ISO 25178-601:2010
(Main)Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 601: Nominal characteristics of contact (stylus) instruments
Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 601: Nominal characteristics of contact (stylus) instruments
ISO 25178-601:2010 defines the metrological characteristics of contact (stylus) areal surface texture measuring instruments.
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Surfacique — Partie 601: Caractéristiques nominales des instruments à contact (à palpeur)
L'ISO 25178-601:2010 spécifie les caractéristiques métrologiques des instruments de mesure de l'état de surface surfacique par contact (instruments à palpeur).
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 25178-601
First edition
2010-07-01
Geometrical product specifications
(GPS) — Surface texture: Areal —
Part 601:
Nominal characteristics of contact
(stylus) instruments
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface:
Surfacique —
Partie 601: Caractéristiques nominales des instruments à contact (à
palpeur)
Reference number
ISO 25178-601:2010(E)
©
ISO 2010
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ISO 25178-601:2010(E)
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ISO 25178-601:2010(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .1
4 Summary of metrological characteristics.9
Annex A (normative) Classification of the different configurations for areal surface texture
scanning instruments .11
Annex B (informative) Features of an areal surface texture measuring instrument.12
Annex C (informative) Relationship to the GPS matrix model .15
Bibliography.17
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ISO 25178-601:2010(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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 25178-601 was prepared by Technical Committee ISO/TC 213, Dimensional and geometrical product
specifications and verification.
ISO 25178 consists of the following parts, under the general title Geometrical product specifications (GPS) —
Surface texture: Areal:
⎯ Part 2: Terms, definitions and surface texture parameters
⎯ Part 3: Specification operators
⎯ Part 6: Classification of methods for measuring surface texture
⎯ Part 7: Software measurement standards
⎯ Part 601: Nominal characteristics of contact (stylus) instruments
⎯ Part 602: Nominal characteristics of non-contact (confocal chromatic probe) instruments
⎯ Part 603: Nominal characteristics of non-contact (phase-shifting interferometric microscopy) instruments
⎯ Part 701: Calibration and measurement standards for contact (stylus) instruments
The following parts are under preparation:
⎯ Part 604: Nominal characteristics of non-contact (coherence scanning interferometry) instruments
⎯ Part 605: Nominal characteristics of non-contact (point autofocusing) instruments
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ISO 25178-601:2010(E)
Introduction
This part of ISO 25178 is a geometrical product specification standard and is to be regarded as a general
GPS standard (see ISO/TR 14638). It influences chain link 5 of the chain of standards on roughness profile,
waviness profile, primary profile and areal surface texture.
For more detailed information of the relation of this standard to the GPS matrix model, see Annex C.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 25178-601:2010(E)
Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture:
Areal —
Part 601:
Nominal characteristics of contact (stylus) instruments
1 Scope
This part of ISO 25178 defines the metrological characteristics of contact (stylus) areal surface texture
measuring instruments.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the cited editions apply. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 3274:1996, Geometrical Product Specifications (GPS) — Surface texture: Profile method — Nominal
characteristics of contact (stylus) instruments
ISO 4287, Geometrical Product Specifications (GPS) — Surface texture: Profile method — Terms, definitions
and surface texture parameters
ISO 10360-1, Geometrical Product Specifications (GPS) — Acceptance and reverification tests for coordinate
measuring machines (CMM) — Part 1: Vocabulary
ISO/IEC Guide 99:2007, International vocabulary of metrology — Basic and general concepts and associated
terms (VIM)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 3274, ISO 4287, ISO 10360-1 and
ISO/IEC Guide 99 and the following apply.
3.1 General terms and definitions
3.1.1
coordinate system of the instrument
right hand orthonormal system of axes (X,Y,Z) defined as:
⎯ (X,Y) is the plane established by the areal reference guide of the instrument;
⎯ Z-axis is in the plane of the stylus trajectory and is perpendicular to the (X,Y) plane (see Figure 1)
NOTE Normally, the X-axis is the tracing direction and the Y-axis is the stepping axis.
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3.1.2
measurement loop
closed chain which comprises all components connecting workpiece and the stylus tip, e.g. the means of
positioning, the workholding fixture, the measuring stand, the drive unit, the probing system (pick-up)
See Figure 1.
NOTE The measurement loop will be subjected to external and internal disturbances which influence the
measurement uncertainty.
Key
1 coordinate system of the instrument
2 measurement loop
Figure 1 — Coordinate system and measurement loop of the instrument
3.1.3
user adjustment
〈of a measuring instrument〉 adjustment employing only the means available to the user
NOTE This is an operation normally carried out by the user. It involves the use of a material measure, usually
supplied with the instrument. The result of this operation automatically or manually adjusts certain parameters in order that
the instrument operates correctly.
