được nhỏ đi vì không chạm đáy rãnh sắc; nhưng ngay cả khi mũi chạm được đáy, cỡ mũi vẫn có thể ảnh hưởng đáng kể và có lúc ngược với trực giác [3]. Nghĩa là mẹo "mũi to thì Ra luôn nhỏ đi" đúng ở phần lớn trường hợp, không đúng ở mọi trường hợp.
Vì sao máy quang học hụt điểm ở sườn dốc và mặt bóng?
Máy quang học chỉ có điểm đo khi ánh sáng từ bề mặt quay ngược lại được vào vật kính. Sườn dốc quá khẩu độ số của vật kính thì ánh sáng phản xạ đi lệch ra ngoài; mặt như gương, vật trong suốt, mặt hấp thụ mạnh cũng làm giảm độ tin cậy của phép đo [4]. Báo cáo NPL nêu một ví dụ cụ thể: niken là vật liệu phản xạ mạnh (r = 0,54) và điều này dường như làm rối hệ quang dò tiêu điểm [1]. Taylor Hobson ghi thẳng rằng không hệ dùng ánh sáng nào đo được mặt đen tuyền hoặc trong suốt hoàn toàn — dù đổi lại chúng đo xuyên được qua lớp trung gian trong suốt để đánh giá mặt đáy [2].
Mẹo sai: "Không chạm thì luôn chính xác hơn." Taylor Hobson ghi hệ không tiếp xúc hiếm khi chính xác hơn một máy mũi dò tốt [2]. Lợi thế thật của quang học nằm ở chỗ khác — không chạm vào mặt mềm và cho dữ liệu vùng 3D, thấy được khuyết tật cục bộ nằm ngoài một đường quét [4].
Hai máy lệch số thì máy nào sai?
Không có câu trả lời chung. Báo cáo NPL so nhiều máy trên cùng mẫu và ghi kết quả cho thấy khác biệt đáng báo động giữa các máy khác nguyên lý và cả giữa các máy cùng nguyên lý; phần lớn trường hợp số của máy mũi dò và máy quang học không khớp, và ngay máy cùng nguyên lý cũng có thể lệch nhau vượt độ không đảm bảo công bố [1]. Taylor Hobson kết luận gần như không thể có số đo nhám nhất quán tuyệt đối giữa hai phương pháp, nhưng hai bên có tương quan mạnh [2].
Hệ quả thực hành: phương pháp đo phải được chốt cùng với con số. Bản vẽ, hợp đồng hoặc quy trình nghiệm thu ghi Ra mà không ghi đo bằng gì thì hai bên có thể cùng đúng với máy của mình và vẫn tranh chấp. Mẹo sai "Ra máy nào đo cũng là Ra, đổi máy không cần đối chiếu" sai ở đúng chỗ đó.
Một ghi chú để khỏi hiểu nhầm: máy quang học vẫn tính được Ra và Rz, nhưng vì sinh dữ liệu vùng 3D, nó còn có bộ thông số vùng theo ISO 25178 như Sa, Sz [4] — Sa không phải "Ra đo bằng máy quang".
Bảng quyết định tại xưởng
| Nhìn thấy tại chỗ | Chọn | Vì sao |
|---|---|---|
| Bản vẽ ghi Ra, bên mua đang nghiệm thu bằng máy mũi dò | Máy mũi dò, cùng loại mũi và cùng bộ lọc với bên mua | Số của hai nguyên lý không thay thế nhau khi chưa đối chiếu [1][2] |
| Mặt mềm hoặc lớp phủ mỏng, sau khi quét thấy vệt mờ trên mặt | Quang học | Tiếp xúc có thể làm hỏng chính chi tiết đang đo [4] |
| Mặt đánh bóng như gương, lớp mạ niken sáng | Mũi dò; buộc dùng quang học thì đối chiếu với mẫu đã biết trước | Mặt phản xạ mạnh làm rối hệ quang [1][4] |
| Mặt đen tuyền hoặc vật trong suốt | Mũi dò | Không hệ quang học nào đo được [2] |
| Cần thấy vết xước cục bộ, vết mòn theo vùng | Quang học đo vùng 3D | Một đường quét có thể bỏ sót khuyết tật nằm ngoài đường [4] |
| Rãnh hẹp thành dốc nhìn thấy dưới kính lúp | Ghi rõ giới hạn trong biên bản; lý do này một mình chưa đủ để đổi phương pháp | Cả bán kính mũi dò lẫn giới hạn sườn dốc của quang học đều hạn chế [4] |
| Theo dõi xu hướng quá trình trên dây chuyền | Quang học, sau khi đã đối chiếu tương quan với máy nghiệm thu | Hai cách có tương quan mạnh và quang học có ích cho kiểm soát quá trình [2] |
Nguồn và giới hạn
Tra ngày 10/09/2026.
