GBT19600-2004 产品几何量技术规范(GPS)表面结构 轮廓法 接触(触针)式仪器的校准.pdf

'ICS17.040.30一一‘0.中华人民共和国国家标准GB/T19600-2004/ISO12179：2000产品几何量技术规范（GPS)竺亚，性，竺，之曰肠工LZ人．色巴、J‘衣回荟古州粗NR汰.Lz"r五占／五占A_I、=*!.".口口占人.1.=、本卜丁cc用工L用M宝！l工、’p‘石育口，J丁K1W_GeometricalProductSpecifications(GPS）一Surfacetexture--Profilemethod--Calibrationofcontact(stylus)instruments（ISO12179：2000，IDT)2004-11-11发布2005-07-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．＊.www.bzxzk.com.小T/}iVI""}r辈秘埔瞥懂岑犷荟发布 GB/T19600-2004/ISO12179:2000前言本标准等同采用国际标准ISO12179:2000(产品几何量技术规范（GPS)表面结构轮廓法接触（触针）式仪器的校准）（英文版）。本标准主要规定了符合GB/T6062定义的接触（触针）式仪器的校准原则，提供了用测量标准对仪器进行校准的校准方法和程序。本标准适用于采用轮廓法测量表面结构的触针式测量仪器的校准。本标准的附录A和附录B均为规范性附录；附录C和附录D为资料性附录。本标准由全国产品尺寸和几何技术规范标准化技术委员会提出并归口本标准起草单位：机械科学研究院、哈尔滨量具刃具厂、时代集团公司、中国计量科学研究院、成都工具研究所、北京市计量科学研究所、哈尔滨理工大学。本标准主要起草人：王欣玲、郎岩梅、王忠滨、高思田、邓宁、吴迅、陈捷。.www.bzxzk.com. GB/T19600-2004/ISO12179:2000产品几何最技术规范（GPS)表面结构轮廓法接触（触针）式仪器的校准1范围本标准规定了轮廓法测量工件表面结构的接触（触针）式仪器的计量特性校准的术语、原则、方法。本标准适用于GB/T6062-2002中阐述的轮廓法测量表面结构的接触（触针）式仪器计量特性的校准。该校准是借助于测量标准完成的。附录A给出了测量图形法参数仪器的校准。附录B适用于简化运算的接触（触针）式仪器的校准，此类仪器不符合GB/T6062-2002的定义。2规范性引用文件下列标准中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）修改版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T3505-2000产品几何量技术规范（GPS)表面结构轮廓法表面结构的术语、定义及参数（eqvISO4287:1997)GB/T6062-2002产品几何量技术规范（GPS)表面结构轮廓法接触（触针）式仪器的标称特性（eqvISO3274：1996)GB/T18618-2002产品几何量技术规范（GPS)表面结构轮廓法图形参数（(eqvISO12085：1996)GB/T18779.1-2002产品几何量技术规范（GPS)工件与测量设备的测量检验第1部分：按规范检验合格或不合格的判定规则（eqvISO14253-1:1998)GB/T18779.2-2004产品几何量技术规范（GPS)工件与测量设备的测量检验第2部分：测量设备的校准和产品检验中GPS测量的不确定度评定指南（ISO/TS14253-2:1999,IDT)GB/T19022.1-1994测量设备的质量保证要求第1部分：测量设备的计量确认体系（idtISO10012-1：1992)GB/T19067.1-2003产品几何量技术规范（GPS)表面结构轮廓法测量标准第1部分：实物测量标准（ISO5436-1:2000,IDT)JJF1001-1998通用计量术语及定义（VIM第二版，1993)JJF1059-1999测量不确定度评定与表示。