Geometrical product specifications (GPS) -- Coordinate measuring machines (CMM): Technique for determining the uncertainty of measurement

ISO/TS 15530-1:2013 provides an overview of the ISO 15530 series. It discusses the metrological characteristics of coordinate measuring machines (CMMs), the sources of task-specific uncertainty, and the relationship between the ISO 10360 and ISO 15530 series.

Spécification géométrique des produits (GPS) -- Machines à mesurer tridimentionnelles (MMT): Technique pour la détermination de l'incertitude de mesure

L'ISO/TS 15530-1:2013 fournit une vue d'ensemble de la série ISO 15530. Elle traite des caractéristiques métrologiques des machines ŕ mesurer tridimensionnelles (MMT), des sources d'incertitude de mesure spécifiques d'une tâche et de la relation entre les séries de l'ISO 10360 et l'ISO 15530.

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Published
Publication Date
20-Aug-2013
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
01-Feb-2013
Completion Date
21-Aug-2013
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Technical specification
ISO/TS 15530-1:2013 - Geometrical product specifications (GPS) -- Coordinate measuring machines (CMM): Technique for determining the uncertainty of measurement
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ISO/TS 15530-1:2013 - Spécification géométrique des produits (GPS) -- Machines a mesurer tridimentionnelles (MMT): Technique pour la détermination de l'incertitude de mesure
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Standards Content (sample)

TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 15530-1
First edition
2013-09-01
Geometrical product specifications
(GPS) — Coordinate measuring
machines (CMM): Technique for
determining the uncertainty of
measurement —
Part 1:
Overview and metrological
characteristics
Spécification géométrique des produits (GPS) — Machines à mesurer
tridimentionnelles (MMT): Technique pour la détermination de
l’incertitude de mesure —
Partie 1: Vue d’ensemble et caractéristiques métrologiques
Reference number
ISO/TS 15530-1:2013(E)
ISO 2013
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TS 15530-1:2013(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2013

All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized otherwise in any form

or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on the internet or an intranet, without prior

written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below or ISO’s member body in the country of

the requester.
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Published in Switzerland
ii © ISO 2013 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TS 15530-1:2013(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Metrological characteristics ..................................................................................................................................................................... 2

4.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 2

4.2 Commerce ................................................................................................................................................................................................... 2

4.3 Internal use in an organization ................................................................................................................................................. 2

4.4 Identification, definition, and choice of metrological characteristics ..................................................... 2

4.5 Calibration of metrological characteristics .................................................................................................................... 3

5 Task-specific uncertainty............................................................................................................................................................................. 3

5.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 3

5.2 Instrumentation factors .................................................................................................................................................................. 4

5.3 Measurement plan factors ............................................................................................................................................................ 4

5.4 Extrinsic factors ..................................................................................................................................................................................... 4

6 Techniques to determine task-specific measurement uncertainty components ..............................4

6.1 General issues .......................................................................................................................................................................................... 4

6.2 Sensitivity analysis .............................................................................................................................................................................. 4

6.3 Use of calibrated workpieces or standards (ISO 15530-3) .............................................................................. 5

6.4 Use of computer simulation (ISO/TS 15530-4) ......................................................................................................... 5

Annex A (informative) Relationship between CMM metrological characteristics,the ISO 10360

series of standards and the ISO 15530 series of standards .....................................................................................6

Annex B (informative) Sources of error and uncertainty of measurement when using a CMM..............7

Annex C (informative) Relation to the GPS matrix model ............................................................................................................12

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................14

© ISO 2013 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TS 15530-1:2013(E)
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. 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. 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.

The committee responsible for this document is ISO/TC 213, Dimensional and geometrical product

specifications and verification.

ISO 15530 consists of the following parts, under the general title Geometrical product specifications

(GPS) — Coordinate measuring machines (CMM): Technique for determining the uncertainty of measurement:

— Part 1: Overview and metrological characteristics [Technical Specification]
— Part 3: Use of calibrated workpieces or measurement standards

— Part 4: Evaluating task-specific measurement uncertainty using simulation [Technical Specification]

iv © ISO 2013 – All rights reserved
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ISO/TS 15530-1:2013(E)
Introduction

This part of ISO 15530 is a general GPS document which influences chain link 6 of the chain of standards

on size, distance, radius, angle, form, orientation, location, run-out and datums in the general GPS matrix.

The ISO/GPS masterplan given in ISO/TR 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 specifications made in accordance with this

document, unless otherwise indicated.

For more detailed information on the relation of this part of ISO 15530 to other standards and the GPS

matrix model, see Annex C.

