GB T 19600-2004 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

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1、ICS 17.040.30 J 04 写主共GB/T 19600一2004/1S012179: 2000 晶几何)王Geometrical Product SpecificationsC GPS)一Surface texture Profile method一Calibration of contact (stylus) instruments CISO 12179:2000,IDT) 2004-11-11发布甲勤码由由/, 中华人民共和国中国国家标督检验检瘟总局理委员会2005-07-01实发布中华人民共和国国家标准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GB/T

2、19600-2004/150 12179 ,2000 晤中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里向北街16号邮政编码，100045网址电话，6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销开本880X1230 1/16 2005年6月第一版骨印张1字数24千字2005年6月第一次印刷司除GB/T 19600-2004/150 12179:20 前本标准等同采用国际标准IS012179:2000(产品几何量技术规范(GPSl触(触针)式仪器的校准)(英文版)。表面结构轮廓法接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

3、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团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z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、哈尔滨理王大学。本标准主要起草人2王欣玲、郎岩梅、王忠滨、高思田、邓宁、吴迅、陈挠。I GB/T 19600-2004/150 12179 ,2000 范围产品几何量技术规范CGPS)表面结构轮廓法接触(触针)式仪器的校准本标准规定了轮廓法测量工件表团结构的接触(触

4、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/T60622002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1月l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/T60622002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/T 35052

5、000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(eqvISO 4287 ,1997) GB/T 60622002 产品几何量技术规范(GPS)特性(eqvISO 3274:1996) 表面结构轮廓法接触(触针)式仪器的标称GB/T 186182002 产品几何量技术规范(GPS)表面结构轮廓法图形参数(eqvISO 12085 ,1 996) 工件与测量设备的测量检验GB/T 18779. 12002 产品几何量技术规范(GPS)规范检验合格或不合格的判定规则(eqvISO 14253-1 , 1998) 第1部分2按GB/T 18779. 22004 产品几何量技

6、术规范(GPS)工件与测量设备的测量检验第2部分z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 , IDTl GB/T 19022. 1一1994测量设备的质量保证要求第1部分z测量设备的计量确认体系(idtISO 10012-1 ,1992) GB/T 19067.12003 产品几何量技术规范(GPS)实物测量标准(lSO5436-1 , 2000 , IDT) 表面结构JJF 10011998 通用计量术语及定义(VIM第二版，1993)轮廓法JJF 10591999 测量不确定度评定与表示。(GUM第一版，1995)3 术语和定义测量

7、标准第1部分:由GB/T3505、GB/T6062、GB/T18779. 1 ,JJF 1001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。1 GB/T 19600-2004/ISO 12179 ,2000 3.2 任务相关的校准task relat叫calibration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己知量值之间关系的一组操作。3.3 3.4 (

8、测量仪器的)调整adjustment (of a measuring instrument) 使测量仪器性能进入适于使用状态的操作。(测量)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 测量不确定度uncertainty of me田llrement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

9、标准联系起来的特性。4 应用条件4. 1 接触(触针)式仪器的组成和配置接触(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 各种配置的校准当接触(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。仪器的每一种配置都应分别进行校准。例g接触(触针)式仪器更换测头后，则应重新校准。4.3 校准地点5 6 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。测量标准以下的测量标准可用于第6章中

10、所规定的校准zf一一光学平品;深度测量标准(图。，GB/T19067. 1中定义的A类;一一间距测量标准(图幻，GB/T19067. 1中定义的C类;一一倾斜的光学平品(图3); 轮廓坐标测量标准(由一个球体或棱柱体组成), GB/T 19067. 1中定义的E类;粗糙度测量标准(图4), GB/T 19067.1中定义的D类g注2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。接触(触针)式仪器的计量特性在接触(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，测量问距参数时，不必校准垂直轮廓分量。2 GB/T 19600-2004/