(GUM第一版，1995)3术语和定义由GB/T3505,GB/T6062,GB/T18779.1,JJF1001和JJF1059确立的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1校准calibration在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示的量值，或实物量具或参考物质所代表的量值，与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作。.www.bzxzk.com. GB/T19600--2004/ISO12179:20003.2任务相关的校准taskrelatedcalibration在规定条件下，为确定测量仪器所指示的量值，与对应构成测量仪器测量能力子集的一组被严格限定的被测参数的已知量值之间关系的一组操作。3.3（测f仪器的）调整adjustment(ofameasuringinstrument)使测量仪器性能进人适于使用状态的操作。3.4（测且）标准（measurement)standard标准具etalon为了定义、实现、保存或复现量的单位或一个或多个量值，用作参考的实物量具、测量仪器、参考物质或测量系统。3.5测f不确定度uncertaintyofmeasurement表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。3.6溯源性traceability通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准，通常是与国家测量标准或国际测量标准联系起来的特性。4应用条件4.1接触（触针）式仪器的组成和配里接触（触针）式仪器一般由主机、驱动器、测头和轮廓记录器组成（见GB/T6062),如果主机配备了几个驱动器和测头，则仪器的每一种配置都应分别校准。4.2各种配里的校准当接触（触针）式仪器的基本部件发生变化，而有意或无意地影响了测得的轮廓或测量结果时，仪器应进行校准。仪器的每召种配置都应分别进行校准。例：接触（触针）式仪器更换测头后，则应重新校准。4.3校准地点考虑到外界环境因素的影响，接触（触针）式仪器的校准应在与使用环境条件相似的地点进行。例：噪声、温度、振动、空气流动等。5测，标准以下的测量标准可用于第6章中所规定的校准：—光学平晶；—深度测量标准（图l,GB/T19067.1中定义的A类；—间距测量标准（图2),GB/T19067.1中定义的C类；—倾斜的光学平晶（图3);—轮廓坐标测量标准（由一个球体或棱柱体组成）:GB/T19067.1中定义的E类；—粗糙度测量标准（图4),GB/T19067.1中定义的D类；注：建议在选用轮廓坐标测量标准校准接触（触针）式仪器时，在行程长度内触针转动不超过为士1.5度。6接触（触针）式仪器的计，特性在接触（触针）式仪器的计量特性中，只对与测量任务相关的特性进行校准。例如，测量间距参数时，不必校准垂直轮廓分量。.www.bzxzk.com. GB/T19600-2004八SO12179:20006.1残余轮廓校准用表面无划伤的光学平晶复现残余轮廓。任务相关校准时应选用合适的轮廓和参数（例如：粗糙度轮廓选Ra,Rq或Rt；波纹度轮廓选Wq或wt).注：用这种校准方法可以评价外部导轨的直线度、外部环境和仪器噪声对测量的影响。单位为毫米vU图1深度测f标准（A2型）示例聋巨到圈2间距测f标准（C类）示例吕牵乡图3倾斜的光学平晶和测f方案示例.www.bzxzk.com. GB/T19600--2004/ISO12179:2000瞥卡0=.06}43-1C-iS-15"45-V2IM5.201＋图4粗糙度测A标准（D型）和测f方案示例6.2轮廓垂直分，校准以深度测量标准复现轮廓深度，用于评定仪器在测量轮廓垂直分量时的示值误差。注：如果没有深度测量标准，可以采用量块代替。在使用量块时，要考虑量块高度差的不确定度影响。6.3轮廓水平分，校准以间距测量标准复现轮廓单元的平均宽度Psm，用于评定仪器在测量水平轮廓分量时的示值误差。6.4轮廓坐标测f系统校准倾斜的光学平晶复现：—最小二乘最佳拟合角度的角度值；—去掉最小二乘最佳拟合直线后的原始轮廓总高度Pt;从而确定了与水平和垂直坐标分量相关的仪器误差（例如：滑行速度的变化，测量的非线性等）。在去掉最小二乘最佳拟合标称形状后，轮廓坐标测量标准复现了原始轮廓的总高度Pt，从而建立了坐标系统。