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表面粗糙度是什麼？Ra、Rz 與對照表怎麼看
表面粗糙度講的是工件表面的微觀高低起伏。圖面上標的 Ra，是輪廓高度偏差絕對值的算術平均，單位為 µm（微米）。
這篇把四件事講清楚：Ra 到底在算什麼、常被搜尋的「表面粗糙度對照表」（N 等級）現在還算不算數、Ra 與 Rz 為什麼沒有標準認可的換算、以及圖面上的表面粗糙度符號怎麼讀。
網路上流傳的「Rz 大約是 Ra 的幾倍」這類換算表，不是標準內容。原因這篇會用標準本身的證據講到底。
Ra 是什麼
Ra 是輪廓縱座標 Z(x) 絕對值的算術平均。用現行標準的語言說，Ra 是「表面高度相對中線的偏差，取絕對值後在評估長度上的算術平均」。
寫成式子是：
Pa, Ra, Wa = (1/l) ∫ |Z(x)| dx式中的 l 依情況取 lp / lr / lw（Mitutoyo 依 JIS B 0601:2001，即 ISO 4287:1997 體系所列）。
關鍵在「平均」兩個字。Ra 把整段長度上的起伏一律平均掉，也因此對單一的深刮痕或高凸點不敏感——這是後面 Ra 與 Rz 那一節的全部起點。
單位方面，CNS 與 ISO 體系均以 µm 表示；µin（微英吋）則出現在部分對照表中。精確換算為 1 µin = 0.0254 µm（由 NIST SP 811 的 microinch → metre = 2.54 E-08 精確值推得），1 µm ≈ 39.37 µin。
表面粗糙度對照表：N 等級與 µm／µin
搜尋「表面粗糙度對照表」多半是為了這張表——N1 到 N12 的粗糙度等級。先講狀態，再看數值：
N 等級不是現行標準的內容。它源自 ISO 1302:1978 的 §4.1.5，在 ISO 1302:1992 已降為 informative annex（參考性附錄），到 ISO 1302:2002 只作為「避免誤讀尚未依本版標註之舊圖」的參考資料保留；而 ISO 1302:2002 整份已於 2021 年被 ISO 21920-1:2021 取代。ISO 21920-1:2021 的目次與 Clause 7 的 21 項規格要素中沒有 N 等級。
換句話說：看舊圖用得上，標新圖不要用。
ISO 1302:2002 Annex I 的 Table I.2 是這樣寫的（標題為「Comparison of arithmetical mean deviation Ra and roughness grade numbers」）：
| Ra, µm | Ra, µin | 粗糙度等級（前版 ISO 1302 所定） |
|---|---|---|
| 50 | 2 000 | N12 |
| 25 | 1 000 | N11 |
| 12.5 | 500 | N10 |
| 6.3 | 250 | N9 |
| 3.2 | 125 | N8 |
| 1.6 | 63 | N7 |
| 0.8 | 32 | N6 |
| 0.4 | 16 | N5 |
| 0.2 | 8 | N4 |
| 0.1 | 4 | N3 |
| 0.05 | 2 | N2 |
| 0.025 | 1 | N1 |
勞動部勞動力發展署的訓練教材給出同一組 Ra 數值（N12 = 50 一路到 N1 = 0.025），並額外多列一欄 0.0125，該欄沒有對應的 N 編號。
表裡的 µin 是慣用值，不是精確換算
這張表右欄的 µin 是取整後的慣用值。用 NIST 的精確係數回算就看得出來：
- 0.8 µm 標為 32 µin，精確值是 31.50 µin
- 3.2 µm 標為 125 µin，精確值是 125.98 µin
- 6.3 µm 標為 250 µin，精確值是 248.03 µin
- 0.025 µm 標為 1 µin，精確值是 0.98 µin
要做精確換算，就用 1 µin = 0.0254 µm；要引用對照表，就知道它是慣用值。兩者不要混用。
Ra 與 Rz 差在哪？為什麼不能換算
這是本篇最重要的一節，也是中文圈錯得最多的一段。
一、兩者量的不是同一種東西
