ISO 25178-700:2022
(Main)Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 700: Calibration, adjustment and verification of areal topography measuring instruments
Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 700: Calibration, adjustment and verification of areal topography measuring instruments
This document specifies generic procedures for the calibration, adjustment and verification of metrological characteristics that areal topography measuring instruments have in common, as stated in ISO 25178-600. Because surface profiles can be extracted from surface topography images, most of the methods described in this document can be adapted to profiling instruments. Instrument-specific issues are not covered by this document. For example, for instruments based on mechanical probing where the probe follows an additional arcuate motion, additional measures are specified in ISO 25178-701. This document does not include procedures for area-integrating methods, although those are also stated in ISO 25178-6. For example, light scattering belongs to a class of techniques known as area-integrating methods for measuring surface topography.
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Surfacique — Partie 700: Étalonnage, ajustage et vérification d'instruments de mesure de la topographie des surfaces
Le présent document spécifie des modes opératoires génériques pour l’étalonnage, l’ajustage et la vérification des caractéristiques métrologiques que les instruments de mesure de la topographie des surfaces ont en commun, comme indiqué dans l’ISO 25178‑600. Comme les profils peuvent être extraits des images par topographie de surface, la plupart des méthodes décrites dans le présent document peuvent être adaptées aux instruments de profilométrie. Les problèmes spécifiques des instruments ne sont pas couverts dans le présent document. Par exemple, pour les instruments basés sur un palpage mécanique, lorsque le palpeur suit un mouvement arqué additionnel, des mesures additionnelles sont spécifiées dans l’ISO 25178‑701. Le présent document n’inclut pas de modes opératoires pour les méthodes d’intégration des surfaces, bien que celles-ci soient aussi mentionnées dans l’ISO 25178‑6. Par exemple, la diffusion de la lumière appartient à une classe de techniques connue sous le nom de méthodes d’intégration des surfaces servant à mesurer la topographie des surfaces.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 25178-700
First edition
2022-12
Geometrical product specifications
(GPS) — Surface texture: Areal —
Part 700:
Calibration, adjustment and
verification of areal topography
measuring instruments
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface:
Surfacique —
Partie 700: Étalonnage, ajustage et vérification d'instruments de
mesure de la topographie des surfaces
Reference number
© ISO 2022
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Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .v
Introduction . vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviated terms.2
5 Calibration, adjustment and verification of an instrument . 3
5.1 General . 3
5.2 Methods for calibration, adjustment and verification . 3
5.3 Instrument calibration procedure . 4
5.3.1 Calibration by measurement standards . 4
5.3.2 Handling of defects on material measures . 4
5.3.3 Measurement procedures for calibration with measurement standards . 4
5.3.4 Calibration conditions . 4
6 Determination of the metrological characteristics of the instrument .5
6.1 General . 5
6.2 Reporting of the measurement conditions . 5
6.3 Handling of non-measured points . 5
6.4 Handling of spurious data and outliers . 5
6.5 Metrological characteristic: measurement noise, N , and instrument noise, N . 5
M I
6.5.1 General . 5
6.5.2 Determination of measurement and instrument noise: application of filters
or operators . 6
6.5.3 Determination of measurement and instrument noise: material measures
for instrument and measurement noise estimation . 6
6.5.4 Determination of measurement and instrument noise: procedure for the
determination of measurement noise . 6
6.6 Determination of flatness deviation . 10
6.6.1 General . 10
6.6.2 Material measure for determination of flatness deviation . 10
6.6.3 Procedure for determination of flatness deviation . 10
6.6.4 Improvement of flatness deviation estimation . 10
6.6.5 Application of filters and operators . 11
6.6.6 Calibration of flatness deviation . 11
6.7 Determination of the amplification coefficient α for the z-axis . 11
z
6.7.1 General . 11
6.7.2 Determination of the amplification coefficient α for the z-axis: material
z
measures . 11
6.7.3 Procedure for determination of amplification coefficient α for the
z
instrument z-axis .12
6.7.4 Type PGR (profile-groove-rectangular): groove, straight (rectangular or
trapezoidal) measurement areas .12
6.7.5 Other material measures for the instrument z-axis calibration. 14
6.7.6 Procedure for determination of amplification coefficient α for the
z
instrument z-axis: range and distance of measurement positions for the
calibration of the z-scale of the instrument . 15
6.7.7 Range and distance of measurement position for the calibration of a
reduced z-scale of the instrument . 15
6.8 Determination of z-linearity deviation l . 15
z
6.8.1 General .15
6.8.2 Determination of the complete and local z-linearity deviation l : z-scan
z
range . 15
iii
6.8.3 Determination of z-linearity deviation l . . 15
z
6.8.4 Determination of z-linearity deviation l : sizes of step heights to be
z
measured. 16
6.8.5 Determination of z-linearity deviation l : positions within the instrument
z
z-range . 17
6.8.6 Determination of z-linearity deviation l : Non-default methods. 17
z
6.9 Determination of the amplification coefficients α and α in x- and y-direction and
x y
mapping deviation Δ (x,y) and Δ (x,y) . 17
x y
6.9.1 General . 17
6.9.2 Determination of the amplification coefficient α and α in x- and
x y
y-direction and mapping deviation Δ (x,y) and Δ (x,y): material measures . 18
x y
6.9.3 Determination of the amplification coefficient α and α in x- and y-direction
x y
and mapping deviation Δ (x,y) and Δ (x,y): assessed measurement volume . 19
x y
6.9.4 Procedure for the determination of the amplification coefficient α and α
x y
and mapping deviation Δ (x,y) and Δ (x,y) of the x- and y-axes .20
x y
6.10 Perpendicularity of the instrument z-axis with respect to the x-y areal reference .20
6.11 Topographic spatial resolution W . 20
R
6.11.1 General .20
6.11.2 Material measures for topographic spatial resolution .20
6.11.3 Instrument transfer function (ITF) curve f . 21
ITF
6.11.4 Lateral period limit D . 21
LIM
6.11.5 Use of optical lateral resolution parameters . 21
6.12 Topography fidelity T . 21
FI
6.12.1 General . 21
6.12.2 Determination of the topography fidelity T using reference metrology . 21
FI
6.12.3 Determination of the small-scale fidelity limit T .22
FIL
6.12.4 Slope-dependent effects . 22
7 General information .22
Annex A (informative) Relation to the GPS matrix model .23
Bibliography .24
iv
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 213, Dimensional and geometrical product
specifications and verification, in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN)
Technical Committee CEN/TC 290, Dimensional and geometrical product specification and verification, in
accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
A list of all parts in the ISO 25178 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
v
Introduction
This document is a geometrical product specification (GPS) standard and is to be regarded as a general
GPS standard (see ISO 14638). It influences chain links E, F and G of the chains of standards on profile
surface texture and areal surface texture.
The ISO/GPS matrix model given in ISO 14638 gives an overview of the ISO/GPS system, of which this
document is a part. The fundamental rules of ISO/GPS given in ISO 8015 apply to this document and
the default decision rules given in ISO 14253-1 apply to the specifications made in accordance with this
document, unless otherwise indicated.
For more detailed information of the relation of this document to other standards and the GPS matrix
model, see Annex A.
In the GPS concept, the design values of geometric parameters on workpieces and their tolerances are
compared with the measurement of those parameters on the corresponding manufactured workpieces
and their associated measurement uncertainties. For a reliable result it is therefore necessary to
calibrate the measurement instrument involved in this process.
This document specifies default procedures for the calibration, adjustment and verification of surface
topography measuring instruments, using material measures traceable to the meter through a national
metrology institute or qualified laboratory, see ISO/IEC Guide 99:2007, 2.41. Default methods are
recommended when no other calibration procedures have been clearly defined.