3.1.4
residual correction error
difference between the value of a quantity obtained after correcting the systematic error and the real value of
this quantity
NOTE The residual error is composed of random errors and uncorrected systematic errors.
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3.2 Terms and definitions relative to lateral scanning system
3.2.1
lateral scanning system
system that performs the scanning of the surface to be measured in the (X,Y) plane
NOTE Typically, the lateral scanning system is composed of the drive unit X (3.2.3) and drive unit Y (3.2.4).
3.2.2
areal reference guide
component of the instrument that generates the reference surface, in which the probing system (3.3.1)
moves relative to the surface being measured according to a theoretically exact trajectory
NOTE In the case of areal surface texture measuring instruments, the reference guide establishes a reference
surface (see ISO 25178-2). It can be achieved through the use of two perpendicular reference guides (see ISO 3274:1996,
3.3.2) or one reference surface guide.
3.2.3
drive unit X
component of the instrument that moves the probing system (3.3.1) or the surface to be measured along the
reference guide on the X-axis and provides the horizontal position of the stylus tip in terms of the lateral X
coordinate of the profile
3.2.4
drive unit Y
component of the instrument that moves the probing system (3.3.1) or the surface to be measured along the
reference guide on the Y-axis and provides the horizontal position of the stylus tip in terms of the lateral Y
coordinate of the profile
3.2.5
lateral position sensor
component of the drive unit that provides the lateral position of the pivot
NOTE 1 See Figure 2 for the definition of the pivot.
NOTE 2 The lateral position can be measured using, for example, a linear encoder, a laser interferometer, or a
counting device coupled with a micrometer screw.
3.3 Terms and definitions relative to the probing system
3.3.1
probing system
〈surface texture〉 component of the instrument consisting of the stylus (3.3.4), the pivot, the probe (3.3.2) and
the digitizing system (3.3.3)
NOTE 1 The axis of rotation around the pivot is parallel to the Y axis.
NOTE 2 The probing system is commonly called a “pick up”.
3.3.2
probe
〈surface texture〉 device that converts the height into a signal during measurement
NOTE In earlier standards this was termed a “transducer”.
3.3.3
digitizing system
device which converts analogue signals into digital ones
NOTE 1 The digital signal as a function of the x and y coordinates forms the extracted mechanical surface.
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NOTE 2 The digitizing system should not cause any intentional surface modification.
NOTE 3 In a typical system, the digitizing system is usually an analogue to digital converter.
3.3.4
stylus
mechanical device consisting of a tip and an arm
NOTE The typical stylus is shown in Figure 2.
Key
1 stylus tip H height of the stylus
2 pivot r radius of the tip
tip
L length of the arm γ cone angle of the tip
NOTE The above design is the most common. Other designs are also used, e.g. flexures, linear probes, etc.
Figure 2 — Characterization of the typical stylus
3.3.5
error due to arcuate motion
vector error generated by the rotation of the stylus (3.3.4) around the pivot
See Figure 3.
NOTE 1 The vector error consists of a lateral and horizontal component.
NOTE 2 The arcuate motion generates an error of the measured profile.
NOTE 3 The horizontal error which results from the arcuate motion is a function of the vertical displacement and may
be neglected depending on the required accuracy.
NOTE 4 The probe only measures one quantity (typically Z or the angle of the stylus arm) which does not give enough
information for the assessment of both X and Z quantities. The knowledge of the stylus geometry and either X or Z
quantity allows this assessment by using a mathematical adjustment.
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ISO 25178-601:2010(E)
Key
d rotation angle around the pivot
α
d horizontal error function of d and stylus geometry
X Z
d vertical displacement
Z
Figure 3 — Arcuate motion
3.4 Metrological characteristics of the instrument
3.4.1
measuring volume
range of the instrument stated in terms of the limits on all three coordinates measured by the instrument
NOTE For areal surface texture measuring instruments, the measuring volume is defined by
⎯ the measuring range of the drive unit X (3.2.3) and the drive unit Y (3.2.4),
⎯ the measuring range of the probing system (3.3.1).
3.4.2
response curve
F , F , F
x y z
graphical representation of the function that describes the relation between the actual quantity and the
measured quantity
See Figure 4.
NOTE 1 An actual quantity in X (respectively Y or Z) corresponds to a measured quantity x (respectively y or z ).
m m m
NOTE 2 The response curve can be used for adjustments and error corrections.