- Ra 把所有高度偏差平均掉，是一階統計量，在評估長度上計算。
- Rz 聚焦在表面極值，屬峰谷（feature）參數，在 section length 上取最大高度後，依預設段數平均。
用 Keyence 的說法：「Two surfaces can have the same Ra value while exhibiting very different textures.」——同一個 Ra 值，可以對應差異很大的表面。平均值與極值之間，不存在由前者唯一決定後者的函數關係。
現行 ISO 21920-2 的分類是：Ra、Rq、Rt 屬 field parameters（場參數），在評估長度上計算；Rz、Rp、Rv 歸類為峰谷參數，改在 section length 上計算。
要分清楚的是，現行標準裡「最大高度」對到的不是同一個符號：Rz 是峰谷參數，在 section length 上計算；Rzx 是另一個參數，對應的才是舊制的 Rmax。ISO 21920-2 的目次把兩者分開放——Total height 與 Maximum height per section 列在場參數下，Maximum height 列在峰谷參數下；ISO 21920-3 的 setting class 表也分別給 Rz 與 Rzx 不同的分界值（Sc3 上限：Rz 16、Rzx 23、Rt 26 µm，那是分桶門檻的排序，不是換算）。所以舊圖上的 Rmax，對應的是今天的 Rzx，不是今天的 Rz。
二、標準本身沒有給換算
ISO 21920-2:2021 的 Scope 是「This document specifies terms, definitions and parameters for the determination of surface texture by profile methods.」——定義與參數，不含參數之間的換算。其目次（Clause 3 術語與定義、Clause 4 場參數、Clause 5 特徵參數、Annex A–K）也沒有任何換算條款。
誠實說明：這是依該標準官方預覽節錄的 Scope 與完整目次所作的判斷，不是逐字檢視全文；但目次涵蓋全部條款與附錄，若有換算條款，理應出現在目次中。
三、同一個符號 Rz，舊圖新圖不是同一個量
這點單獨拿出來就足以讓任何換算表失效：
- ISO 468:1982 的 Table 2 標題為「Height of irregularities of the profile in ten points, Rz — Maximum height of the profile, Ry」。也就是 1982 年的 Rz 指十點高度，最大高度另以 Ry 表示。
- ISO 4288:1985 的 Table 2 標題是「Sampling lengths for the measurement of Rz and Ry of non-periodic profiles」——當年 Rz 與 Ry 是並存的兩個不同參數。
- 現行 ISO 21920-2：Ry 這個符號不再使用，最大高度改由 Rz 表示（舊制的 Rmax 則對到 Rzx，見〈一、兩者量的不是同一種東西〉）。
- 另外，ISO 21920-2:2021 起，Rz 的計算基準由取樣長度改為 section length。
Mitutoyo 對此的提醒是：「In Old JIS and ISO 4287-1: 1984, Rz was used to indicate the “ten point height of irregularities”. Care must be taken because differences between results obtained according to the existing and old standards are not always negligibly small.」——新舊標準的結果差異未必小到可以忽略，拿到圖面請先確認它依的是哪一版。
台灣的舊制教材也留著同一個分歧：「常用的有中心線平均粗糙度 Ra，最大粗糙度 Rmax，以及十點平均粗糙度 Rz 等三種表示方法」。