This document describes the calibration (see ISO/IEC Guide 99:2007, 2.39), adjustment (see
ISO/IEC Guide 99:2007, 3.11) and verification (see ISO/IEC Guide 99:2007, 2.44) in general for
topography measuring instruments.
The calibration of an instrument’s metrological characteristics enables the verification of the
instrument’s specifications when the specifications are based on these metrological characteristics.
This also enables the comparison of systems of different manufacturers that may be based on different
measurement principles.
The metrological characteristics capture all of the factors that can influence a measurement result
(influence quantities) and can be propagated appropriately through a specific measurement model to
estimate measurement uncertainty.
Calibration is a part of the determination of the overall uncertainty of measurement. The complete
evaluation of measurement uncertainty may include other factors such as operator variability, changing
environmental influences, the effects of thermal and mechanical stresses on the sample part and other
factors that are not accounted for in the instrument calibrations.
Alternative calibration techniques to the defaults given here are equally acceptable, depending on
the capabilities of the instrumentation and provided those alternatives have clear traceability paths.
Example techniques include those based on an independent realization of the meter using a natural
emission wavelength, the value for which has been established with a known uncertainty.
vi
INTERNATIONAL STANDARD ISO 25178-700:2022(E)
Geometrical product specifications (GPS) — Surface
texture: Areal —
Part 700:
Calibration, adjustment and verification of areal
topography measuring instruments
1 Scope
This document specifies generic procedures for the calibration, adjustment and verification of
metrological characteristics that areal topography measuring instruments have in common, as stated
in ISO 25178-600.
Because surface profiles can be extracted from surface topography images, most of the methods
described in this document can be adapted to profiling instruments.
Instrument-specific issues are not covered by this document. For example, for instruments based on
mechanical probing where the probe follows an additional arcuate motion, additional measures are
specified in ISO 25178-701.
This document does not include procedures for area-integrating methods, although those are also
stated in ISO 25178-6. For example, light scattering belongs to a class of techniques known as area-
integrating methods for measuring surface topography.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 25178-600:2019, Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 600:
Metrological characteristics for areal topography measuring methods
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
non-measured points
surface locations for which no valid measured values exist
Note 1 to entry: The handling of non-measured points is specified in 6.3.
Note 2 to entry: Non-measured points may be caused by a feature of the measuring instrument or by a defect on
the surface of the measurement standard which is outside the range of the instrument.
3.2
spurious data
data that have been qualified as measurable by the measurement principle but deviate significantly
from a reasonable value range, based on a priori knowledge
Note 1 to entry: Spurious data may relate to single points or a small group of points that have been classified as
measurable by the measurement instrument. They are identified as spurious data by determining their values
to be unlikely based on a priori knowledge about both the expected surface and the instrument, or simply by
defects and contamination on the surface. Spurious data may appear as outliers or spikes.
Note 2 to entry: Spurious data can be caused by environmental conditions, such as vibration or external light
sources, by interaction between the surface and instrument, or simply by defects and contamination on the
surface. Spurious data may appear as outliers or spikes.
Note 3 to entry: The handling of spurious data is specified in 6.4.
3.3
measurement noise
N
M
noise added to the output signal occurring during the normal use of the instrument
[SOURCE: ISO 25178-600:2019, 3.1.15, modified — Notes to entry removed.]
3.4
instrument noise
N
I
internal noise added to the output signal caused by the instrument if ideally placed in a noise-free
environment
[SOURCE: ISO 25178-600:2019, 3.1.14, modified — Notes to entry removed.]
3.5
z-linearity deviation
l
z
maximum local linearity difference between the line from which the amplification coefficient is derived
and the response function
[SOURCE: ISO 25178-600:2019, 3.1.11, modified — Term revised and note to entry removed.]
3.6
instrument transfer function curve
f
ITF
curve describing an instrument’s height response as a function of the spatial frequency of the surface
topography
[SOURCE: ISO 25178-600:2019, 3.1.19, modified — Term revised and notes to entry removed.]
3.7
topography fidelity
T
FI
closeness of agreement between a measured surface profile or measured topography and one whose
uncertainties are insignificant by comparison
[SOURCE: ISO 25178-600:2019, 3.1.26, modified — Note to entry removed.]
4 Symbols and abbreviated terms
The metrological characteristics for areal topography measuring methods and associated symbols
and abbreviated terms are defined in ISO 25178-600. Table 1 contains a list of these metrological
characteristics.
a
Table 1 — List of metrological characteristics for surface texture measurement methods
Main potential error
Metrological characteristic Clause and figure in ISO 25178- along
Symbol
(and clause in this document) 600:2019 containing definition (ISO 25178-600:2019,
3.1.2)
Amplification coefficient (6.7) α , α , α 3.1.10 (Figure 2) x, y, z
x y z
Linearity deviation (6.8) l , l , l 3.1.11 (Figure 2) x, y, z
x y z
Flatness deviation (6.6) z 3.1.12 z
FLT
Measurement noise (6.5) N 3.1.15 z
M
Topographic spatial resolution (6.11) W 3.1.20 z
R
x-y mapping deviations (6.9) Δ (x,y), Δ (x,y) 3.1.13 x, y
x y
Topography fidelity (6.12) T 3.1.26 x, y, z
FI
NOTE 1 Depending on the measurement application, other axis motion errors (see ISO 230-1, ISO 10360-7 and ISO 10360-8) can also be significant but are
not listed here for surface texture measurement.
NOTE 2 The maximum measurable slope is an important limitation to be specified for a surface topography measurement instrument. However, users do not
need to measure this parameter unless it is part of a measurement model.
a
Adapted from ISO 25178-600:2019, Table 1.
5 Calibration, adjustment and verification of an instrument
5.1 General
This document defines default methods for calibration. It also specifies the general principle for
adjustment, verification and determining performance specifications, see Figure 1. Other methods
used for calibration shall meet the requirements as specified here and shall be specified.
If no adjustment is necessary, the initial calibration constitutes the verification. In this case the
calibration result contributes to the measurement uncertainty calculation.
If adjustment is done, verification may be done by a subsequent calibration after adjustment.
NOTE The white arrow indicates the possible subsequent comparison with specifications.
Figure 1 — Flow chart of calibration, adjustment and verification procedure
NOTE 1 Determination of the metrological characteristics is not intended to assess the errors due to the
calibration and computational algorithms. These algorithms can be verified using software measurement
standards, see ISO 25178-71 and ISO 25178-72.
NOTE 2 Performance specifications are typically provided by instrument manufacturers.
5.2 Methods for calibration, adjustment and verification
In this document, methods are defined for noise (6.5), flatness deviation (6.6.2), amplification
(6.7.2), linearity deviation (6.8.3) and x-y mapping deviations (6.9.2). For each of these metrological
characteristics a method for the determination of its value is defined. Depending on the characteristics
these methods can be used both to calibrate and to verify after adjustment.
No default methods are defined for perpendicularity of the instrument z-axis with respect to the x-y
areal reference (6.10), topographic spatial resolution (6.11) and topography fidelity (6.12).
5.3 Instrument calibration procedure
5.3.1 Calibration by measurement standards
The default procedures all include the use of material measures. Calibrated measurement standards,
as defined in ISO 25178-70, shall be used during the determination of the metrological characteristics
of the instruments. The deviation from the values stated in the calibration certificate shall be recorded
and the uncertainty of the calibration values shall be taken into account. The measurement standards
(calibrated material measures) shall be selected by taking into account the characteristics of the surface
to be measured.
NOTE 1 The requirements for the material measures are described in ISO 25178-70 and for contact (stylus)
instruments in ISO 25178-701:2010, 5.2.1.2.