It is the purpose of the ISO 15530 series to provide terminology, techniques and guidelines for estimating

task-specific measurement uncertainty when using coordinate measuring machines (CMMs). These

techniques allow for the evaluation of sources of uncertainty that affect a stated measurement, including

the influence of the coordinate measuring system, the sampling strategy, environmental effects, operator

variability and any other factors affecting the actual measurement result.

CMMs are considered to be complex GPS measuring equipment, and the estimation of the uncertainty

of CMM measurements often involves more advanced techniques than those described in ISO 14253-2.

The techniques presented in the ISO 15530 series are compliant with both ISO 14253-2 and

ISO/IEC Guide 98-3 (GUM). The techniques are developed specifically for CMMs but could be applied to

other GPS measuring equipment.

CMMs are specified by acceptance tests in the ISO 10360 series, which typically involve their ability

to measure calibrated lengths (e.g. volumetric tests using calibrated gauge blocks or step gauges) and

form (e.g. probing tests using a calibrated sphere). It is recognized that although these test results may

be used to determine an uncertainty for the specific types of length and form measurements involved

in these procedures, without further analysis or testing, these results are insufficient to determine the

task-specific measurement uncertainty of most workpiece measurements.

The goal of determining the measurement uncertainty can be achieved through many different

techniques; however, all methods must be consistent with ISO/IEC Guide 98-3, which yields a combined

standard uncertainty. The expanded uncertainty is connected to the combined standard uncertainty

via the coverage factor, which is selected to produce the desired level of confidence. The default value

for the coverage factor is two, i.e. k = 2, which yields a level of confidence of approximately 95 % if the

uncertainty is associated with a Gaussian distribution. It is the purpose of this document to provide

guidance on recognized techniques for the estimation of uncertainty of CMM measurements.

© ISO 2013 – All rights reserved v
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 15530-1:2013(E)
Geometrical product specifications (GPS) — Coordinate
measuring machines (CMM): Technique for determining
the uncertainty of measurement —
Part 1:
Overview and metrological characteristics
1 Scope

This part of ISO 15530 provides an overview of the ISO 15530 series. It discusses the metrological

characteristics of coordinate measuring machines (CMMs), the sources of task-specific uncertainty, and

the relationship between the ISO 10360 and ISO 15530 series.
2 Normative references

The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are

indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated

references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 10360-1:2000, Geometrical Product Specifications (GPS) — Acceptance and reverification tests for

coordinate measuring machines (CMM) — Part 1: Vocabulary

ISO 14253-1:— , Geometrical product specifications (GPS) — Inspection by measurement of workpieces and

measuring equipment — Part 1: Decision rules for proving conformity or nonconformity with specifications

ISO 14253-2:2011, Geometrical product specifications (GPS) — Inspection by measurement of workpieces

and measuring equipment — Part 2: Guidance for the estimation of uncertainty in GPS measurement, in

calibration of measuring equipment and in product verification

ISO 14978:2006, Geometrical product specifications (GPS) — General concepts and requirements for GPS

measuring equipment

ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in

measurement (GUM:1995)

ISO/IEC Guide 99, International vocabulary of metrology — Basic and general concepts and associated

terms (VIM)
3 Terms and definitions

For the purpose of this document, the terms and definitions given in ISO 10360-1, ISO 14253-1,

ISO 14253-2, ISO 14978, ISO/IEC Guide 98-3, ISO/IEC Guide 99 and the following apply.

3.1
task-specific measurement uncertainty

expanded uncertainty using a coverage factor of two (k = 2), evaluated according to ISO/IEC Guide 98-3,

of a specific measurement result

Note 1 to entry: Task-specific measurement uncertainty takes into account all uncertainty sources associated

with the details of the measurement process, including the CMM, probing system, sampling strategy, workpiece

location and orientation, fixturing, contamination, thermal environment.
1) To be published. (Revision of ISO 14253-1:1998)
© ISO 2013 – All rights reserved 1
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ISO/TS 15530-1:2013(E)

Note 2 to entry: Different parameters of a feature, in general, have different uncertainties, e.g. the X and Y ordinates

of the centre of a circle could have different uncertainties.

Note 3 to entry: Changing any influence quantity, e.g. the workpiece location in the CMM work zone, may change

the task-specific measurement uncertainty.
3.2
sampling strategy

number and spatial distribution of probing points used to measure a geometric feature

4 Metrological characteristics
4.1 General

Metrological characteristics of CMMs are of interest for the control of errors and uncertainty contributors

originating from the CMM and for the evaluation of uncertainty of measurement when using the CMM.