6.5接触（触针）式仪器综合校准粗糙度测量标准复现：—算术平均偏差Ra;—轮廓的最大高度Rz;从而实现了对接触（触针）式仪器整机性能的综合检查。7校准7.1校准准备在校准开始前，应先根据厂家操作说明书检查接触（触针）式仪器，以确定仪器是否工作正常，再根据厂家说明书检查触针针尖的状态。对接触（触针）式仪器的校准，应做以下准备工作：.www.bzxzk.com. GB/T19600-2004/ISO12179:2000—评定残余轮廓。—深度测量标准的工作面应尽可能与基准面调水平。所有的测量标准都应正确地调平，例如，在整个评定长度内，粗糙度测量标准的工作面应调平到设定的测量范围的10％以内且不大于10pma—在任务相关校准中，应使用与被测表面粗糙度相适应的粗糙度测量标准。—每次测量都应在测头垂直测量范围的中间部分进行。—为了达到规定的测量不确定度（见第8章），对每个测量标准都要进行足够多次测量。由于测量标准的不均匀性、测量过程的变化、以及接触（触针）式仪器的重复性等因素的影响，通常应进行多次重复测量。—使用测量标准的测量条件应与校准测量标准时所用条件相一致。—应当使用校准测量标准时所用的最佳拟合程序（如最小二乘，最小区域等）。7.2残余轮廓评定测量光学平晶。确定残余轮廓并计算表面结构参数Pt和Pq。在任务相关校准中，应在与实际测量相一致的测量条件下进行校准。例如，在测量一个粗糙度测量标准时，要设定取样长度.1,=0.8mm,切除长度率为300，1，评定长度为4mm,Ra和Rz测得值应在仪器的校准证书上给出并简要说明。7.3轮廓垂直分．校准7.3.1校准目的测量深度测量标准的沟槽部分，从原始轮廓曲线计算参数值，求出它们与测量标准的校准证书给出的对应参数值之间的差值。7.3.2校准过程测量深度测量标准的校准区域内轮廓截面的沟槽（见图1)。使触针在每次测量时滑过沟槽，根据深度测量标准校准证书上提供的方法求出沟槽深度值。给出测量（平均）值（由几次测量值计算的结果）与测量标准的校准证书给出的数值之间的差值。如果没有深度测量标准，可以将两块量块平行放置在光学平晶上，两块量块要紧密接触，不能有距离。触针移过两个量块且从全轮廓曲线上求得两量块的高度差。由两块量块的校准证书上给出的量块高度值求出量块高度差，计算实际测量的高度差与量块高度差之间的差值。7.4轮廓水平分，校准7.4.1校准目的测量间距测量标准，计算测得的间距参数与测量标准的校准证书给出的对应值之间的差值。7.4.2校准过程在间距测量标准的全测量范围内分点测量，图2中给出一个测量方案的实例。求出原始轮廓参数PSm，计算几次测量值的算术平均值与测量标准的校准证书给出值之间的差值。7.5轮廓坐标系统的校准7.5.1校准目的测量倾斜的光学平晶、球体或棱体，从去掉样板的最小二乘最佳拟合形状后的轮廓曲线计算Pt值。7.5.2校准过程测量每个倾斜的测量标准，所用的行程长度与测量标准倾斜的标称角度应符合测量标准校准证书的规定。测量要尽可能地分散在整个测量区域内，如图3给出的测量方案。求出去掉最小二乘最佳拟合轮廓线后的轮廓深度和角度的最小二乘最佳拟合值的算术平均值，记录测得的最大轮廓深度和倾斜角度的平均值。测量轮廓坐标测量标准，计算去掉最小二乘最佳拟合标称形状后的Pt值。.www.bzxzk.com. GB/T19600-2004/ISO12179:2000测量每个轮廓坐标测量标准时，所用的行程长度应符合测量标准校准证书的规定，测量应分散在整个测量区域内。计算去掉最小二乘最佳拟合标称形状后的轮廓深度，记录最大轮廓深度。注：轮廓坐标测量标准通常采用球体和棱体。7.6接触（触针）式仪器综合校准7.6.1校准目的测量粗糙度测量标准，计算由粗糙度轮廓求得的粗糙度参数值与测量标准校准证书给出的对应参数值之间的差值。7.6.2校准过程测量每个粗糙度测量标准，测量应尽可能地分散在整个测量区域内。图4中给出一个测量方案的实例。计算每个粗糙度参数的算术平均值。记录测量的粗糙度参数值与测量标准校准证书给出值之间的差值。8测，不确定度8.1测f标准校准证书内容以下是测量标准校准证书中给出的信息：—计量特性的完整说明（包括相应的测量方案、滤波器取样长度几。和又，、滤波器类型、取样长度的说明等）；—不确定度U.