NOTE 2 Optical flats do not need to be calibrated for the determination of noise as specified in 6.5.
5.3.2 Handling of defects on material measures
Measurement standards without defects should be selected as a first preference. In all cases, however,
the possibility of surface defects (in the sense of ISO 25178-73:2019, 3.1.2) shall be addressed when a
physical measurement standard is used for calibration tasks. Defects shall be identified or described
in accordance with ISO 25178-73:2019, 3.2. Measurement records shall include a statement on the
selected response to any encountered surface defects (ISO 25178-73:2019, 3.3), paying attention to the
distinction between effective and ineffective defects. If it is not possible to plan valid measurements for
a task on a defective standard, that standard shall not be used for that task.
For brevity, such defect-response statements may refer to procedures stated on the calibration
certificate of the measurement standard or other suitable documentation from the supplier.
NOTE The supplier of the defective measurement standard will possibly be able to supply an alternative
calibration certificate and/or associated measurement procedure that are compatible with the observed defects,
allowing valid measurements to be planned without repair or replacement of the standard.
5.3.3 Measurement procedures for calibration with measurement standards
Measurement procedures specified on the calibration certificate of the measurement should be adhered
to as closely as possible while using it for the determination of metrological characteristics.
5.3.4 Calibration conditions
Determination of the metrological characteristics shall be performed for each individual instrument
and each instrument setup (configuration) used in practice. Environmental conditions shall be similar
to working conditions for subsequent measurement activity for that instrument. The selection and
configuration of evaluation software shall be the same as that used in practice.
Calibration for determining instrument specification shall be done under documented measurement
conditions and these conditions shall be reported (see ISO/IEC 17025:2017, 6.3).
NOTE The instrument setup (configuration) is generally application specific.
EXAMPLE Examples of different setups (configurations):
— use of objective lenses with different magnifications;
— use of different stylus tip radii;
— use of different scanning directions;
— use of different scanning speeds;
— different environmental conditions, such as a significantly different temperature.
6 Determination of the metrological characteristics of the instrument
6.1 General
The metrological characteristics of the instrument that may influence the measurement result and the
evaluated measurement uncertainty shall be determined:
— within the measurement volume defined for the intended application;
— at different positions within the measurement volume, if applicable;
— according to an agreed or accepted measurement scheme;
— for different scanning speeds or directions, if applicable.
General measurement schemes are given in the following clauses and more detailed measurement
schemes may be specified for each measuring principle.
6.2 Reporting of the measurement conditions
Measurement conditions, relevant instrument settings and environmental conditions may influence
the metrological characteristics and shall be reported. Potential disturbances, such as acoustic noise,
vibration or lighting conditions, shall be reported but may be described qualitatively.
NOTE 1 Examples of instrument settings and environmental conditions include: temperature;
humidity; internal illumination configuration; scan increment; scan speed for scanning instruments (see
ISO 25178-604:2013, 2.5.12 and 2.5.13).
NOTE 2 Example phrases for qualitative reporting include “No vibrations or strong vibrations” and “no
disturbance by external illumination”; see also 6.5.2.
6.3 Handling of non-measured points
By default, no interpolation and filling of non-measured points within the relevant areas is applied for
the determination of the metrological characteristics. However, if interpolation and filling is applied,
it shall be reported. Measurements for which a significant number of the points are non-measured
should be discarded. Interpolation or other mathematical algorithms shall not change the status of non-
measured points to measured points.
6.4 Handling of spurious data and outliers
Depending on a priori knowledge and later applications, spurious data within the region of interest
should be removed from the measured points and should be treated in the same way as non-measured
points, as specified in 6.3.
6.5 Metrological characteristic: measurement noise, N , and instrument noise, N
M I
6.5.1 General
The instrument noise is the minimum achievable noise under the most ideal circumstances.
Evaluation of instrument noise shall be performed under the best conditions for the characterization of
instrument performance, see ISO 25178-600.
For some instruments, instrument noise cannot be completely separated from other types of
measurement noise because the instrument only acquires data while moving. If so, any measured noise
includes a dynamic component. See also static noise (ISO 25178-600: 2019, 3.2.6) and dynamic noise
(ISO 25178-600: 2019, 3.2.7).
6.5.2 Determination of measurement and instrument noise: application of filters or operators
In applications where filters or operators are used, the measurement noise determination should
proceed under the same filter conditions as those used for measurements. The used filters with the
applied nesting indices and the used operators shall be reported.
A quantitative statement of measurement noise shall include any filters that may influence the spatial
frequencies over which the noise is determined.
An instrument noise specification shall include the relevant data acquisition time, the number of
independent data points and any spatial or temporal filters that may influence the spatial frequencies
over which the noise is determined (see Reference [19]).
NOTE The S-filter as a low-pass filter reduces the noise but can affect the topographic spatial resolution if
this resolution is limited by the lateral sampling. When estimating the noise for the highest lateral resolution, it
can be preferable to perform measurements without applying an S-filter.
EXAMPLE In a specification sheet a quantitative statement of instrument noise can be indicated as follows:
full measurement area, 1 s data acquisition (at 10 averages per second) and a 3 × 3 pixel median filter.
6.5.3 Determination of measurement and instrument noise: material measures for instrument
and measurement noise estimation
The default material measure for instrument noise determination should be one that:
— is compatible with the instrument measurement principle;
— has a smooth and flat surface;
— has surface properties that give an optimum signal-to-noise ratio.
By default, this material measure shall be optically aligned so that a minimum measurement range of
the instrument is used. Material measures with an antireflection coating for optical measurements
or those causing stick-slip during mechanical measurement may not provide an optimum signal-to-
noise ratio. Other types of surfaces can also be used if specified. For example, a minimum amount of
roughness may be required for measurement principles such as focus variation microscopy.
The evaluation of the measurement noise is best performed on the surface to be measured on a
workpiece under inspection or on a representative sample with similar surface features to the
workpiece surface.
EXAMPLE Type AFL material measures as defined in ISO 25178-70 can be used for the instrument noise
evaluation.
6.5.4 Determination of measurement and instrument noise: procedure for the determination
of measurement noise
6.5.4.1 General
The subtraction method, 6.5.4.3, is the default method for determination of measurement noise of areal
measuring instruments.
6.5.4.2 Assessed parameter
The assessed parameter is N according to Formula (1) or (3).
M
6.5.4.3 Estimation of measurement noise by the subtraction method
The default method for the determination of measurement noise is the measurement of a material
measure according to 6.5.3, which shall be measured twice at the same location with the shortest
possible time difference between the two sequential measurements. The two measured topographies
are subtracted from each other. Ideally this makes the result independent of the exact topography of
the material measure, such that no filtration nor any further form removal of the material measure is
required. The vertical drift and any drift in the surface tilt can be eliminated by removing a least-
squares plane from the measurements or from the measurement difference. The measurement noise
N is the root mean square (RMS) of the remaining differences divided by 2 .
M
The measurement noise is determined in practice by calculating the RMS height S (or R for profile
q q
measurements), as defined in ISO 25178-2, of the difference of two maps. The noise is then obtained by
dividing this S value by 2 . S is assessed on the S-L or S-F surface, as appropriate. The nesting indices
q q
should be as close as possible to those nesting indices used afterwards for measurements.
For scanning point sensors, the instrument noise shall be determined accordingly by profile
measurements or scanning areal measurements, depending on the application.
NOTE 1 A mathematical description of the subtraction method for estimating the measurement noise is given
in Formula (1).