The influence of the individual metrological characteristics on the uncertainty of measurement is

dependent on the measurement process. The knowledge of the existence of the actual metrological

characteristics and the magnitude of their values may be the basis for the design of the measurement

process and the choice of the CMM.
4.2 Commerce

All metrological characteristics and their MPE (maximum permissible error) or MPL (maximum

permissible limit) values apply to the defined operating conditions of the specific CMM, e.g. probe

system qualification, speed of travel, etc. Operating conditions for CMMs are generally found in the

manufacturer’s operating manuals and specification data sheets and not normally in ISO standards.

All metrological characteristics and their MPE or MPL values apply to all possible orientations in

space, unless specific restrictions to the orientation are stated in the specific ISO standard or by the

manufacturer.

MPE or MPL values or functions for metrological characteristics for acceptance tests shall be supplied

by the manufacturer/supplier. The manufacturer may add additional information about metrological

characteristics and their MPE or MPL values.
4.3 Internal use in an organization

The customer shall identify and understand the major metrological characteristics by means of

uncertainty budgeting (for examples, see ISO 14253-2). Expert judgment and prior knowledge can be

used in the uncertainty estimation procedure. Calibration procedures can also be chosen based on

uncertainty budgets using expert judgment and prior knowledge.

MPE or MPL values or functions for metrological characteristics for internal calibrations and for

reverification tests shall be supplied by the user.
4.4 Identification, definition, and choice of metrological characteristics
4.4.1 Choice of metrological characteristics

Metrological characteristics of the CMM may be chosen and defined in several ways. Metrological

characteristics of the requirements (MPE and MPL) for these characteristics should preferably be chosen

and defined, including the necessary conditions, with respect to:
— common intended use of the CMM;
— independence of other metrological characteristics;
— the use in control of uncertainty contributors that relate to the CMM;
2 © ISO 2013 – All rights reserved
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ISO/TS 15530-1:2013(E)
— relevance to the physical principles inherent in the CMM;
— the use in maintenance activities and error identification;
— relation to specific parts or functions, or both, in the CMM;
— measuring principle;
— relevance of magnitude compared to other metrological characteristics.

It may be beneficial for a user of a CMM to define metrological characteristics other than those given in

the standards to better fit the needs and intended use of the CMM.
4.4.2 Metrological characteristics in ISO 10360

The metrological characteristics defined in various parts of ISO 10360, as specified by the MPE or MPL

values, could be considered in the choice of metrological characteristics for a CMM.

4.4.3 Machine geometry errors and residual error motion

The geometric error motions of the moving elements of a CMM, e.g. straightness, squareness, roll, pitch,

and yaw, can often be measured. CMMs often utilize some type of software compensation for these

geometric error motions; however, residual errors may exist and these errors could also be considered

in the choice for metrological characteristics for a CMM.
4.4.4 Organization-specific requirements

Organizations may have specific or unique measurement requirements that can result in the selection

of specific metrological characteristics to meet those requirements.
4.4.5 Other metrological characteristics

A list of possible metrological characteristics to consider for a CMM is included in Annex B. This list is

not exhaustive, though it can be considered rather complete.
4.5 Calibration of metrological characteristics

The necessary metrological characteristics for the intended use of the CMM should be chosen and verified

by calibration (or reverification tests.) The calibrated values of the metrological characteristics should

be stated with the related measurement uncertainty, and, where appropriate, the calibrated values of

the metrological characteristic should be proven to be in conformance with MPE values.

NOTE In the normal use of measuring instruments, it is often possible and proper to limit the number of

requirements (different MPEs) and the extent of resources used to prove that the measuring instrument is

functioning according to the setup requirements (MPLs and MPEs).
5 Task-specific uncertainty
5.1 General

Modern coordinate measurement systems, typically involving multi-axis CMMs, are affected by an

extraordinary range of uncertainty sources. Thus, a complete assessment of the uncertainty sources

and how they influence a specific measurement result can be a formidable task. For purposes of this

part of ISO 15530, three general uncertainty categories are described that encompass not only the CMM

itself but also the entire measurement process. An extensive list of potential uncertainty sources can be

found in Annex B.
© ISO 2013 – All rights reserved 3
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ISO/TS 15530-1:2013(E)
5.2 Instrumentation factors

Instrumentation factors include all errors that cause the measuring instrument, e.g. the CMM, to

inaccurately measure points in space. This may be due to geomet
...

SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 15530-1
Première édition
2013-09-01
Spécification géométrique des
produits (GPS) — Machines à
mesurer tridimentionnelles (MMT):
Technique pour la détermination de
l’incertitude de mesure —
Partie 1:
Vue d’ensemble et caractéristiques
métrologiques
Geometrical product specifications (GPS) — Coordinate measuring
machines (CMM): Technique for determining the uncertainty of
measurement —
Part 1: Overview and metrological characteristics
Numéro de référence
ISO/TS 15530-1:2013(F)
ISO 2013
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TS 15530-1:2013(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2013

Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée

sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur

l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à

l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2013 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TS 15530-1:2013(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d’application ...................................................................................................................................................................................1

2 Références normatives ...................................................................................................................................................................................1

3 Termes et définitions .......................................................................................................................................................................................1

4 Caractéristiques métrologiques ........................................................................................................................................................... 2

4.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 2

4.2 Commerce ................................................................................................................................................................................................... 2

4.3 Utilisation en interne dans un organisme ....................................................................................................................... 2

4.4 Identification, définition et choix des caractéristiques métrologiques .................................................. 3

4.5 Étalonnage des caractéristiques métrologiques ........................................................................................................ 3

5 Incertitude spécifique d’une tâche ....................................................................................................................................................4

5.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 4

5.2 Facteurs propres aux instruments ......................................................................................................................................... 4

5.3 Facteurs propres au plan de mesurage .............................................................................................................................. 4

5.4 Facteurs extrinsèques ....................................................................................................................................................................... 4

6 Techniques de détermination des composantes de l’incertitude de mesure spécifique

d’une tâche ..................................................................................................................................................................................................................5

6.1 Problèmes généraux ........................................................................................................................................................................... 5

6.2 Analyse de sensibilité ........................................................................................................................................................................ 5

6.3 Utilisation de pièces étalonnées ou d’étalons (ISO 15530-3)......................................................................... 5

6.4 Utilisation d’une simulation informatique (ISO/TS 15530-4)....................................................................... 5

Annexe A (informative) Relation entre les caractéristiques métrologiques d’une MMT, la série de

l’ISO 10360 et la série de l’ISO 15530 .............................................................................................................................................7

Annexe B (informative) Sources d’erreur et incertitude de mesure lors de l’utilisation

d’une MMT ...................................................................................................................................................................................................................8

Annexe C (informative) Relation avec la matrice GPS ......................................................................................................................13

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................15

© ISO 2013 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TS 15530-1:2013(F)
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 (CEI) 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/CEI, 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/CEI, Partie 2, www.iso.

org/directives.

L’attention est appelée 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 sur la liste ISO des déclarations de brevets reçues,

www.iso.org/patents.

Les éventuelles appellations commerciales utilisées dans le présent document sont données pour

information à l’intention des utilisateurs et ne constituent pas une approbation ou une recommandation.

Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 213, Spécifications et vérification

dimensionnelles et géométriques des produits.

L’ISO 15530 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Spécification géométrique

des produits (GPS) — Machines à mesurer tridimensionnelles (MMT): Technique pour la détermination de

l’incertitude de mesure:

— Partie 1: Vue d’ensemble et caractéristiques métrologiques [Spécification technique]

— Partie 3: Utilisation de pièces étalonnées ou d’étalons

— Partie 4: Évaluation de l’incertitude de mesure spécifique d’une tâche à l’aide de simulations

[Spécification technique]
iv © ISO 2013 – Tous droits réservés
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ISO/TS 15530-1:2013(F)
Introduction

La présente partie de l’ISO 15530 traite de la spécification géométrique des produits (GPS) et est à

considérer comme une norme GPS générale. Elle influence le maillon 6 des chaînes de normes relatives

à la taille, la distance, le rayon, l’angle, la forme, l’orientation, la position, le battement et les références

dans la matrice GPS générale.

Le schéma directeur ISO/GPS de l’ISO/TR 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 de la présente partie de l’ISO 15530 avec d’autres

normes et la matrice GPS, voir l’Annexe C.

L’objet de la série ISO 15530 est de fournir la terminologie, les techniques et les directives pour

l’estimation de l’incertitude de mesure spécifique d’une tâche pour l’utilisation des machines à

mesurer tridimensionnelles (MMT). Ces techniques permettent l’évaluation des sources d’incertitude

qui affectent un mesurage établi, dont l’influence du système de mesure des coordonnées, la stratégie

d’échantillonnage, les effets de l’environnement, la variabilité de l’opérateur et tout autre facteur

affectant le résultat réel du mesurage.