，计量特性给出的数值，所用的包含因子（见GB/T18779.2);—标准不确定度估计u;，在校准所用的范围（测量窗口）内，计量特性的变化；—关于标准不确定度估计u；如何用于不确定度U.计算的描述。8.2用测f标准校准测f仪器时测，结果的不确定度校准期间测量结果的不确定度应按GB/T18779.2中给出的方法评估。一个被校准的计量特性的不确定度Q包括两个分量u(妇和u,—u(q)是已知量的样本标准不确定度估计；—u。是按GB/T18779.2中给出的方法对不确定度估计的调整（计量特性中系统误差的修正）。扩展不确定度U按下式计算：U＝kXVu(q)2＋u!其中k为包含因子。在计算不确定度时，要注意测量标准的表面或台阶高度并不是完全一致的，因此测量结果有分散性。在不确定度的随机分量中，这个结果是通过标准不确定度估计计算出来的。由测量标准引起的这个随机分量包含在测量标准的扩展不确定度U中。因此，这个随机分量不能加人到不确定度分量u(q)中。为了说明这一点，附录C中给出了一个完整的方差分析法（ANOVA）的说明性实例。允许根据JJF1059或根据方差分析法（ANOVA）由经验估计不确定度u(妇。GB/T18779.2中给出了校准结果的不确定度计算指南。9接触（触针）式仪器的校准证书校准证书应该包括GB/T19022.1中所需信息和以下内容：—接触（触针）式仪器的所有信息（生产商、型号、出厂编号）；—使用的测量标准（标识编号）；—校准方法的依据；—所涉及的一系列测量条件（即，测量范围，滑行速度，行程长度，测量传输带宽，触针针尖半径等）；.www.bzxzk.com. GB/T19600-2004/1S012179:2000—用光学平晶测量残余轮廓的测量结果；—测量深度测量标准和间距测量标准的测量结果，及其与测量标准对应计量特性值的差值；—测量倾斜的光学平晶得到的轮廓，去掉最小二乘最佳拟合形状后的Pt值；—如果需要，测量轮廓坐标测量标准的测量结果，及去掉最小二乘最佳拟合标称形状后的Pt值；—测量地点及影响校准的环境条件，此类信息的来源包括仪器生产厂家的说明和测量标准的提供者；—测量的扩展不确定度和根据GB/T18779.2编制的不确定度评定文件。.www.bzxzk.com. GB/T19600-2004/ISO12179:2000附录A（规范性附录）测t圈形法参数仪器的校准本附录描述了测量图形法参数的仪器校准程序。图形参数的定义见GB/T186180A.1测f标准A.1.1概述测量图形法参数R,AR,W,AW的仪器是用GB/T19067.1定义的C4型测量标准校准的（见图A.1）。单位为毫米AR=O.25计AW=O.8趁程郡一16一图A.1粗糙度和波纹度测f标准（C4型）和测f方案A.1.2表面参数用C4型测量标准复现：—具有0.25mm的间距、粗糙度图形的平均深度R和粗糙度图形的平均间距AR的测量标准；—具有0.8mm的间距、波纹度图形的平均深度W和波纹度图形的平均间距AW的测量标准。A.2校准a)选择针尖半径为2tcm的触针，触针针尖半径用电子显微镜检查。b)将图形的常用界限值A,B设定为缺省值：A=0.5mm,B=2.5mm,c）使测量方向尽可能平行于被测量表面，并平行于测量标准的长边。d)选择尽可能小的测量范围。e)将测量范围选在测量标准的中间部分。.www.bzxzk.com. GB/T19600-2004八SO12179;2000f)设定测量长度为16mm，以保证测量起止于轮廓谷。g)在每一个用于校准的测量标准上平行测量5次，5次测量随意分布在测量标准的宽度范围内（如果经常在测旱标准的一个位置测量，会造成测量标准的磨损）)ah)求出R,AR,W,AW参数5次测量结果的平均值和标准偏差。R和W的平均值用于校准垂直放大率。AR和AW的平均值用于校准水平放大率。这些参数值的标准偏差受仪器重复性和被校准标准均匀性的影响，应成为计算测量不确定度的一部分。i)如果不能将软件测量标准加人到仪器的测量链中，用上述同样方法，使用GB/T19067.1定义的D类测量标准也可以验证图形法的算法。附录B（规范性附录）用于表面特征测f的简化运算仪器的校准用于表面特征测量的简化运算仪器是指没有按GB/T6062规定建立标准化运算的仪器。注：GB/T6062只规定了有独立的导向基准的接触（触针）式仪器，而简化运算的仪器还包括另外重要的一类—带导头的接触（触针）式仪器。简化运算的仪器一个主要特性是被测量表面不完善程度是仪器不确定度的来源之一。