1 1 1
NS= (,zx()yz− ()xy,)= ()zx(),,yz− ()xy d xyd (1)
Mq 12 12
∫∫∫
A
2 2
A
where
N is the measurement noise;
M
S is the root mean square height;
q
A
is the measured area;
z is the topography result from the first measurement;
z
is the topography result from the second measurement.
NOTE 2 A mathematical description of the procedure for uniformly spaced discretely sampled data is given in
Formula (2).
N
N
y
x
1 1 2
N = zx ,,yz− xy (2)
()() ()
M 12jk jk
∑∑
NN
xy
j==11k
where
N is the measurement noise obtained by the subtraction method, taking two measurements;
M
N , N are the number of data points in the x- and y-directions, respectively.
x y
NOTE 3 The division by 2 accounts for the fact that each of the two measurements contributes to the noise.
NOTE 4 Although the description of instrument noise in ISO 25178-701 (there specified as dynamic noise)
refers to contact (stylus) instruments, that concept is now generalized in this document as measurement noise
for all scanning point sensors.
For instruments that acquire data by scanning through a range of surface heights, for example CSI
and confocal microscopes, the data acquisition time may be expressed as a height-scanning rate, for
example 10 µm/s.
NOTE 5 The terms “vertical resolution”, “surface height resolution” and similar are sometimes found in
technical literature and in instrument brochures. “Vertical resolution” refers qualitatively to the smallest
[22]
variation in surface height in a topography that can be meaningfully measured.
6.5.4.4 Estimation of measurement noise by the averaging method
To obtain a stable noise estimate, and to enable an assessment of the noise stability, the object
is measured several times (n, n ≥ 3) at the same location with the shortest possible time difference
between the repeated measurements. The time required to acquire the signal data for each individual
measurement (defined as the ‘data acquisition time’) shall be reported, as well as any filtering that
alters the noise value. The measured topographies are averaged, and this average is subtracted from
each measurement. Ideally this makes the result independent of the exact topography of the material
measure such that no filtration nor any further form removal of the material measure is required. The
vertical drift and any drift in the surface tilt can be eliminated by removing a least-squares plane from
the individual measurements. The RMS of the differences with the mean, corrected for the degrees of
freedom, is the measurement noise obtained by averaging N .
M
NOTE 1 Mathematical description of the procedure for uniformly-spaced discretely sampled data is given in
Formula (3).
n 1 N N
xy
zx ,,yz− xy n
()() () 2
ij kjm k
∑∑ ∑
i==11j k=1 SSz xy,,−zx y
()() ()
NN
qmi
∑
xy
i=1
N = = (3)
M
n−1 n−1
where
N is the measurement noise obtained by the subtraction method, taking n measurements;
M
N , N are the number of data points in the x- and y-directions, respectively;
x y
S is the root mean square height as defined in ISO 25178-2;
q
th
z is the i topography measurement;
i
z is the mean value of the z-coordinates of the n measurements.
m
NOTE 2 For n = 2, Formula (3) gives the same result as Formula (2), noting that for this case
zx(),½yz= ()xy,,+zx()y . The derivation is given in Reference [23].
()
m 12
NOTE 3 If the instrument does not enable access to individual data points or the subtraction of topographies,
but enables averaging of topographies, then the following Formula (4) can also be used:
n
Sz xy,,−⋅nS zx y
()() ()()
qqi m
∑
i=1
N = (4)
M
n−1
where
N is the measurement noise obtained by the averaging method;
M
S is the root mean square height as defined in ISO 25178-2;
q
th
z is the i topography measurement;
i
z is the mean value of the z-coordinates of the n measurements.
m
See 6.5.4.3.
6.5.4.5 Determination of the stabilized measurement noise by the subtraction method
If the noise is determined from pairs of measurements as in Formula (2), this noise measurement should
be repeated p ≥ 3 times; the measurement noise can be approximated by Formula (5).
p
N = N (5)
MM∑ i
i=1
p
where
is the stabilized measurement noise obtained by the subtraction method;
N
M
th
N is the i measurement of the measurement noise each as performed according to 6.5.4.3;
Mi
p
is the number of pair combinations.
When all possible pair combinations from n (n even) measurements are taken, Formula (6) gives the
same result as Formula (3).
The noise stability is given by the determination of the standard deviation of the noise values N .
Mi
NOTE 1 The repeated measurements only stabilize the noise value without reducing it.
NOTE 2 The recording of the noise stability can show non-periodic environmental influences or time-
dependent influences.
6.5.4.6 Determination of the stabilized measurement noise by the averaging method
For recording the stability of the noise estimation, the measurement should be repeated at least three
times (n ≥ 3), and the measurement noise as a function of the measurement number i is determined by
Formula (6).
Sz xy,,−zx y
()() ()
qmi
N = (6)
Mi
−1
1−n
where
th
N is the i measurement of the measurement noise;
Mi
S is the root mean square height as defined in ISO 25178-2;
q
th
z is the i measurement;
i
z is the mean value of the z-coordinates of the n measurements.
m
NOTE 1 The repeated measurements only stabilize the noise value without reducing it.
NOTE 2 The recording of the noise stability can show non-periodic environmental influences or time-
dependent influences.
If the instrument does not enable access to individual data points and/or does not enable the subtraction
of topographies, but enables averaging of topographies, and S (z (x,y)) > S (z (x,y)) for every i = 1 . n,
q i q m
then Formula (7) may also be used.
Sz()()xy,,−Sz()()xy
qqi m
N = (7)
Mi
−1
1−n
where
th
N is the i measurement of the measurement noise each as performed according to 6.5.4.4;
Mi
S is the root mean square height as defined in ISO 25178-2;
q
th
z is the i topography measurement;
i
z is the mean value of the z-coordinates of the n measurements.
m
NOTE 3 Formula (7) is also an approximation and can slightly vary from the absolute values of Formula (6),
but the stability is monitored just as effectively.
6.6 Determination of flatness deviation
6.6.1 General
The flatness deviation z is defined in ISO 25178-600 as the deviation of the m
...