一張換算表若沒有標明它假設的是哪一版的 Rz，它在原理上就無法使用。而市面上的換算表，幾乎沒有一張標了。
四、決定性證據：ISO 自己在兩份標準用了兩組不同比例
這是最有力的一段，證據兩端都來自標準本體。
ISO 4288 與 ISO 21920-3:2021 都需要依參數值把工件分桶，以選定濾波器與量測長度——同一個用途。兩者的 Ra 分界值完全相同，Rz 分界值卻不同：
| 取樣／section 長度 | Ra 分界（新舊相同） | Rz 分界（ISO 4288:1985） | Rz 分界（ISO 21920-3:2021） |
|---|---|---|---|
| 0.25 mm | 0.02 – 0.1 | 0.10 – 0.50 | 0.16 – 0.8 |
| 0.8 mm | 0.1 – 2.0 | 0.50 – 10.0 | 0.8 – 16 |
| 2.5 mm | 2.0 – 10.0 | 10.0 – 50.0 | 16 – 80 |
同一組 Ra 區間，兩份標準配給 Rz 的分界並不一樣：新制那一欄整排比舊制高。同一個組織、同一個用途、兩套數字。如果 Ra 與 Rz 之間真有一個可用的比例，這件事不會發生。
再加一層，把話講死：
- 1985 → 1996：Rz 的定義從「十點高度」改成「最大高度」，分界值卻維持 0.1 / 0.5 / 10 / 50 不變。
- 1996 → 2021：定義沒再改，分界值反而改成 0.16 / 0.8 / 16 / 80。
如果這些分界值編碼的是 Ra 與 Rz 之間的物理比例，那麼 1996 年 Rz 換定義時它們必須跟著改——結果沒改。反過來，若它們是穩定的物理常數，2021 年就不該改——結果改了。兩邊都說不通，只剩一個解釋：
這些分界值是為了選量測設定而設的行政分桶門檻，本來就不是量值換算。它們只需要「大致對得上」，不需要在物理上正確。
所以，拿 ISO 21920-3 Table 3 的 8 倍門檻反推出一個「Ra 換算成 Rz」的係數，是把行政分類當成物理定律；拿舊表的 5 倍門檻反推，同理。這兩個數字在這裡只有一個作用：互相否證，不是拿來換算的。
那實務上該怎麼辦
- 圖面上標哪個參數，就量哪個參數。
- 手上只有 Ra 的數據、對方要 Rz，正確做法是重新量測，不是換算。
- 必要時，與客戶或加工方協議採用哪一個粗糙度參數，把它寫進圖面。
可以放心說的是：「Ra 與 Rz 描述表面的不同面向，兩者沒有標準認可的換算關係；同一個 Ra 值可以對應差異很大的 Rz。」
舊圖與新圖之間：算法與名詞都變過
2021 年這次改版不只換了編號：Ra 的計算基準與幾個沿用多年的名詞也一起變了。同時要讀新舊圖面的人，這兩點都會遇到。
新舊標準下，Ra 的計算基準不一樣
這是 2021 年之後讀圖時最容易被忽略的一點：
- ISO 4287 時代：參數在每一段取樣長度上各算一次（預設 5 段），最終值是這些估計值的平均。
- ISO 21920-2 時代：改為在評估長度上只算一個值，不再平均；例外是與峰、谷有關的 Rp、Rv、Rz，仍以 section length 計算。
一手依據是 ISO 21920-2:2021 前言列出的第一條主要變更：「all field parameters are now related to the evaluation length」。
兩版並存的實務後果：Rq 值幾乎不受影響，Rsk 的差異則可能較顯著。
名詞更新：cut-off 現在叫 nesting index
現行 ISO 21920 系列改了幾個沿用多年的名詞，舊圖面上的舊詞仍會遇到，對應關係如下：
- sampling length（取樣長度）→ section length (lsc)，搭配段數 nsc。
- cut-off（截止值）→ nesting index。ISO 21920-2:2021 §3.1.11 的定義是「number or set of numbers indicating the relative level of nesting for a particular primary mathematical model」，並在 Note 1 說明「The cut-off wavelength for the Gaussian filter is an example of a nesting index」。
