Rugosidad: cómo leer Ra, Rz, Sa y Sz sin equivocarse

Respuesta directa: Ra es la media aritmética de las desviaciones de la línea media, Rz es la suma de la altura máxima de pico y la profundidad máxima de valle dentro de la longitud de muestreo, y Sa y Sz son sus equivalentes calculados sobre una superficie en lugar de sobre una línea. Un mismo acabado puede estar conforme en Ra y fuera de tolerancia en Rz, y las dos lecturas ser correctas.

Cuando dos personas discuten sobre «rugosidad fuera de norma», casi nunca discrepan sobre la pieza. Discrepan sobre el parámetro y sobre la condición de muestreo, y ninguna de las dos ha quedado escrita.

Parámetros 1D y parámetros 2D

Ra y Rz proceden de un perfil 1D: se extrae una línea sobre la superficie, se obtiene la curva de altura y se calcula sobre ella. Ra promedia el valor absoluto de la desviación respecto a la línea media, y describe el nivel general de ondulación. Rz toma los extremos y por eso es muy sensible a una raya profunda aislada.

Sa y Sz son los equivalentes 2D: se calculan sobre el área en lugar de sobre una línea. Sa es la desviación media de la altura en el área, Sz la altura total de pico a valle en el área. Un mapa de topografía 3D permite calcular parámetros 2D de forma natural, y ahí está una de sus ventajas prácticas.

Hay una diferencia que se pasa por alto: un parámetro 1D evalúa solo unas pocas líneas, y en una superficie con textura direccional el resultado cambia según la dirección de la línea de muestreo. El parámetro 2D promedia sobre el área y elimina esa dependencia de la dirección, además de no dejarse arrastrar por una única línea anómala.

Por qué Ra y Rz pueden dar conclusiones opuestas

Porque uno promedia y el otro toma extremos. En una superficie mayoritariamente lisa con una raya profunda, la contribución de la raya se reparte a lo largo de toda la longitud y Ra apenas se mueve; Rz la toma directamente y se dispara. Resultado: Ra conforme, Rz fuera.

El caso inverso también existe: una superficie uniformemente rugosa tiene Ra alto y puede no superar Rz, porque no hay un defecto aislado que destaque sobre el resto.

De ahí una recomendación de proceso: durante la mejora de una operación conviene registrar los dos parámetros y observar si evolucionan en la misma dirección. Si Ra baja y Rz no cambia, se ha reducido la ondulación media pero no se ha eliminado el origen del defecto aislado, y ese origen seguirá generando rechazos.

La longitud de muestreo y el filtro son parte del resultado

La rugosidad no es un valor absoluto: es una estadística dentro de una escala. La longitud de muestreo fija la ventana de cálculo y el filtro decide qué longitudes de onda cuentan como rugosidad y cuáles como forma o ondulación. Cambiar la longitud de corte cambia el Ra resultante, sin que la pieza haya cambiado.

Por eso un informe de rugosidad sin longitud de muestreo y sin condición de filtro no es comparable con nada. Y por eso, al comparar datos entre proveedores, el primer paso no es comparar cifras sino verificar que las condiciones coinciden. Si no coinciden, la diferencia numérica no significa nada y discutir cuál es correcta es perder el tiempo.

Si no es posible unificar condiciones, el camino intermedio es conservar cada uno las propias y establecer una correspondencia con un lote común de muestras; una vez conocida la relación, la conversión es defendible. El área de evaluación es también una condición de escala: el resultado sobre un área cambia con el tamaño del área evaluada.

Hasta dónde llega un interferómetro de luz blanca

Con una resolución vertical publicada por debajo de 0,2 nm se distinguen cambios de altura de orden nanométrico, lo que permite analizar rugosidad en superficies ultrafinas, pulidas y de mecanizado de precisión. Pero el límite inferior medible no depende solo de la resolución: también del reflectividad, de la inclinación de la superficie y de la vibración del entorno.