NORME ISO
INTERNATIONALE25178-700
Première édition
2022-12
Spécification géométrique des
produits (GPS) — État de surface:
Surfacique —
Partie 700:
Étalonnage, ajustage et vérification
d'instruments de mesure de la
topographie des surfaces
Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal —
Part 700: Calibration, adjustment and verification of areal
topography measuring instruments
Numéro de référence
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction . vi
1 Domaine d’application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions .1
4 Symboles et abréviations .3
5 Étalonnage, ajustage et vérification d’un instrument .3
5.1 Généralités . 3
5.2 Méthodes d’étalonnage, d’ajustage et de vérification . 4
5.3 Mode opératoire d’étalonnage de l’instrument . 4
5.3.1 Étalonnage par des étalons . 4
5.3.2 Traitement des défauts sur les mesures matérialisées . 4
5.3.3 Modes opératoires de mesure pour l’étalonnage avec des étalons . 4
5.3.4 Conditions d’étalonnage . 4
6 Détermination des caractéristiques métrologiques de l’instrument .5
6.1 Généralités . 5
6.2 Consignation des conditions de mesure . 5
6.3 Traitement des points non mesurés . 5
6.4 Traitement des données erronées et des points aberrants . 6
6.5 Caractéristiques métrologiques : bruit de mesure, N , et bruit de l’instrument, N . 6
M I
6.5.1 Généralités . 6
6.5.2 Détermination du bruit de mesure et du bruit de l’instrument : application
de filtres ou d’opérateurs . 6
6.5.3 Détermination du bruit de mesure et du bruit de l’instrument : mesures
matérialisées pour l’estimation du bruit de l’instrument et du bruit de
mesure . 6
6.5.4 Détermination du bruit de mesure et du bruit de l’instrument : mode
opératoire pour la détermination du bruit de mesure . 7
6.6 Détermination de l’écart de planéité. 10
6.6.1 Généralités . 10
6.6.2 Mesure matérialisée pour la détermination de l’écart de planéité . 10
6.6.3 Mode opératoire pour la détermination de l’écart de planéité . 10
6.6.4 Amélioration de l’estimation de l’écart de planéité . 11
6.6.5 Application de filtres et d’opérateurs . 11
6.6.6 Étalonnage de l’écart de planéité . 11
6.7 Détermination du coefficient d’amplification α pour l’axe z .12
z
6.7.1 Généralités .12
6.7.2 Détermination du coefficient d’amplification α pour l’axe z : mesures
z
matérialisées.12
6.7.3 Mode opératoire pour la détermination du coefficient d’amplification α
z
pour l’axe z de l’instrument .12
6.7.4 Type PGR (profile - groove – rectangular) : rainure, aires de mesure
rectilignes (rectangulaires ou trapézoïdales) .13
6.7.5 Autres mesures matérialisées pour l’étalonnage de l’axe z d’un instrument .15
6.7.6 Mode opératoire pour la détermination du coefficient d’amplification α
z
pour l’axe z de l’instrument: plage et distance des positions de mesure
pour l’étalonnage de l’échelle z de l’instrument . 15
6.7.7 Plage et distance des positions de mesure pour l’étalonnage d’une échelle z
réduite de l’instrument . 16
6.8 Détermination de l’écart de linéarité de z, l . 16
z
6.8.1 Généralités . 16
iii
6.8.2 Détermination de l’écart de linéarité de z complet et local, l : plage de
z
balayage de z . 16
6.8.3 Détermination de l’écart de linéarité de z, l . 16
z
6.8.4 Détermination de l’écart de linéarité de z, l : dimensions des hauteurs de
z
marche à mesurer . . 17
6.8.5 Détermination de l’écart de linéarité de z, l : positions dans la plage z de
z
l’instrument . 17
6.8.6 Détermination de l’écart de linéarité de z, l : méthodes par défaut . 18
z
6.9 Détermination des coefficients d’amplification α et α dans les directions x et y et
x y
des écarts de cartographie Δ (x,y) et Δ (x,y) . 18
x y
6.9.1 Généralités . 18
6.9.2 Détermination des coefficients d’amplification α et α dans les directions x
x y
et y et des écarts de cartographie Δ (x,y) et Δ (x,y) : mesures matérialisées . 19
x y
6.9.3 Détermination des coefficients d’amplification α et α dans les directions
x y
x et y et des écarts de cartographie Δ (x,y) et Δ (x,y) : volume de mesure
x y
évalué . 20
6.9.4 Mode opératoire pour la détermination des coefficients d’amplification α
x
et α et des écarts de cartographie Δ (x,y) et Δ (x,y) des axes x et y . 21
y x y
6.10 Perpendicularité de l’axe z de l’instrument par rapport à la référence surfacique x-y . 21
6.11 Résolution spatiale topographique W . 21
R
6.11.1 Généralités . 21
6.11.2 Mesures matérialisées pour la résolution spatiale topographique .22
6.11.3 Courbe de la fonction de transfert de l’instrument (ITF) f .22
ITF
6.11.4 Période latérale limitée D . 22
LIM
6.11.5 Utilisation des paramètres de résolution latérale optique .22
6.12 Fidélité de topographie T . 22
FI
6.12.1 Généralités .22
6.12.2 Détermination de la fidélité de topographie T à l’aide de la métrologie de
FI
référence .23
6.12.3 Détermination de la limite de fidélité à petite échelle T .23
FIL
6.12.4 Effets dépendant de la pente . 23
7 Informations générales.23
Annexe A (informative) Relation avec le modèle de matrice GPS .24
Bibliographie .26
iv
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 213, Spécifications et vérification
dimensionnelles et géométriques des produits, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 290,
Spécification dimensionnelle et géométrique des produits, et vérification correspondante, du Comité
européen de normalisation (CEN) conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le
CEN (Accord de Vienne).
Une liste de toutes les parties de la série ISO 25178 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
v
Introduction
Le présent document est une norme de spécification géométrique des produits (GPS) et doit être
considéré comme une norme GPS générale (voir l’ISO 14638). Il influence les maillons E, F et G des
chaînes de normes relatives à l’état de surface du profil et à l’état de surface surfacique.
Le modèle de matrice ISO/GPS de l’ISO 14638 donne une vue d’ensemble du système ISO/GPS,
dont le présent document fait partie. Les principes fondamentaux du système ISO/GPS donnés
dans l’ISO 8015 s’appliquent au présent document et les règles de décision par défaut données dans
l’ISO 14253-1 s’appliquent aux spécifications faites conformément au présent document, sauf indication
contraire.
Pour de plus amples informations sur la relation du présent document avec les autres normes et le
modèle de matrice GPS, voir l’Annexe A.
Selon le concept GPS, les valeurs théoriques des paramètres géométriques des pièces et leurs tolérances
sont comparées au mesurage de ces paramètres sur les pièces fabriquées correspondantes et à leurs
incertitudes de mesure associées. Pour que le résultat soit fiable, il est donc nécessaire d’étalonner
l’instrument de mesure utilisé lors de ce processus.
Le présent document spécifie les modes opératoires par défaut à utiliser pour l’étalonnage, l’ajustage
et la vérification des instruments de mesure de la topographie de surface, à l’aide de mesures
matérialisées traçables au mètre par un institut de métrologie national ou un laboratoire qualifié; voir
le Guide ISO/IEC 99:2007, 2.41. Les méthodes par défaut sont recommandées quand aucun autre mode
opératoire d’étalonnage n’a été clairement défini.
Le présent document décrit l’étalonnage (voir le Guide ISO/IEC 99:2007, 2.39), l’ajustage (voir le
Guide ISO/IEC 99:2007, 3.11) et la vérification (voir le Guide ISO/IEC 99:2007, 2.44), d’une manière
générale, pour des instruments de mesure de la topographie.
L’étalonnage des caractéristiques métrologiques d’un instrument permet la vérification des
spécifications de l’instrument lorsque celles-ci sont basées sur ces caractéristiques métrologiques. Cela
permet aussi la comparaison des systèmes de fabricants différents pouvant être basés sur des principes
de mesure différents.
Les caractéristiques métrologiques capturent tous les facteurs pouvant influencer un résultat de
mesure (grandeurs d’influence) et elles peuvent être propagées de manière appropriée par le biais d’un
modèle de mesure spécifique pour estimer l’incertitude de mesure.
L’étalonnage est une partie de la détermination de l’incertitude de mesure globale. L’évaluation
complète de l’incertitude de mesure peut inclure d’autres facteurs, tels que la variabilité de l’opérateur,
les influences environnementales variables, les effets des contraintes thermiques et mécaniques
sur la pièce échantillon et d’autres facteurs qui ne sont pas pris en compte dans les étalonnages des
instruments.
Des techniques d’étalonnage alternatives différentes de celles données par défaut ici sont également
acceptables, en fonction des capacités de l’instrumentation et à condition que ces solutions alternatives
aient des chaînes de traçabilité claires. À titre d’exemple, on peut citer les techniques reposant sur une
réalisation indépendante du mètre à l’aide d’une longueur d’onde d’émission naturelle, dont la valeur a
été établie avec une incertitude connue.
vi
NORME INTERNATIONALE ISO 25178-700:2022(F)
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de
surface: Surfacique —
Partie 700:
Étalonnage, ajustage et vérification d'instruments de
mesure de la topographie des surfaces
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie des modes opératoires génériques pour l’étalonnage, l’ajustage et la
vérification des caractéristiques métrologiques que les instruments de mesure de la topographie des
surfaces ont en commun, comme indiqué dans l’ISO 25178-600.