Les MMT sont considérées comme des appareils de mesure GPS complexes et l’estimation de

l’incertitude des mesures des MMT implique souvent des techniques plus avancées que celles décrites

dans l’ISO 14253-2. Les techniques présentées dans la série ISO 15530 sont conformes à l’ISO 14253-2

et au Guide ISO/CEI 98-3. Ces techniques sont développées spécifiquement pour les MMT, mais peuvent

s’appliquer à d’autres appareils de mesure GPS.

Les MMT sont spécifiées par des essais de réception de la série ISO 10360, qui impliquent généralement

leur capacité à mesurer des longueurs (par exemple des essais volumétriques sur des cales étalons ou des

calibres à gradin) et une forme (par exemple des essais de palpage sur une sphère étalonnée) étalonnées.

Il est reconnu que, sans analyse ou essai complémentaire, ces résultats d’essai sont insuffisants pour

déterminer l’incertitude de mesure spécifique d’une tâche pour la plupart des mesurages de pièce, bien

qu’ils puissent être utilisés pour déterminer une incertitude pour les types spécifiques de mesurage de

longueurs et de forme impliqués dans ces modes opératoires.

L’objectif de la détermination de l’incertitude de mesure peut être atteint par de nombreuses techniques

différentes; cependant, toutes les méthodes doivent être cohérentes avec le Guide ISO/CEI 98-3, qui

fournit une incertitude-type combinée. L’incertitude étendue est liée à l’incertitude-type combinée par

le facteur de couverture, qui est sélectionné pour produire le niveau de confiance souhaité. La valeur par

défaut du facteur de couverture est de deux, c’est-à-dire k = 2, qui fournit une confiance d’environ 95 %

si l’incertitude est associée à une distribution gaussienne. L’objet du présent document est de servir de

guide des techniques reconnues pour l’estimation de l’incertitude des mesures par MMT.

© ISO 2013 – Tous droits réservés v
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SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 15530-1:2013(F)
Spécification géométrique des produits (GPS) — Machines
à mesurer tridimentionnelles (MMT): Technique pour la
détermination de l’incertitude de mesure —
Partie 1:
Vue d’ensemble et caractéristiques métrologiques
1 Domaine d’application

La présente partie de l’ISO 15530 fournit une vue d’ensemble de la série ISO 15530. Elle traite des

caractéristiques métrologiques des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT), des sources

d’incertitude de mesure spécifiques d’une tâche et de la relation entre les séries de l’ISO 10360 et l’ISO 15530.

2 Références normatives

Les documents suivants, en totalité ou en partie, sont référencés de manière normative dans le présent

document et sont indispensables pour son application. 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 10360-1:2000, Spécification géométrique des produits (GPS) — Essais de réception et de vérification

périodique des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) — Partie 1: Vocabulaire

ISO 14253-1:— , Spécification géométrique des produits (GPS) — Vérification par la mesure des pièces et

des équipements de mesure — Partie 1: Règles de décision pour prouver la conformité ou la non-conformité

à la spécification

ISO 14253-2:2011, Spécification géométrique des produits (GPS) — Vérification par la mesure des pièces et

des équipements de mesure — Partie 2: Lignes directrices pour l’estimation de l’incertitude dans les mesures

GPS, dans l’étalonnage des équipements de mesure et dans la vérification des produits

ISO 14978:2006, Spécification géométrique des produits (GPS) - Concepts et exigences généraux pour les

équipements de mesure GPS

Guide ISO/CEI 98-3, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l’expression de l’incertitude de

mesure (GUM:1995)

Guide ISO/CEI 99, Vocabulaire international de métrologie — Concepts fondamentaux et généraux et termes

associés (VIM)
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 10360-1, l’ISO 14253-1,

l’ISO 14253-2, l’ISO 14978, le Guide ISO/CEI 98-3, le Guide ISO/CEI 99 ainsi que les suivants s’appliquent.

1) À publier. (Révision de l’ISO 14253-1:1998)
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ISO/TS 15530-1:2013(F)
3.1
incertitude de mesure spécifique d’une tâche

incertitude étendue utilisant un facteur de couverture de deux (k = 2), évaluée conformément au

Guide ISO/CEI 98-3, d’un résultat de mesurage spécifique

Note 1 à l’article: L’incertitude de mesure spécifique d’une tâche tient compte de toutes les sources d’incertitude

associées aux détails du processus de mesurage, dont la MMT, le système de palpage, la stratégie d’échantillonnage,

la position et l’orientation de la pièce, la fixation, la contamination, l’environnement thermique.

Note 2 à l’article: Des paramètres différents d’un élément ont, en général, des incertitudes différentes; par exemple,

les coordonnées en X et Y du centre d’un cercle ont des incertitudes différentes.