- [1] NPL (National Physical Laboratory, UK), Report CBTLM 15 — Leach & Hart, A comparison of stylus and optical methods for measuring 2D surface texture (03/2002): https://eprintspublications.npl.co.uk/2209/1/CBTLM15.pdf — lưu ý đây là dữ liệu năm 2002; câu trong báo cáo về việc máy quang học chưa có hạ tầng tiêu chuẩn đã cũ vì nay có bộ ISO 25178.
- [2] Taylor Hobson, Exploring Surface Texture — A fundamental guide to the measurement of surface finish (PDF, bản lưu tại University of Southampton): https://www.southampton.ac.uk/~assets/doc/Engineering/exploring%20surface%20texture.pdf
- [3] NIST — Renegar, Soons, Muralikrishnan và cộng sự, Stylus Tip-Size Effect on the Calibration of Periodic Roughness Specimens with Rectangular Profiles (2012): https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=911079
- [4] KEYENCE America, 3D Optical Profilometers vs Stylus Profilometers (blog kỹ thuật của hãng bán máy quang học): https://www.keyence.com/blog/3d-optical-profilometers-vs-stylus-profilometers.jsp
- Tiêu chuẩn, chỉ dẫn tên và số hiệu (trả phí, bài không trích trị số): ISO 21920-2:2021 Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Profile — Part 2: Terms, definitions and surface texture parameters; ISO 25178-2:2021 Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 2: Terms, definitions and surface texture parameters; ISO 3274:1996 Surface texture: Profile method — Nominal characteristics of contact (stylus) instruments — đã hủy từ 14/02/2025 theo trang evs.ee, nên không còn là tiêu chuẩn hiện hành. Tên đối chiếu trên bản xem trước iTeh Standards và evs.ee vì iso.org chặn truy cập tự động.
Bảng này không dùng cho:
- Quy đổi Ra đo bằng máy quang sang Ra đo bằng máy mũi dò hoặc ngược lại: nguồn không đưa hệ số quy đổi nào, bài không đưa.
- Chọn bán kính mũi dò, bước lọc, chiều dài đánh giá: nằm trong bộ ISO 21920 trả phí và hướng dẫn của máy.
- Giới hạn góc dốc cụ thể của từng loại máy quang học (giao thoa, đồng tiêu, biến thiên tiêu điểm): nguồn chỉ nêu chung theo khẩu độ số của vật kính.
Không xác định được từ bài này: trên một bề mặt cụ thể, Ra đo bằng máy quang học lệch bao nhiêu so với Ra đo bằng mũi dò — phải đối chiếu hai máy trên chính mẫu đó.
Cần chính xác hơn: tài liệu của đúng máy đang dùng và biên bản đối chiếu trên mẫu chuẩn; độ nhám đạt được theo từng phương pháp gia công ở bảng tra độ nhám theo phương pháp gia công; cách ghi yêu cầu nhám trên bản vẽ ở ký hiệu độ nhám bề mặt trên bản vẽ.
Câu hỏi thường gặp
Máy đo độ nhám là gì? Là thiết bị ghi lại biên dạng vi mô của bề mặt rồi tính các thông số nhám như Ra, Rz. Loại tiếp xúc kéo một mũi dò đầu kim cương qua bề mặt theo một đường; loại quang học dùng ánh sáng để thu dữ liệu, thường cho dữ liệu cả một vùng 3D.
Cách đo độ nhám bề mặt bằng máy mũi dò diễn ra thế nào? Mũi dò được kéo qua bề mặt theo một đường, máy ghi biên dạng rồi lọc và tính thông số. Vì mũi dò có bán kính, rãnh hẹp hơn mũi bị ghi nông đi; với thông số trung bình như Ra ảnh hưởng này nhỏ hơn so với thông số tính theo đáy rãnh như Rv.
Máy đo nhám quang học có đo được Ra không? Có. Máy quang học vẫn cho Ra và Rz, nhưng vì thu dữ liệu vùng 3D, nó còn tính được các thông số vùng theo ISO 25178 như Sa và Sz; Sa là thông số vùng, không phải cách gọi khác của Ra.
Máy đo nhám quang học có chính xác hơn máy mũi dò không? Không mặc định. Taylor Hobson ghi hệ không tiếp xúc hiếm khi chính xác hơn một máy mũi dò tốt; lợi thế của quang học là không chạm vào mặt mềm và cho dữ liệu vùng.
Vì sao đo Ra bằng hai máy khác nhau lại ra hai số? Vì mỗi nguyên lý bỏ sót ở một chỗ khác nhau: mũi dò lọc mất đáy rãnh hẹp, quang học hụt điểm ở sườn dốc và mặt bóng. Báo cáo NPL ghi cả các máy cùng nguyên lý cũng có thể lệch nhau vượt độ không đảm bảo công bố, nên phải chốt phương pháp đo cùng với con số.
Mũi dò to hơn thì Ra thay đổi thế nào? Trong phần lớn trường hợp Ra đo được nhỏ đi, vì mũi to không chạm tới đáy các rãnh sắc. NIST lưu ý cỡ mũi vẫn có thể ảnh hưởng đáng kể và có lúc ngược trực giác ngay cả khi mũi chạm được đáy rãnh.