Comme les profils peuvent être extraits des images par topographie de surface, la plupart des méthodes
décrites dans le présent document peuvent être adaptées aux instruments de profilométrie.
Les problèmes spécifiques des instruments ne sont pas couverts dans le présent document. Par exemple,
pour les instruments basés sur un palpage mécanique, lorsque le palpeur suit un mouvement arqué
additionnel, des mesures additionnelles sont spécifiées dans l’ISO 25178-701.
Le présent document n’inclut pas de modes opératoires pour les méthodes d’intégration des surfaces,
bien que celles-ci soient aussi mentionnées dans l’ISO 25178-6. Par exemple, la diffusion de la lumière
appartient à une classe de techniques connue sous le nom de méthodes d’intégration des surfaces
servant à mesurer la topographie des surfaces.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 25178-600:2019, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Surfacique — Partie
600: Caractéristiques métrologiques pour les méthodes de mesure par topographie surfacique
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
points non mesurés
positions de surface pour lesquelles il n’existe aucune valeur mesurée valide
Note 1 à l'article: Le traitement des points non mesurés est spécifié en 6.3.
Note 2 à l'article: Les points non mesurés peuvent être causés par un élément de l’instrument de mesure ou par
un défaut sur la surface de l’étalon qui est situé hors de la plage de l’instrument.
3.2
données erronées
données qui ont été qualifiées comme étant mesurables par le principe de mesure, mais qui s’écartent
nettement d’une plage de valeurs raisonnable d’après les connaissances préalables
Note 1 à l'article: Les données erronées peuvent se rapporter à des points uniques ou à de petits groupes de points
qui ont été classifiés comme étant mesurables par l’instrument de mesure. Elles sont identifiées comme des
données erronées en déterminant que leurs valeurs sont peu probables sur la base des connaissances préalables
concernant la surface attendue et l’instrument, ou simplement par des défauts et la contamination de la surface.
Les données erronées peuvent apparaître comme des points aberrants ou des pointes.
Note 2 à l'article: Les données erronées peuvent être causées par les conditions environnementales, par exemple
vibrations, sources lumineuses externes, interaction entre la surface et l’instrument, ou simplement par des
défauts et la contamination de la surface. Les données erronées peuvent apparaître comme des points aberrants
ou des pointes.
Note 3 à l'article: Le traitement des données erronées est spécifié en 6.4.
3.3
bruit de mesure
N
M
bruit ajouté au signal de sortie, survenant en cours d'utilisation normale de l'instrument
[SOURCE: ISO 25178-600:2019, 3.1.15, modifié — Notes à l’article retirées.]
3.4
bruit de l'instrument
N
I
bruit interne ajouté au signal de sortie, causé par l'instrument lorsqu'il est placé de façon idéale dans un
environnement non générateur de bruit
[SOURCE: ISO 25178-600:2019, 3.1.14, modifié — Notes à l’article retirées.]
3.5
écart de linéarité z
l
z
différence locale maximale entre la droite à partir de laquelle est calculé le coefficient d'amplification et
la fonction de réponse
[SOURCE: ISO 25178-600:2019, 3.1.11, modifié — Terme révisé et note à l’article retirée.]
3.6
courbe de fonction de transfert de l'instrument
f
ITF
courbe décrivant la réponse en hauteur d'un instrument en fonction de la fréquence spatiale de la
topographie de la surface
[SOURCE: ISO 25178-600:2019, 3.1.19, modifié — Terme révisé et note à l’article retirée.]
3.7
fidélité de topographie
T
FI
étroitesse de la correspondance entre un profil de surface mesuré ou une topographie mesurée et celui
(celle) dont les incertitudes ne sont pas significatives par comparaison
[SOURCE: ISO 25178-600:2019, 3.1.26, modifié — Note à l’article retirée.]
4 Symboles et abréviations
Les caractéristiques métrologiques pour les méthodes de mesure de la topographie des surfaces et les
symboles et abréviations associés sont définis dans l’ISO 25178-600. Le Tableau 1 contient une liste de
ces caractéristiques métrologiques.
a
Tableau 1 — Liste des caractéristiques métrologiques pour la mesure de l’état de surface
Erreur potentielle
Caractéristique métrologique Article et figure dans
principale suivant
(et article dans le présent Symbole l’ISO 25178-600:2019 conte-
l’axe (ISO 25178-
document) nant la définition
600:2019, 3.1.2)
Coefficient d’amplification (6.7) α , α , α 3.1.10 (Figure 2) x, y, z
x y z
Écart de linéarité (6.8) l , l , l 3.1.11 (Figure 2) x, y, z
x y z
Écart de planéité (6.6) z 3.1.12 z
FLT
Bruit de mesure (6.5) N 3.1.15 z
M
Résolution spatiale topogra-
W 3.1.20 z
R
phique (6.11)
Écarts de cartographie x-y (6.9) Δ (x,y), Δ (x,y) 3.1.13 x, y
x y
Fidélité de topographie (6.12) T 3.1.26 x, y, z
FI
NOTE 1 Selon l’application de mesurage, d’autres erreurs de déplacement le long des axes (voir l’ISO 230-1, l’ISO 10360-7 et
l’ISO 10360-8) peuvent être significatives, mais ne sont pas énumérées ici pour la mesure de l’état de surface.
NOTE 2 La pente maximale mesurable est une limitation importante à spécifier pour un instrument de mesure de
topographie de surface. Cependant, un utilisateur n’a pas besoin de mesurer ce paramètre à moins qu’il ne fasse partie d’un
modèle de mesure.
a
Adaptée du Tableau 1 de l’ISO 25178-600:2019.
5 Étalonnage, ajustage et vérification d’un instrument
5.1 Généralités
Le présent document définit les méthodes par défaut pour l’étalonnage. Il spécifie aussi le principe
général pour l’ajustage, la vérification et la détermination des spécifications de performance; voir la
Figure 1. Les autres méthodes utilisées pour l’étalonnage doivent satisfaire aux exigences spécifiées ici
et doivent être spécifiées.
Si aucun ajustage n’est nécessaire, l’étalonnage initial constitue la vérification. Dans ce cas, le résultat
d’étalonnage contribue au calcul de l’incertitude de mesure.
Si un ajustage est effectué, la vérification peut être effectuée par un étalonnage ultérieur après ajustage.
NOTE La flèche blanche indique la comparaison ultérieure possible avec les spécifications.
Figure 1 — Diagramme de flux du mode opératoire d’étalonnage, d’ajustage et de vérification
NOTE 1 La détermination des caractéristiques métrologiques n’est pas destinée à évaluer les erreurs dues aux
algorithmes d’étalonnage et de calcul. Ces algorithmes peuvent être vérifiés en utilisant des étalons logiciels; voir
l’ISO 25178-71 et l’ISO 25178-72.
NOTE 2 Les spécifications de performance sont généralement fournies par le fabricant de l’instrument.
5.2 Méthodes d’étalonnage, d’ajustage et de vérification
Dans le présent document, des méthodes sont définies pour le bruit (6.5), l’écart de planéité (6.6.2),
l’amplification (6.7.2), l’écart de linéarité (6.8.3) et les écarts de cartographie x-y (6.9.2). Pour chacune
de ces caractéristiques métrologiques, une méthode est définie pour la détermination de sa valeur. En
fonction des caractéristiques, ces méthodes peuvent être utilisées à la fois pour réaliser l’étalonnage et
la vérification après ajustage.
Aucune valeur par défaut n’est définie pour la perpendicularité de l’axe z de l’instrument par rapport à
la référence surfacique x-y (6.10), la résolution spatiale topographique (6.11) et la fidélité de topographie
(6.12).