Note 3 à l’article: La modification de toute grandeur porteuse d’influence, telle que le positionnement de la pièce

dans la zone de travail de la MMT, peut modifier l’incertitude de mesure spécifique d’une tâche.

3.2
stratégie d’échantillonnage

nombre et distribution spatiale des points de palpage utilisés pour le mesurage d’un élément géométrique

4 Caractéristiques métrologiques
4.1 Généralités

Les caractéristiques métrologiques des MMT présentent un intérêt pour le contrôle des facteurs

contribuant aux erreurs et à l’incertitude provenant de la MMT et pour l’évaluation de l’incertitude de

mesure lors de l’utilisation de la MMT. L’influence des caractéristiques métrologiques individuelles

sur l’incertitude de mesure dépend du processus de mesurage. La connaissance de l’existence des

caractéristiques métrologiques réelles et de l’amplitude de leurs valeurs peut être la base de la conception

du processus de mesurage et du choix de la MMT.
4.2 Commerce

Toutes les caractéristiques métrologiques et leurs valeurs de MPE (erreur maximale tolérée) ou de MPL

(limite maximale tolérée) s’appliquent aux conditions de fonctionnement définies de la MMT spécifique;

par exemple, la qualification du système de palpage, la vitesse de déplacement, etc. Les conditions de

fonctionnement des MMT se trouvent généralement dans les manuels d’utilisation du fabricant et les

fiches de spécifications techniques, et normalement pas dans les normes ISO. Toutes les caractéristiques

métrologiques et leurs valeurs de MPE ou de MPL s’appliquent à toutes les orientations possibles dans

l’espace, à moins que des restrictions spécifiques à l’orientation ne soient fixées dans la norme ISO

spécifique ou par le fabricant.

Les valeurs ou les fonctions de MPE ou de MPL des caractéristiques métrologiques pour les essais de

réception doivent être fournies par le fabricant/fournisseur. Le fabricant peut ajouter des informations

supplémentaires au sujet des caractéristiques métrologiques et de leurs valeurs de MPE ou de MPL.

4.3 Utilisation en interne dans un organisme

Le client doit identifier et comprendre les caractéristiques métrologiques principales au moyen d’un

bilan d’incertitude (voir l’ISO 14253-2 pour des exemples). Un jugement expert et des connaissances

préalables peuvent être utilisés lors de l’estimation de l’incertitude. Des modes opératoires d’étalonnage

peuvent également être choisis sur la base des bilans d’incertitude en utilisant un jugement expert et des

connaissances préalables.

Les valeurs ou fonctions de MPE ou de MPL des caractéristiques métrologiques pour les étalonnages en

interne et pour les essais de vérification périodique doivent être fournis par l’utilisateur.

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4.4 Identification, définition et choix des caractéristiques métrologiques
4.4.1 Choix des caractéristiques métrologiques

Les caractéristiques métrologiques de la MMT peuvent être choisies et définies de plusieurs manières.

Il convient de choisir et de définir, de préférence, les caractéristiques métrologiques et la définition des

exigences (MPE et MPL) pour ces caractéristiques, y compris les conditions nécessaires, en fonction de:

— l’utilisation fréquente prévue de la MMT;
— l’indépendance des autres caractéristiques métrologiques;

— l’utilisation pour le contrôle des facteurs contribuant à l’incertitude liés à la MMT;

— la pertinence par rapport aux principes physiques sous-jacents de la MMT;

— l’utilisation lors des activités de maintenance et d’identification des erreurs;

— la relation aux pièces spécifiques ou aux fonctions de la MMT ou aux deux;
— le principe de mesurage;

— la pertinence de l’amplitude par rapport aux autres caractéristiques métrologiques.

Il peut être profitable pour l’utilisateur d’une MMT de définir des caractéristiques métrologiques différentes

de celles données dans les normes pour mieux s’adapter aux besoins et à l’utilisation prévue de la MMT.

4.4.2 Caractéristiques métrologiques dans l’ISO 10360

Les caractéristiques métrologiques définies dans diverses parties de l’ISO 10360, telles que spécifiées par

les valeurs de MPE ou de MPL, peuvent être considérées dans le choix des caractéristiques métrologiques

pour une MMT.
4.4.3 Erreurs géométriques et déplacement de l’erreur résiduelle de la machine

Les déplacements de l’erreur géométrique des éléments mobiles d’une MMT, tels que la rectitude,

l’équerrage, le roulis, le tangage et le lacet, peuvent souvent être mesurés. Les MMT utilisent souvent

un type de compensation logicielle pour ces déplacements de l’erreur géométrique, mais des erreurs

résiduelles peuvent exister et ces erreurs peuvent aussi être considérées lors du choix des caractéristiques

métrologiques d’une MMT.
4.4.4 Exigences propres à un organisme

Les organismes peuvent avoir des exigences spécifiques ou uniques qui peuvent entraîner la sélection de

caractéristiques métrologiques spécifiques pour y satisfaire.
4.4.5 Autres caractéristiques métrologiques

Une liste des caractéristiques métrologiques possibles à prendre en compte pour une MMT figure dans

l’Annexe B. Cette liste n’est pas exhaustive, bien qu’elle puisse être considérée assez complète.