因此，在用简化运算仪器测量表面特征前，必须先用标准化运算（的仪器）进行修正测量，以估价被测量表面缺陷对测量不确定度的影响，有以下两种方法：a）事先了解被测量表面缺陷的性质，以估价它对测量不确定度的影响。b)用与简化运算测量设备有相同缺陷程度的特定表面或特定被校准表面完成的目标校准。这里，特定表面或特定被校准表面已经针对特定的任务在一个用于表面结构测量的优化后的标准化运算上进行了校准。注：ISO/TC213正在讨论与运算相关的术语，这些术语有待于在将来的标准中加以修改。.www.bzxzk.com. GB/T19600-2004/ISO12179:2000附录C（资料性附录）粗糙度测f标准参数Ra实例测量一个粗糙度测量标准的Ra值，根据图2中测量方案，在给出的12个位置各测量5次。表C.1给出了Ra的测量值。注：这些值是为了说明统计技术而给出的模拟值。表C.1根据（图2中）测，方案测f一个粗糙度测f标准（D类）得到的分别测出的Ra值牛洲影响观测到的测量变动性的随机影响如下：a)粗糙度测量标准上Ra值的变化；b)每次测量中Ra测量值的变化；c）接触（触针）式仪器的重复性。假定以上每一项随机效应都有未知的方差，对应地用符号嵘,嵘和硫表示，其中，下标R表示粗糙度测量标准（粗糙度测量标准上参数值的变化）；下标E表示测量评定（每次测量评定结果的差异）；下标M表示接触（触针）式仪器［接触（触针）式仪器的重复性〕。假定方差法（ANOVA）是合适的分析方法，在ISO指南35中对这个问题进行了彻底的讨论。方差法（ANOVA）提供了以上方差的估计方法。令x。表示第J次测量评定的第i个值。由以下各式可计算算术平均值又、又和X:二112，，x;一竞12昏;-,x=二1右、，x;一言昏xj二15"2、，x一so昏谷xj由以下各式可计算与这些均值相关的平方和Sl,S2.S3和S4..www.bzxzk.com. GB/T19600--2004/ISO12179:2000S,＝605012S2一5习(X;一X)2i=15S。一12艺(Xj一X)2j=1125S。一zz(x。一X;一Xj一X)2c=1j=1表C.2给出了ANOVA方法的概述。表C.2ANOVA方法概述于导一分M0a2M%"ptg++am"15P2,C"RAE用琅、：是和扁对应表示嵘、嵘和嵘的估计，这些是从表C.2的最后一列得到的：（M，一Md）2Sg一兰兰5二生‘+SR一3.67nm〔M，一M月）2Sc＝止二二三一一一二.二二一,Sr＝1.04nm12SM＝M4fSM＝2.40nm扇的自由度与M,的自由度相同，是44,sR和泥的自由度分别是M2-M4和（M3-M4)“的有效自由度，可以由韦尔奇一萨特思韦特式计算出来（见11F1059),（M诀一M‘）“，．“(Su）＝二于丢甲一于荟一＝9.3AV.姗一子＋于于11’44（M，一从)2v.f,（异）＝止弓去一共共升＝1.9M;.斌书二＋一子4’44校准证书给出了标称值Ra=O.5294jm，不确定度为4%.假定4％是有正负的数值，且测量结果服从矩形分布，并得出一个标准不确定度估计：0.5294j.mX4％＿，。。＿＿ucal_六3-一‘2.“nm校准证书说明，这个不确定度已经包含了测量标准的校准范围内参数值的变化，因此，在合成标准不确定度中不再包括这一因素。合成标准不确定度如下：uc＝丫s是＋：叙＋u乱：＝12.5nm扩展不确定度U为0.025tcm,k=2.注：本例完全是指导性的，计算出的不确定度不能作为实际测量中的典型值。.www.bzxzk.com. GB/T19600-2004八SO12179:2000附录D（资料性附录）在产品几何技术规范体系中的关系D.1本标准的信息及其应用本标准适用于用GB/T6062中规定的轮廓法测量表面结构的接触（触针）式仪器的校准。标准中规定的校准要用GB/T19067.1中定义的测量标准完成。D.2本标准在GPS矩阵模式中的位置本标准是产品几何技术规范的基础标准，它影响标准链中的第6环节，即在总的产品几何技术规范体系中的粗糙度、波纹度和原始轮廓部分，如图D.1所示。一WR$Mal}h}0k1A8I}t1%t}4*5Fii-1,*MGP1SOU2M?X3456图D.1D.3相关的标准相关的标准为图D.1所示标准链涉及的标准。.www.bzxzk.com.'