5.3 Mode opératoire d’étalonnage de l’instrument
5.3.1 Étalonnage par des étalons
Les modes opératoires par défaut comprennent tous l’utilisation de mesures matérialisées. Des étalons
étalonnés, tels que définis dans l’ISO 25178-70, doivent être utilisés pendant la détermination des
caractéristiques métrologiques des instruments. L’écart par rapport aux valeurs indiquées dans le
certificat d’étalonnage doit être enregistré et l’incertitude des valeurs d’étalonnage doit être prise en
compte. Les étalons (mesures matérialisées étalonnées) doivent être sélectionnés en tenant compte des
caractéristiques de la surface à mesurer.
NOTE 1 Les exigences pour les mesures matérialisées sont décrites dans l’ISO 25178-70, et celles concernant
les instruments à contact (à palpeur) dans l’ISO 25178-701:2010, 5.2.1.2.
NOTE 2 Les plans optiques n’ont pas besoin d’être étalonnés pour la détermination du bruit telle que spécifiée
en 6.5.
5.3.2 Traitement des défauts sur les mesures matérialisées
Il convient que les étalons sans défauts soient sélectionnés en priorité. Dans tous les cas, toutefois, la
possibilité de défauts de surface (au sens de l’ISO 25178-73:2019, 3.1.2) doit être envisagée lorsqu’un
étalon de mesure physique est utilisé pour des tâches d’étalonnage. Les défauts doivent être identifiés
ou décrits conformément à l’ISO 25178-73:2019, 3.2. Les enregistrements de mesure doivent inclure une
déclaration concernant la réponse sélectionnée à tout défaut de surface rencontré (ISO 25178-73:2019,
3.3), en veillant à faire une distinction entre les défauts efficaces et inefficaces. S’il n’est pas possible
de planifier des mesurages valides pour une tâche sur un étalon défectueux, cet étalon ne doit pas être
utilisé pour la tâche.
Pour des raisons de concision, ces déclarations de réponse à un défaut peuvent faire référence à
des modes opératoires mentionnés dans le certificat d’étalonnage de l’étalon ou dans toute autre
documentation adaptée provenant du fournisseur.
NOTE Le fournisseur de l’étalon défectueux pourra être en mesure de fournir un certificat d’étalonnage et/
ou un mode opératoire de mesure associé alternatifs, qui sont compatibles avec les défauts observés, permettant
de planifier des mesurages valides sans réparation ou remplacement de l’étalon.
5.3.3 Modes opératoires de mesure pour l’étalonnage avec des étalons
Il convient de suivre autant que possible les modes opératoires de mesure spécifiés dans le certificat
d’étalonnage de l’étalon pour la détermination des caractéristiques métrologiques.
5.3.4 Conditions d’étalonnage
La détermination des caractéristiques métrologiques doit être réalisée pour chaque instrument
individuel et chaque réglage (configuration) d’instrument utilisé dans la pratique. Les conditions
environnementales doivent être similaires aux conditions de travail pour l’activité de mesure ultérieure
pour cet instrument. La sélection et la configuration du logiciel d’évaluation doivent être les mêmes que
celles utilisées dans la pratique.
L’étalonnage servant à déterminer la spécification de l’instrument doit être effectué dans des conditions
de mesure documentées et ces conditions doivent être consignées (voir l’ ISO/IEC 17025:2017, 6.3).
NOTE Le réglage (configuration) d’instrument est généralement spécifique de l’application.
EXEMPLE Exemples de réglages (configurations) différents:
— utilisation de lentilles de focalisation avec des grossissements différents;
— utilisation de rayons de pointe de palpeur différents;
— utilisation de sens de balayage différents;
— utilisation de vitesses de balayage différentes;
— conditions environnementales différentes, par exemple une température nettement différente.
6 Détermination des caractéristiques métrologiques de l’instrument
6.1 Généralités
Les caractéristiques métrologiques de l’instrument susceptibles d’avoir une influence sur le résultat de
mesure et l’incertitude de mesure évaluée doivent être déterminées:
— dans le volume de mesure défini pour l’application prévue;
— à différentes positions dans le volume de mesure, le cas échéant;
— selon un programme de mesure convenu ou accepté;
— pour différentes vitesses ou différents sens de balayage, le cas échéant.
Les programmes de mesure généraux sont indiqués dans les articles suivants et des programmes de
mesure plus détaillés peuvent être spécifiés pour chaque principe de mesure.
6.2 Consignation des conditions de mesure
Les conditions de mesure, les paramètres pertinents de l’instrument et les conditions environnementales
peuvent influencer les caractéristiques métrologiques et doivent être consignés. Les perturbations
potentielles, telles que le bruit, les vibrations ou les conditions d’éclairage, doivent être consignées,
mais peuvent être décrites qualitativement.
NOTE 1 Exemples de paramètres de l’instrument et de conditions environnementales: température; humidité;
configuration de l’éclairage interne; incrément de balayage; vitesse de balayage pour les instruments à balayage
(voir l’ISO 25178-604:2013, 2.5.12 et 2.5.13).
NOTE 2 Exemples de phrases pour la consignation qualitative: «Pas de vibrations ou de fortes vibrations» et
«Pas de perturbations par un éclairage extérieur»; voir aussi 6.5.2.
6.3 Traitement des points non mesurés
Par défaut, aucune interpolation et aucun remplissage des points non mesurés dans les zones
pertinentes ne sont appliqués pour la détermination des caractéristiques métrologiques. Toutefois, si
une interpolation et un remplissage sont appliqués, cela doit être consigné. Il convient de rejeter les
mesurages pour lesquels le nombre de points non mesurés est significatif. L’interpolation ou d’autres
algorithmes mathématiques ne doivent pas modifier le statut d’un point non mesuré pour en faire un
point mesuré.
6.4 Traitement des données erronées et des points aberrants
Selon les connaissances préalables et les applications ultérieures, il convient d’éliminer les données
erronées dans la région d’intérêt et il convient de les traiter de la même manière que les points non
mesurés comme spécifié en 6.3.
6.5 Caractéristiques métrologiques : bruit de mesure, N , et bruit de l’instrument, N
M I
6.5.1 Généralités
Le bruit de l’instrument est le bruit minimal pouvant être obtenu dans des circonstances aussi idéales
que possible.
L’évaluation du bruit de l’instrument doit être réalisée dans les meilleures conditions pour la
caractérisation de la performance de l’instrument; voir l’ISO 25178-600.
Pour certains instruments, le bruit de l’instrument ne peut pas être totalement séparé des autres
types de bruit de mesure, car l’instrument n’acquiert des données que lorsqu’il se déplace. Dans
ce cas, tout bruit mesuré comprend une composante dynamique. Voir également bruit statique
(ISO 25178-600:2019, 3.2.6) et bruit dynamique (ISO 25178-600:2019, 3.2.7).
6.5.2 Détermination du bruit de mesure et du bruit de l’instrument : application de filtres ou
d’opérateurs
Dans les applications dans lesquelles des filtres ou des opérateurs sont utilisés, il convient que la
détermination du bruit de mesure se fasse dans les mêmes conditions de filtrage que celles utilisées
pour les mesurages. Les filtres utilisés, avec les indices d’imbrication appliqués, et les opérateurs
utilisés doivent être consignés.
Une déclaration quantitative du bruit de mesure doit inclure tout filtre pouvant influencer les fréquences
spatiales sur lesquelles le bruit est déterminé.
La spécification du bruit d’un instrument doit inclure la durée d’acquisition des données pertinentes,
le nombre de points de données indépendants et tout filtre spatial ou temporel pouvant influencer les
fréquences spatiales sur lesquelles le bruit est déterminé (voir Référence [19]).