11、ISO 12179 ,2000 6. 1 残余轮廓校准用表团元划伤的光学平品复现残余轮廓。任务相关校准时应选用合适的轮廓和参数(例如z粗糙度轮廓选Ra，Rq或Rt;波纹度轮廓选Wq或Wt)。注z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。单位为毫米图1深度ill量标准CA2型)示例图2间距测量标准CC类)示曹1)图3倾斜的光学平晶和测量方案示例3 L GB/T 19600-2004/ISO 12179 ,2000 图4粗糙度测量标准(D型)和测量方案示例6.2 轮廓垂直分量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

12、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 轮廓水平分量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 轮廓坐标测量系统校准倾斜的光学平品复现g最小二乘最佳拟合角度的角度值;一-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扣，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;轮廊的最大高度R盯从而实现了对接触情

13、的们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g4 G/T 19600-2004/ISO 12179:2000 评定残余轮廓。一一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，在整个评定长皮肉，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10m。一一在任务相关校准中，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

14、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、以及接触忱的十)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，在测量个粗糙度测量标准时，要设定取样长度人=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

15、 轮廓垂直分量枝准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(由几次测量值汁算的结果)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品上，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

16、的高度差与量块高度差之间的差值。7.4 轮廓水平分量校准7. 4. 1 校准目的测量问距测量标准，计算测得的问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 校准过程在问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品、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

17、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。5 l G/T 19600-2004/I80 12179:2000 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z轮廓坐标测量标准通常采用球体和棱体a7.6 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

18、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 8. 1 8.2 测量不确定度测量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E一一一计量特性的完整说明(包括相应的测量方案、滤波器取样长度和人、滤波器类型、取样长度的说明等); 一一不确定度Uct计量特性给出的数值，所用的包含因子(见GB/T18779.2); 标准不确定度估计叫，在校准所用的范围(测量窗口)内，计量特性的

19、变化;关于标准不确定度估计Ui如何用于不确定度U计算的描述。用测量标准校准测量仪器时测量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包括两个分量以q)和Ua: U(q)是已知量的样本标准不确定度估计;一-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zU二kXFu可7卢:其中是为包含因子。在汁算不确定度时，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

20、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入到不确定度分量以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。9 6 允许根据JJF1059或根据方差分析法(ANOVA)由经验估计不确定度以q)。GB/T 18779.2中给出了校准结果的不确定度计算指南。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:一一接触(触针)式仪器的所有信息(生产商、型号、出厂编号); 一一使用的测量标准(标识编号); 一-校准方法的依据;一一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

21、，触针针尖半径等); GB/T 19600-2004/ISO 12179 ,2000 一一-用光学平晶测量残余轮廓的测量结果;一一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3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3一一如果需要，测量轮廓坐标测量标准的测量结果，及去掉最小二乘最住拟合标称形状后的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。7 GB/T 19600-2004/150 12179:2000 附录A(规范性附

22、录)测量图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/T18618。A. 1 测量标准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)。AR=O.25 图A.1 粗糙度和&纹度单位为毫米AW=O.8 准(C4型)和测量方案A. 1. 2 表面参数A.2 8 用C4型测量标准复现g一一具有0.25mm的问距、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的问距、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。校准a) b) c) d) e)

23、选择针尖半径为2m的触针，触针针尖半径用电子显微镜检查。将图形的常用界限值A、B设定为缺省值:A=0.5mm.B=2. 5 mm。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。选择尽可能小的测量范围。将测量范围选在测量标准的中间部分。GB/T 19600-2004/1S0 12179 ,2000 设定测量长度为16mm.以保证测量起止于轮廓谷。在每-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(如果经常在测量标准的一个位置测量，会造成测量标准的磨损)。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

24、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。如果不能将软件测量标准加入到仪器的测量链中，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)用于表菌特征面量的简化运算仪器的校准一f) g) ) h i) 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/T 6062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团不完善程度是仪器

25、不确定度的来源之。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/TC 213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。9 L GB/T 19600-2004/150 12179,2000 附录C (资料性附录)粗糙度测量标

26、准参数Ra实例测量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.l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)测量方案测量一个粗糙度测量标准CD类)得到的分别lm出的Ra值Ra测量值/次m 1 2 数值10.524 7 0.526 1 数值20.524 0 O. 528 3 数值30.533 0 。.5332 数值40.531 1 O. 534 2 数值50.521 6 O. 520 4 数值60.527 2 O. 528 5 数值70.525 6 O. 534 0 数值80.534 6 。.5304 数值90.51