4.5 Étalonnage des caractéristiques métrologiques

Il convient de choisir et de vérifier par étalonnage (ou essais de vérification périodique) les

caractéristiques métrologiques nécessaires pour l’utilisation prévue de la MMT. Il convient d’établir

les valeurs étalonnées des caractéristiques métrologiques avec l’incertitude de mesure liée et, le cas

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échéant, il convient de prouver la conformité des valeurs étalonnées de la caractéristique métrologique

avec les valeurs de MPE.

NOTE Lors de l’utilisation normale des appareils de mesure, il est souvent possible et convenable de limiter le

nombre d’exigences (MPE différentes) et l’étendue des ressources utilisées pour prouver que l’appareil de mesure

fonctionne conformément aux exigences de configuration (MPL et MPE).
5 Incertitude spécifique d’une tâche
5.1 Généralités

Les systèmes de mesure de coordonnées modernes, impliquant généralement des MMT à plusieurs axes,

sont affectés par une extraordinaire variété de sources d’incertitude. Ainsi, l’évaluation complète des

sources d’incertitude et de la manière dont elles influencent un résultat de mesurage spécifique peut

être une tâche impressionnante. Pour les besoins de la présente partie de l’ISO 15530, trois catégories

générales d’incertitude sont décrites; celles-ci tiennent compte non seulement de la MMT elle-même,

mais aussi du processus de mesurage complet. Une liste exhaustive des sources potentielles d’incertitude

peut être trouvée dans l’Annexe B.
5.2 Facteurs propres aux instruments

Les facteurs propres aux instruments comprennent toutes les erreurs qui entraînent une imprécision

de la mesure des points dans l’espace par l’appareil de mesure, par exemple la MMT. Cela peut provenir

d’erreurs géométriques dans la structure de la machine (inhérentes à la fabrication de la MMT et induites

par les effets dynamiques, le chargement de la pièce et l’environnement, à savoir la température, les

vibrations, etc.), d’erreurs dans le système de palpage et d’erreurs dans d’autres systèmes de capteurs

(capteurs de température, de pression, etc.). En outre, les erreurs des formules mathématiques et

de l’application des algorithmes d’adaptation aux éléments associés fournis par le fabricant pour la

manipulation des données appartiennent à cette catégorie. Ces facteurs relèvent généralement de la

responsabilité du fabricant et sont contrôlés par l’établissement de limites admissibles, telles que des

plages de températures, dans lesquelles la MMT peut être utilisée. Certaines de ces sources d’erreurs,

voire toutes, peuvent être évaluées lors des essais de réception et de vérification périodique de la MMT.

5.3 Facteurs propres au plan de mesurage

Les facteurs propres au plan de mesurage impliquent la méthode que l’utilisateur de la MMT décide

d’employer pour effectuer le mesurage. Cela comprend la position et l’orientation de la pièce, les palpeurs

et stylets sélectionnés pour le mesurage et la stratégie particulière d’échantillonnage des points de

mesurage. De plus, la grandeur mesurée, c’est-à-dire le mesurande, doit être spécifiée sans ambiguïté.

Par exemple, dans le cas du mesurage du diamètre d’un cylindre, l’utilisateur doit décider si le résultat

souhaité doit être obtenu par la méthode des moindres carrés, du cercle circonscrit minimal, du cercle

inscrit maximal ou de la zone minimale. Certains facteurs propres au plan de mesurage peuvent

également influencer les coefficients de sensibilité d’autres composants d’incertitude; par exemple

l’amplitude d’un décalage du palpeur amplifie les erreurs géométriques de la MMT.