NOTE L’utilisation d’un filtre S comme filtre passe-bas réduit le bruit, mais peut avoir une incidence sur la
résolution spatiale topographique si cette résolution est limitée par l’échantillonnage latéral. Lors de l’estimation
du bruit, il peut être préférable de réaliser les mesurages sans appliquer de filtre S pour la résolution latérale la
plus élevée.
EXEMPLE Dans une fiche de spécification, la déclaration quantitative du bruit d’un instrument peut être
indiquée comme suit: aire de mesure complète, durée d’acquisition de données de 1 s (10 moyennes par seconde)
et filtre médian de 3 × 3 pixels.
6.5.3 Détermination du bruit de mesure et du bruit de l’instrument : mesures matérialisées
pour l’estimation du bruit de l’instrument et du bruit de mesure
Il convient d’utiliser par défaut pour la détermination du bruit de l’instrument une mesure matérialisée
qui:
— est compatible avec le principe de mesure de l’instrument;
— a une surface lisse et plane;
— a des propriétés de surface conduisant à un rapport signal/bruit optimal.
Par défaut, cette mesure matérialisée doit être alignée optiquement pour qu’une plage de mesure
minimale de l’instrument soit utilisée. Des mesures matérialisées avec un revêtement antireflet pour
les mesurages optiques ou causant un «stick-slip» pendant les mesurages mécaniques peuvent ne pas
fournir un rapport signal/bruit optimal. D’autres types de surfaces peuvent également être utilisés
si cela est spécifié. Par exemple, un minimum de rugosité peut être nécessaire pour les principes de
mesure tels que la microscopie par focalisation dynamique.
Il vaut mieux réaliser l’évaluation du bruit de mesure sur la surface à mesurer de la pièce inspectée ou
sur un échantillon représentatif ayant des éléments de surface similaires à la surface de la pièce.
EXEMPLE Des mesures matérialisées de type AFL telles que définies dans l’ISO 25178-70 peuvent être
utilisées pour l’évaluation du bruit de l’instrument.
6.5.4 Détermination du bruit de mesure et du bruit de l’instrument : mode opératoire pour la
détermination du bruit de mesure
6.5.4.1 Généralités
La méthode par soustraction, en 6.5.4.3, est la méthode par défaut pour la détermination du bruit de
mesure des instruments de mesure surfacique.
6.5.4.2 Paramètre évalué
Le paramètre évalué est N selon la Formule (1) ou (3).
M
6.5.4.3 Estimation du bruit de mesure par la méthode par soustraction
La méthode par défaut pour la détermination du bruit de mesure consiste à réaliser un mesurage sur
une mesure matérialisée conforme à 6.5.3, qui doit être mesurée deux fois au même endroit avec un
délai aussi court que possible entre les deux mesurages séquentiels. Les deux topographies mesurées
sont soustraites l’une de l’autre. Idéalement, cela rend le résultat indépendant de la topographie exacte
de la mesure matérialisée, ce qui fait qu’aucune filtration ni aucune suppression de forme supplémentaire
de la mesure matérialisée n’est requise. La dérive verticale et toute dérive de l’inclinaison de la surface
peuvent être éliminées en soustrayant un plan des moindres carrés des mesurages ou de l’écart des
mesurages. Le bruit de mesure N est la moyenne quadratique des écarts restants divisée par 2 .
M
Le bruit de mesure est déterminé dans la pratique en calculant la hauteur moyenne quadratique S (ou
q
R pour le mesurage du profil), comme défini dans l’ISO 25178-2, de la différence entre deux cartes. Le
q
bruit est alors obtenu en divisant cette valeur S par 2 . S est évaluée sur la surface S-L ou S-F, selon le
q q
cas. Il convient que les indices d’imbrication soient aussi proches que possible de ceux utilisés par la
suite pour les mesurages.
Pour les capteurs ponctuels à balayage, le bruit de l’instrument doit être déterminé en conséquence par
des mesurages de profil ou par des mesurages surfaciques par balayage, en fonction de l’application.
NOTE 1 Une description mathématique de la méthode par soustraction pour estimer le bruit de mesure est
donnée par la Formule (1).
1 1 1
NS= (,zx()yz− ()xy,)= zx(),,yz− ()xy d xyd (1)
()
Mq 12 12
∫∫∫
A
2 2
A
où
N
est le bruit de mesure;
M
S
est la hauteur moyenne quadratique;
q
A
est l’aire mesurée;
z
est le résultat topographique du premier mesurage;
z
est le résultat topographique du second mesurage.
NOTE 2 Une description mathématique du mode opératoire pour des données échantillonnées de manière
discrète, uniformément espacées, est donnée par la Formule (2).
N
N
y
x
1 1 2
N = zx ,,yz− xy (2)
()() ()
M ∑∑ 12jk jk
NN
xy
j==11k
où
N
est le bruit de mesure obtenu par la méthode par soustraction, en prenant 2 mesures;
M
N , N
est le nombre de points de données dans les directions x et y, respectivement.
x y
NOTE 3 La division par 2 tient compte du fait que chacun des deux mesurages contribue au bruit.
NOTE 4 Bien que la description du bruit de l’instrument dans l’ISO 25178-701:2010 (spécifié ici comme un
bruit dynamique) fasse référence à des instruments à contact (à palpeur), ce concept est maintenant généralisé
dans le présent document comme un bruit de mesure pour tous les capteurs ponctuels à balayage.
Pour les instruments qui acquièrent des données par balayage sur une plage de hauteurs de surface,
par exemple CSI et microscopes confocaux, la durée d’acquisition des données peut être exprimée par la
vitesse de balayage en hauteur, par exemple 10 µm/s.
NOTE 5 Les termes «résolution verticale», «résolution sur la hauteur de surface» et autres termes similaires
sont parfois employés dans la littérature technique et dans les brochures des instruments. La «résolution
verticale» fait référence qualitativement à la plus petite variation de la hauteur de surface dans une topographie
[22]
pouvant être mesurée de manière significative .
6.5.4.4 Estimation du bruit de mesure par la méthode de moyennage
Pour obtenir une estimation stable du bruit et pour permettre l’évaluation de la stabilité du bruit,
l’objet est mesuré plusieurs fois (n, n ≥ 3) au même endroit avec un délai aussi court que possible
entre les mesurages répétés. La durée requise pour acquérir les données de signal pour chaque
mesurage individuel (définie comme la «durée d’acquisition des données ») doit être consignée ainsi
que tout filtrage éventuel altérant la valeur du bruit. Les topographies mesurées sont moyennées, et
cette moyenne est soustraite de chaque mesure. Idéalement, cela rend le résultat indépendant de la
topographie exacte de la mesure matérialisée, ce qui fait qu’aucune filtration ni aucune suppression
de forme supplémentaire de la mesure matérialisée n’est requise. La dérive verticale et toute dérive
de l’inclinaison de la surface peuvent être éliminées en soustrayant un plan des moindres carrés des
mesurages individuels. La moyenne quadratique des écarts avec la moyenne, corrigée des degrés de
liberté, est le bruit de mesure obtenu par moyennage N .
M
NOTE 1 Une description mathématique du mode opératoire pour des données échantillonnées de manière
discrète, uniformément espacées, est donnée par la Formule (3).
n 1 N N 2
xy
zx ,,yz− xy n
()() () 2
ij kjm k
∑∑ ∑
i==11j k=1 SSz xy,,−zx y
()() ()
NN
qmi
∑
xy
i=1
N = = (3)
M
n−1 n−1
où
N
est le bruit de mesure obtenu par la
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
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