光滑的觸感
木質人造板表面粗糙度研究
布林瓦高等木材學校（Ecole Supérieure Du Bois）的馬克·艾爾博士和特蘭西瓦尼亞大學（University of Transylvania）的莉迪亞·古勞教授解釋了他們在測量人造板表面粗糙度方面的研究。
超過一半的刨花板和中密度纖維板的表面都有某種表面處理，無論是層壓板、PVC箔、油漆或其他材料，都需要光滑均勻的淺色表面。高質量的表面簡化了表面處理的應用，降低了表面處理的成本。
圖1.一塊風化的橡木，即將以觸針進行表面粗糙度分析儀掃描（ESB博士研究員Julia Buchner攝）。工件顯然是杯狀的，因此在計算表面粗糙度引數之前必須消除此形狀誤差。
因此，板材表面質量會對最終產品的質量產生重大影響。將質人造板（WBP）與其他木製品區別開來的工藝步驟是熱壓步驟，對於刨花板和中密度纖維板，熱壓步驟涉及非常高的壓力。當板材從熱壓機取出時，板材會發生“回彈”形變，因為木材是一種自然變化的材料，回彈量在板材內部和板材間變化。因此，木質人造板不僅僅是為了提高表面質量而進行打磨，同時也是為了校準板材的厚度。
在絕大多數情況下，公司依靠操作員的經驗來調整砂光設定和固定方式，以確定何時更換砂光帶。
圖2. MDF表面的輪廓。頂部是記錄的剖面。第二個是相同的外形，但是去掉了形狀誤差（斜率），被稱為主要外形。第三張圖顯示了主輪廓中包含的波紋度輪廓。最終軌跡只包含表面粗糙度資料，可用於計算表面粗糙度引數。
最佳化砂光工藝有兩個方面：（a）適當選擇砂光引數（砂光帶型別、砂粒尺寸、砂光壓力、執行速度等）；和（b）更換砂帶的最佳時間。這兩個最佳化步驟都可以透過連續測量表面質量來進行輔助調整，文中重點放在表面粗糙度上。
人造板工廠需要以商業化的生產線速度進行表面粗糙度測量
我們的眼睛和手指非常擅長以定性的方式而不是定量地感知表面的“起伏”，即其紋理。定量測量可以透過多種方法進行。最常見的是：
1.傾斜平行的光散射；
2.觸針；
3.鐳射三角測量。
方法1利用表面粗糙度與散射光之間的相關性來進行測量；因為粗糙的表面比光滑的表面更容易散射光。由於不同的材料以不同的方式散射光，因此必須對材料進行相關分析。
GreCon SUPERSCAN表面分析儀使用了該技術。傾斜光束法雖然不能達到與其他兩種方法相同的精度，但是它對於工業環境中的表面粗糙度評估具有足夠的精度，並且能夠掃描整個板材表面。
GreCon Superscan使用光散射方法進行表面粗糙度測量
圖1顯示了用於木材表面的典型觸針。垂直解析度（z方向）可以在奈米範圍內顯示。沿軌跡線的水平解析度（x方向）可由使用者選擇，對於木材表面，我們建議為5μm。
可以執行多個並行掃描以獲得一個區域輪廓。掃描之間的距離決定了y方向的解析度。掃描區域需要很長時間，因此，通常使用單個痕跡來表徵一個表面。
觸針法相比，方法3的優點在於它是一種非接觸式方法，可以快速掃描。其工作原理是鐳射三角測量，反射鐳射束的角度取決於光束經過的距離，因此可以區分不同的表面高度。輸出方式與觸針法的輸出相同，並且以完全相同的方式處理配置檔案。
方法2和方法3生成表面形貌的痕跡；一個示例如圖2所示。輪廓由觸針或鐳射移動的距離的“ x”值和表示該點表面的高度的“ z”值組成（有點令人困惑，z 值顯示在傳統y軸上）。大多數配置檔案都包含一些形式錯誤，以及由機器振動等引起的波紋度錯誤。必須從數學上將其刪除以顯示錶面本身的粗糙度。
方法2和方法3生成的粗糙度剖面可用於分析計算各種粗糙度引數。粗糙度引數有助於比較採用不同加工引數設定的表面。儘管ISO 4287:1997+Amd1:2009等標準建議的引數範圍相當全面，但實際使用的引數卻很少。最常用的引數是Ra，它是峰高和谷深的絕對值（即z值）的算術平均值，這些z值將轉換為正數，然後取平均值。完美光滑的表面（不存在）的Ra值為0；Ra越大，表面越粗糙。
表1：引數符合：ISO 4287:1997+Amd1:2009
圖3顯示了單獨使用Ra的原因，該圖顯示了兩個具有相同Ra值的表面輪廓。與正弦曲線相比，鋸齒線有更高的峰值、更深的谷線和尖銳的過渡，因此很明顯，他們會感覺到不同的觸感。
圖3：兩個具有相同Ra值的表面輪廓
計算表中給出了許多粗糙度引數的定義。我們認識到，所涉及的數學問題會讓許多讀者望而卻步，因此，在這裡我們不做過多討論，而是描述為什麼每種方法都有用。Ra和Rq對極端的資料不敏感，而對高度引數Rt、Rz和形狀引數Rsk和Rku敏感。Rt和Rz量化了不規則的最高振幅，這有助於區分不同的表面。
在平滑高原上具有相當深的凹谷的表面（例如，細磨的橡木）將具有負的Rsk引數。Rku值測量峰度，因此它受孤立的峰或谷影響，因此它可以識別輪廓中存在的谷或高峰。
RSm數值是對不規則寬度的度量。這些不規則性越大，RSm值就越高。此引數很有用，因為它指示曲面中間隙的大小。
ISO 13565-2:1996+Cor 1:1998中的Rpk、Rk和Rvk可用於描述加工過程本身的粗糙度。Rk表示粗糙度輪廓的核心。此引數將受加工變數的影響，例如砂粒尺寸，但也可能隨板材本身的組成（例如，種類和顆粒大小）而變化。
表2：引數符合：ISO 13565-2:1996+C
本文可能表明，測量表面粗糙度比您想象的要複雜得多。我們只給出了我們認為與木質人造板行業最相關的方面。適當的表面粗糙度分析可以為工程師提供非常有用的資訊。
原文“Smooth to the Touch”載2020年5月29日WBPI-NEWS網站。