5.4 Facteurs extrinsèques

Les facteurs extrinsèques sont souvent hors du contrôle du fabricant et de l’utilisateur de la MMT;

ils affectent néanmoins l’incertitude de mesure spécifique d’une tâche. Ils comprennent la géométrie

non idéale de la pièce (telle que la rugosité de la surface, les erreurs de forme, une rigidité finie et les

distorsions thermiques), la contamination, les problèmes de fixation de la pièce et les variations entre

les opérateurs.
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6 Techniques de détermination des composantes de l’incertitude de mesure
spécifique d’une tâche
6.1 Problèmes généraux

Pour évaluer l’incertitude de mesure spécifique d’une tâche, les sources d’incertitude propres aux

instruments, au plan de mesurage et extrinsèques doivent être évaluées et associées de manière

cohérente avec le Guide ISO/CEI 98-3. En général, plusieurs techniques d’évaluation différentes peuvent

être nécessaires pour inclure toutes les sources. Les diverses sources d’incertitude sont alors combinées

à l’aide d’une loi de propagation de l’incertitude pour obtenir l’incertitude-type combinée. L’incertitude-

type combinée est ensuite multipliée par le facteur de couverture pour obtenir l’incertitude étendue.

L’établissement de la liste des sources d’incertitude, leur combinaison et l’expression de l’incertitude

étendue constituent ce qui est appelé le bilan d’incertitude.
6.2 Analyse de sensibilité

Cette technique est décrite dans le Guide ISO/CEI 98-3. L’ISO 14253-2 est une mise en œuvre itérative

simplifiée de celle-ci. Puisque les MMT sont des appareils de mesure complexes, la mise en œuvre directe

de cette technique peut n’être possible que pour un nombre limité de tâches de mesurage. La technique

est essentiellement constituée de quatre étapes:

a) Établir la liste des sources d’incertitude à inclure dans l’analyse de sensibilité.

NOTE Il existe différentes manières de séparer les sources d’incertitude; ainsi, deux bilans d’incertitudes

tout aussi valides l’un que l’autre peuvent avoir un nombre différent de sources.

b) Pour chaque source d’incertitude dans la liste, quantifier son amplitude par un écart-type (nommé

incertitude-type de la source).

c) Déterminer, pour chaque source d’incertitude, son coefficient de sensibilité et sa corrélation avec les

autres sources d’incertitude, c’est-à-dire son influence sur le mesurande.

d) Combiner le produit de chaque incertitude-type et son coefficient de sensibilité avec tout effet

d’incertitude corrélé en utilisant la loi de propagation de l’incertitude.
6.3 Utilisation de pièces étalonnées ou d’étalons (ISO 15530-3)

L’utilisation de pièces étalonnées ou d’étalons est une méthode très puissante du point de vue de la

capture des sources d’incertitude appropriées et de leurs interactions. Cette technique utilise une pièce

maîtresse étalonnée pour évaluer les instruments, le plan de mesurage et un bon nombre de sources

d’incertitude extrinsèques. Elle évalue la plupart des sources d’incertitude en examinant les mesurages

répétés sur la pièce étalonnée. Toutefois, cette technique requiert l’utilisation d’une pièce étalonnée,

qui coûte cher et réduit beaucoup la polyvalence de la MMT. En outre, certaines sources d’incertitude

(en particulier des facteurs extrinsèques) peuvent nécessiter une évaluation indépendante. Dans ce

cas, l’incertitude découlant de l’application de cette technique est combinée aux autres dans les bilans

d’incertitude globaux. Cette technique s’applique le plus facilement pour des éléments géométriques

simples pour lesquels des artéfacts d’étalonnage de géométrie similaire sont facilement disponibles et

les facteurs extrinsèques sont minimisés.
6.4 Utilisation d’une simulation informatique (ISO/TS 15530-4)

La simulation informatique peut être imaginée comme une technique de substitution virtuelle. La

méthode de simulation, comme l’analyse de sensibilité, quantifie chaque source d’incertitude avec une

distribution de valeurs qui peut être caractérisée par des propriétés statistiques, telles qu’un écart-

type. Cependant, à la différence de l’analyse de sensibilité, qui est limitée à la caractérisation des

interactions des incertitudes à l’aide de la sensibilité et des coefficients de corrélation, les techniques

de simulation peuvent capturer une interaction complexe entre des sources d’incertitude en utilisant

un modèle mathématique du processus de mesurage. Cela ressemble à la technique de substitution, qui

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inclut naturellement ces interactions avec la réalisation du mesurage réel. L’avantage de la simulation

informatique provient des simulations répétées de différents scénarios de mesurage, chaque scénario

impliquant un ensemble spécifique d’erreurs de mesure (par opposition aux incertitudes). L’utilisation

d’erreurs de mesure spécifiques, avec le modèle mathématique, permet souvent une description plus

complète des interactions, c’est-à-dire des corrélations, entre l
...

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