- 濾波器以 Nis（S-filter，對應舊稱 λs）與 Nic（L-filter，對應舊稱 λc）表示。
講「cut-off 0.8 mm」對方多半聽得懂，但寫進新圖面時，正式名稱是 nesting index。
表面粗糙度符號怎麼讀
現行：ISO 21920-1:2021
ISO 21920-1:2021 的 Scope 是「This document specifies the rules for indication of surface texture by profile methods in technical product documentation by means of graphical symbols. This document does not cover population requirements.」
其中兩件事對讀圖的人影響最大：
容差判定規則有三種：maximum tolerance acceptance rule（現為預設）、16 % tolerance acceptance rule、median tolerance acceptance rule。max 規則成為預設，是這一版相對舊版的主要變更之一。
規格要素共 21 項（Clause 7）。一個完整的表面織構標註，可以承載的資訊包括：
- 圖形符號、表面織構參數、參數的容差界限值、容差型式、容差判定規則
- S-filter 型式與其 nesting index
- L-filter 型式（R 參數）或 S-filter 型式（W 參數），以及對應之 nesting index
- 評估長度、section length、段數
- F-operator 關聯方法與元素、F-operator nesting index
- 輪廓擷取方法、輪廓方向、表面紋理及其方向
- 其他要求 OR(n)、製造程序、setting class Scn
上列各項中，未明確標註的量測設定由 setting class 決定預設值（見〈沒有標出來的部分，由 setting class 決定〉）。
沒有標出來的部分，由 setting class 決定
現行標準的預設值不再是一組固定數字，而是先依「指定參數的上公差界限 U」落進 Sc1–Sc5 其中一級，再由該級決定所有未明確標註的量測設定。以下取 ISO 21920-3:2021 Table 3 中與 Ra、Rz 最相關的幾列：
| 項目 | Sc1 | Sc2 | Sc3 | Sc4 | Sc5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Ra, µm | U ≤ 0.02 | 0.02 < U ≤ 0.1 | 0.1 < U ≤ 2 | 2 < U ≤ 10 | U > 10 |
| Rz, µm | U ≤ 0.16 | 0.16 < U ≤ 0.8 | 0.8 < U ≤ 16 | 16 < U ≤ 80 | U > 80 |
| L-filter nesting index Nic（舊稱 cut-off λc），mm | 0.08 | 0.25 | 0.8 | 2.5 | 8 |
| 評估長度 le, mm | 0.4 | 1.25 | 4 | 12.5 | 40 |
| section length lsc, mm（僅限 section length 參數，例如 Rz、Rp、Rv） | 0.08 | 0.25 | 0.8 | 2.5 | 8 |
| 段數 nsc | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
有一條規則四十年沒變：評估長度 = 5 × 段長。ISO 4288:1985 的條文寫的是「The evaluation length including five consecutive sampling lengths (cut-offs) is taken as the standard」，現行 ISO 21920-3 的 le 與 lsc 仍維持 5 倍關係，段數 nsc 預設同樣是 5。