27、9 1 O. 520 7 数值100.524 7 O. 530 3 数值110.532 8 O. 530 7 数值120.534 7 0.533 9 平均值0.527 76 0.529 22 影响观测到的测量变动性的随机影响如下2粗糙度测量标准上Ra值的变化;a) 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。数平均值3 4 5 0.522 9 0.525 2 O. 528 7 O. 525 52 0.526 6 0.532 3 0.526 0 0.527 H 0.528 6 0.531 9 O. 530 9 0.531 52 0.530 6 0.533 4 0.531

28、3 0.532 12 0.522 1 0.526 2 0.520 0 0.522 06 0.529 1 0.525 4 0.526 6 0.527 36 0.529 5 O. 533 2 0.529 1 0.530 28 0.533 8 O. 536 2 0.532 7 0.533 54 0.523 2 0.526 2 O. 526 2 0.523 08 0.531 5 0.529 5 。52460.528 12 0.530 1 0.531 0 0.527 9 0.530 50 O. 528 6 O. 538 4 0.531 7 0.533 46 O. 528 05 。.530 74 O. 5

29、27 98 0.528 75 假定以上每一项随机效应都有未知的方差，对应地用符号4、品和aM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h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CANOVA)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Xij表示第1次测量评定的第z个值。由以下各式可计算算术平均值王、艺和Xz 支=垃xvX=tzxq X苟言凡由以下各式可计算与这些均值相关的平方和5，、5，、53和510 GB/T 19600-2004/

30、ISO 12179 ,2000 一一一一一51 60 X2 ANOVA方法概述52二5 (Xi - X) 5, 12(支;-E)25，二三;二(x- Xi - X, - X) 表C.2给出了ANOVA方法的概述。表C.2平方和自由度平方均值由平方均值变动性来源S, S, 估计的方差t M1= t 平均值S, 16. 77459375 l M，16. 77459375 测量标准间的变化S. O. 000804725 11 M，7.315 6818e-5 a2M +Soi 测量评定间的变化S, O. 000075 196 4 M , 1. 879 900 Oe-5 而十1M仪器重复性S, O. 0

31、00 252 648 44 M , O. 574200 Oe-5 i4 lili-lfili-用S、sE和sL对应表示ai、ai和饨的估计，这些是从表C.2的最后列得到的-, (M, _M, )2 S在二=一斗一一，SR= 3.67 nm ? (M_ _M.t. )2 st=一-. -7JL一，SE= 1. 04 nm S=M4，SM二2.40口msb的自由度与M生的自由度相同，是4404和边的自由度分别是M2-M，和(M，M，沪的有效自由度，可以由韦尔奇-萨特思韦特式计算出来(见I11F1059)。 川扎一儿f，) 2 eff(sh)=一一一U4一9.3 Mj,M; 11 44 (儿，咱儿f

32、，)2 (s) =一.-，一一一二1.9， 一-4 44 校准证书给出了标称值Ra二O.529 4m.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口.5294mX4% Ucal二二二L牛毛二主-一12.2 nm 、3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zU= R百Ual= 12.5 nm 扩展不确定度U为0.025m.k二2。注z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。OOONdhFNF。自叮CON-。但由户问白。GB/T 19

33、600-2004/ISO 12179:2000 附录(资料性附录)在产品几何技术规范体系中的关系D 本标准的信息及其应用D. 1 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。本标准在GPS矩阵模式中的位置D.2 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皮、波纹度和原始轮廓部分，如图D.1所示。综合的GPS标准通用的GPS标准链环号1 2 3 4 5 6 尺寸距离半径角度与基准无关的线形状与基准相关的线形状基础的与基准无关的面形状GPS 与基准相关的面形状标准方向位置圆跳动圭跳动基准粗糙度轮廓波纹度轮廓原始轮廓表团缺陷棱边图D.1 相关的标准D.3 相关的标准为图以1所示标准链涉及的标准。侵权必究书号155066.1-22523 房版权专有