Por eso el nivel alcanzable se confirma midiendo la muestra real, no extrapolando desde el indicador. Y por eso conviene enviar dos piezas: la mejor y la peor de lo que se espera medir en producción.

La vibración merece un párrafo aparte. La rugosidad evalúa microondulaciones, y una vibración se suma al mapa de alturas con una frecuencia espacial concreta que en superficies muy lisas se interpreta como textura real. La prueba para distinguirlas es medir dos veces la misma zona y comparar: lo que no se repite es entorno, no pieza.

Cuando la duda es si el instrumento es el adecuado frente a un sensor de desplazamiento puntual, la comparación entre familias está en resolución del sensor confocal, y el reparto de tareas entre observación, cota 2D y topografía en interferómetro de luz blanca: qué mide.

Lo que un informe debe contener

Un informe de rugosidad trazable necesita al menos siete elementos: si el parámetro es 1D o 2D; la longitud de muestreo o el área de evaluación; la longitud de corte del filtro; el aumento del objetivo y el campo; el modo de medida; si se aplicó corrección de inclinación y eliminación de forma; y la fecha con las condiciones ambientales.

Si falta cualquiera de ellos, el dato no se puede reproducir en una medición posterior, y la mayoría de las disputas que se atribuyen a un equipo inexacto terminan siendo informes incompletos.

La solución organizativa es convertir esos elementos en una plantilla que el software emita automáticamente. Una plantilla evita el olvido manual, permite releer el dato meses después sabiendo en qué condiciones se tomó, y hace que la calidad del informe no dependa de qué operador estaba de turno.

La rugosidad no siempre es menor mejor

Las superficies funcionales suelen tener un intervalo objetivo, no un mínimo. Una cara de estanqueidad demasiado lisa no retiene la película de aceite; una superficie previa a pintura necesita cierta rugosidad para que la pintura agarre; en un par de fricción lo que importa es una dirección de textura estable, no un Ra bajo.

Por eso la aceptación debe partir de la función y después decidir qué parámetro y qué condición de muestreo la representan. Si la norma de inspección solo admite un número, conviene elegir el parámetro más sensible al modo de fallo de esa operación, y no el que se ha usado siempre por costumbre.

Y si el plano indica solo Ra sin declarar la función, vale la pena preguntar al diseñador: muchas veces el requisito real es una raya máxima o una planitud local, y el Ra estaba ahí por inercia.

En la práctica todos estos parámetros se calculan sobre el mapa de alturas que entrega un perfilómetro óptico como el WLI 1000. La calidad del informe depende menos del equipo que de haber declarado el parámetro y su condición de escala, y esa parte no la resuelve ninguna compra.

Preguntas frecuentes

¿Se puede convertir Ra en Sa?

No de forma directa. Ra es una media sobre un perfil y Sa es una media sobre un área: el objeto estadístico es distinto aunque la definición se parezca. Solo sobre superficies de textura muy regular existe una relación empírica aproximada, y usarla como conversión general lleva a errores de evaluación.

¿Por qué mi Ra está dentro de norma y la apariencia se rechaza?

Porque Ra promedia y una raya o una marca aislada queda diluida en la longitud evaluada. Ese tipo de defecto se detecta con un parámetro de extremos como Rz o Sz, o combinando el número con la imagen de topografía. Un criterio que solo admite Ra deja pasar los defectos puntuales.

¿Por qué cambia el valor si cambio la longitud de muestreo?

Porque la rugosidad es una estadística con condición de escala: la ventana y el filtro determinan qué componentes de longitud de onda entran en el cálculo. Al cambiar la ventana cambia el conjunto de datos promediado, y con él el número. No es inestabilidad del equipo.

¿Una resolución vertical alta garantiza poder medir superficies más lisas?

No. La resolución es condición necesaria pero no suficiente. El límite práctico lo fijan la reflectividad de la muestra, su inclinación y la vibración del entorno, y la única forma de conocerlo es medir. Por eso la demostración se hace con la pieza real y no con un patrón.