舊制標註：ISO 1302:2002 的 a–e 五個位置
舊圖面上仍常見舊制標註，台灣的 CNS 3-3 與 CNS 7868 現行版本也停在 2010 年（見文末「標準體系現況」）。ISO 1302:2002 把資訊放在符號的五個位置：
| 位置 | 內容 |
|---|---|
| a | 單一表面織構要求：參數代號、數值界限、傳輸波域／取樣長度。書寫順序為「傳輸波域或取樣長度 + 斜線 + 參數代號 + 數值」，參數代號與數值之間須空兩格。例：0,0025-0,8/Rz 6,8；只標取樣長度時寫成 -0,8/Rz 6,8 |
| a 與 b | 兩項以上表面織構要求：第一項置於 a，第二項置於 b；更多項則向上加高符號 |
| c | 製造方法、處理、鍍層或其他製程要求（例：turned、ground、plated） |
| d | 表面紋理及其方向符號（例：=、X、M） |
| e | 加工裕度，以 mm 為單位的數值 |
ISO 1302:2002 本身是第四版，取代 ISO 1302:1992；而它整份已被 ISO 21920-1:2021 取代。
台灣舊制的「代用表面符號」（三角記號）
老圖面上那組三角記號來自這一套。勞動部訓練教材的表 9「代用表面符號（舊制表面符號）形狀、意義及與相當之中心線平均粗糙度 Ra 範圍」列出：
| 符號名稱 | 說明 | 加工例 | 相當 Ra 範圍（µm） |
|---|---|---|---|
| 毛胚面 | 自然面 | 壓延、鍛鑄等 | 125 以上 |
| 光胚面 | 平整胚面 | 壓延、精鑄、模鍛等 | 32～125 |
| 粗切面 | 刀痕可由觸覺及視覺明顯辨認者 | 銼、刨、銑、車、輪磨等 | 8.0～25 |
| 細切面 | 刀痕可由視覺辨認者 | 銼、刨、銑、車、輪磨等 | 2.0～6.3 |
| 精切面 | 刀痕隱約可見者 | 銼、刨、銑、車、輪磨等 | 0.25～1.60 |
| 超光面 | 光滑如鏡者 | 超光、研光、刨光、搪光等 | 0.010～0.20 |
這是台灣舊制體系，不是現行 ISO/CNS 標註法，遇到才需要對照，不要用在新圖面上。教材對表面符號用途的說法是：「表面符號的標註，在指定機件表面的粗糙度界限值、加工方式、量測粗糙度之基準長度，以及加工裕度等項目」。
各加工方式的典型 Ra 範圍
下表出自勞動部勞動力發展署訓練教材的表 3「各種加工方法所能達到 Ra 值」。原表為條形圖，■ 與 □ 分別表示常有情況下與罕有情況下能達到的表面粗糙度值。
| 加工方法 | 常有（■）Ra µm | 含罕有（□）全範圍 Ra µm |
|---|---|---|
| 火焰切割 | 12.5–25 | 6.3–50 |
| 砂模鑄造 | 12.5–25 | 6.3–50 |
| 熱軋 | 12.5–25 | 6.3–50 |
| 鋸切 | 3.2–25 | 1.6–50 |
| 刨削 | 0.8–25 | 0.4–50 |
| 鍛造 | 3.2–12.5 | 1.6–25 |
| 銑削 | 0.8–6.3 | 0.2–25 |
| 車削 | 0.4–6.3 | 0.05–25 |
| 搪孔 | 0.4–6.3 | 0.05–25 |
| 鑽孔 | 1.6–6.3 | 0.8–12.5 |
| 化學銑 | 1.6–6.3 | 0.8–12.5 |
| 放電加工 | 1.6–6.3 | 0.8–12.5 |
| 擠製 | 0.8–6.3 | 0.4–12.5 |
| 拉削 | 0.8–3.2 | 0.4–6.3 |
| 絞孔 | 0.8–3.2 | 0.4–6.3 |
| 輪磨 | 0.1–1.6 | 0.025–6.3 |
| 永久模鑄造 | 1.6–3.2 | 0.8–6.3 |
| 臘模鑄造 | 1.6–3.2 | 0.4–6.3 |
| 冷軋 | 0.8–3.2 | 0.2–6.3 |
| 引伸 | 0.8–3.2 | 0.2–6.3 |
| 滾筒磨光 | 0.2–0.8 | 0.05–3.2 |
| 壓鑄 | 0.8–1.6 | 0.4–3.2 |
| 搪光 | 0.1–0.8 | 0.025–1.6 |
| 電光磨光 | 0.2–0.4 | 0.1–0.8 |
| 壓光 | 0.2–0.4 | 0.1–0.8 |
| 拋光 | 0.1–0.4 | 0.0125–0.8 |
| 研光 | 0.05–0.4 | 0.0125–0.8 |
| 超光 | 0.05–0.2 | 0.0125–0.8 |
使用限制，三條，請連同表一起讀：
- 這是製程能力的參考範圍，不是任何機台或廠商的保證值。實際結果受機台、刀具、材料、參數影響。
- 該表未標示其原始出處，本文只能標示為勞動部教材，不標示為任何國際標準。要寫進規格書或合約，請以實測為準。
- 「電光磨光」一列的名稱在掃描原件中僅能辨識為此四字，不排除為「電解磨光」之誤植，本文不對此列名稱作保證。
標準體系現況：ISO 換代了，CNS 還沒
ISO：2021 年的世代交替
ISO 21920 系列（2021 年版）已取代沿用約 25 年的舊輪廓法標準群，取代關係逐條寫在各標準的前言裡：
| 現行 | 取代 |
|---|---|
| ISO 21920-1:2021（表面織構標註） | ISO 1302:2002 |
| ISO 21920-2:2021（術語、定義與參數） | ISO 4287:1997、ISO 13565-2:1996、ISO 13565-3:1998 |
| ISO 21920-3:2021（規範運算子） | ISO 4288:1996（含 Cor. 1:1998） |
相對舊版的主要變更，對讀圖與量測影響最大的幾條：
- ISO 21920-2：所有場參數改以評估長度為基準；輪廓元素的評估不再有歧義；新增參數，特別是基於分水嶺轉換的參數。
- ISO 21920-1：定義了新的標註規格要素；max 規則成為預設的容差判定規則。
- ISO 21920-3：不再區分週期性與非週期性輪廓；預設值以圖面標註為基準；max 規則成為預設容差判定規則；預設情況下，表面缺陷視為受規範表面的一部分。
看到圖面上寫 ISO 4287 或 ISO 1302，不代表圖畫錯了，代表那是舊體系的圖——量測設定與參數定義都要照舊體系走。
台灣 CNS：仍停在舊體系
- CNS 3-3（總號 B1001-3）「工程製圖（表面織構符號）」，現行標準，最新日期 099/09/30（2010-09-30）。標準檢驗局於 111-03-02 以經標一字第 11110003350 號公告勘誤 CNS 3-3 等 5 種國家標準。
- CNS 7868（類號 B1272）表面織構詞彙、定義及參數，現行標準，最新日期 099/08/10（2010-08-10），並於 110/12/06（2021-12-06）經審查確認繼續有效。
可以觀察到的事實是：CNS 7868 的英文標題與 ISO 4287:1997 完全相同，CNS 3-3 的英文標題與 ISO 1302 的舊標題同型，兩者最新日期都在 2010 年，早於 ISO 21920 系列（2021）。
這裡要說清楚：由此推測 CNS 現行體系仍對應已作廢的 ISO 4287 / ISO 1302 而未跟進 ISO 21920，是合理的推論，但本文未取得 CNS 條文，無法確認其採用關係（identical 或 modified）。實務上請以圖面標註與客戶要求為準。
中國 GB：另一個體系
中國現行標準為 GB/T 1031-2009「产品几何技术规范（GPS） 表面结构 轮廓法 表面粗糙度参数及其数值」，2009-03-16 發布、2009-11-01 實施，推荐性、現行，全部代替 GB/T 1031-1995。它採 Ra / Rz 參數體系。
至於中國舊制的「光潔度（▽）」與 Ra 的對照、以及光潔度被廢止的確切年份與標準編號，本文未取得一手出處，因此不提供任何 ▽ ↔ Ra 的對照數字。網路上流傳的光潔度對照表來源多不可考，拿去標圖或驗收之前，請先要到出處。
不確定製程做不做得到，就寄一件過來
同一種加工方式，換個機台、換把刀、換個材料、換組參數，結果就不一樣。你這個件做不做得到，要實際做過才知道。
不確定製程怎麼安排的話，把工件寄過來試做是最快的路徑：實際跑一輪，拿到的是你這個件的結果。