3.4.3
amplification coefficient
α , α , α
x y z
slope of the linear regression curve obtained from the response curve (3.4.2)
See Figure 5.
NOTE 1 There will be amplification coefficients applicable to the X, Y and Z quantities.
NOTE 2 The ideal response is a straight line with a slope equal to 1 which means that the values of the measurand are
equal to the values of the input quantities.
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ISO 25178-601:2
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 25178-601
Première édition
2010-07-01
Spécification géométrique des produits
(GPS) — État de surface: Surfacique —
Partie 601:
Caractéristiques nominales des
instruments à contact (à palpeur)
Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal —
Part 601: Nominal characteristics of contact (stylus) instruments
Numéro de référence
ISO 25178-601:2010(F)
©
ISO 2010
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ISO 25178-601:2010(F)
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Publié en Suisse
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ISO 25178-601:2010(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .1
4 Résumé des caractéristiques métrologiques.9
Annexe A (normative) Classification des différentes configurations pour les instruments de
mesure de l'état de surface surfacique par scanning à contact .11
Annexe B (informative) Caractéristiques d'un instrument de mesure de l'état de surface
surfacique.12
Annexe C (informative) Relation avec la matrice GPS .15
Bibliographie.17
© ISO 2010 – Tous droits réservés iii
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ISO 25178-601:2010(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 Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
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.
L'ISO 25178-601 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 213, Spécifications et vérification
dimensionnelles et géométriques des produits.
L'ISO 25178 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Spécification géométrique des
produits (GPS) — État de surface: Surfacique:
⎯ Partie 2: Termes, définitions et paramètres d'états de surface
⎯ Partie 3: Opérateurs de spécification
⎯ Partie 6: Classification des méthodes de mesurage de l'état de surface
⎯ Partie 7: Étalons logiciels
⎯ Partie 601: Caractéristiques nominales des instruments à contact (à palpeur)
⎯ Partie 602: Caractéristiques nominales des instruments sans contact (à capteur confocal chromatique)
⎯ Partie 603: Caractéristiques nominales des instruments sans contact (microscopes interférométriques à
glissement de franges)
⎯ Partie 701: Étalonnage et étalons de mesure pour les instruments à contact (à palpeur)
Les parties suivantes sont en cours d'élaboration:
⎯ Partie 604: Caractéristiques nominales des instruments sans contact (interférométrie par balayage à
cohérence)
⎯ Partie 605: Caractéristiques nominales des instruments sans contact (à point de focalisation
automatique)
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ISO 25178-601:2010(F)
Introduction
La présente partie de l'ISO 25178 est une norme de spécification géométrique des produits (GPS) et est à
considérer comme une norme GPS générale (voir l'ISO/TR 14638). Elle influence le maillon 5 de la chaîne de
normes concernant le profil de rugosité, le profil d'ondulation, le profil primaire et l'état de surface surfacique.
Pour de plus amples informations sur la relation de la présente norme avec la matrice GPS, voir l'Annexe C.
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NORME INTERNATIONALE ISO 25178-601:2010(F)
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de
surface: Surfacique —
Partie 601:
Caractéristiques nominales des instruments à contact
(à palpeur)
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 25178 spécifie les caractéristiques métrologiques des instruments de mesure de
l'état de surface surfacique par contact (instruments à palpeur).
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application 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 3274:1996, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Méthode du profil —
Caractéristiques nominales des appareils à contact (palpeur)
ISO 4287, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Méthode du profil — Termes,
définitions et paramètres d'état de surface
ISO 10360-1, Spécification géométrique des produits (GPS) — Essais de réception et de vérification
périodique des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) — Partie 1: Vocabulaire
Guide ISO/CEI 99:2007, 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 3274, l'ISO 4287,
l'ISO 10360-1 et le Guide ISO/CEI 99 ainsi que les suivants s'appliquent.
3.1 Termes généraux et définitions
3.1.1
système de coordonnées de l'instrument
système d'axes (X, Y, Z) orthonormé de sens direct défini ainsi:
⎯ (X, Y) est le plan constitué par le guide surfacique de référence de l'instrument;
⎯ l'axe Z est dans le plan de la trajectoire du stylet et perpendiculaire au plan (X, Y) (voir la Figure 1)
NOTE Normalement, l'axe X est l'axe d'avance et l'axe Y celui de déplacement entre chaque profil.
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ISO 25178-601:2010(F)
3.1.2
boucle de mesure
chaîne fermée comprenant tous les composants connectant la pièce et la touche du stylet, par exemple le
matériel de positionnement, le dispositif de serrage de la pièce, la table de mesure, les unités d'avance et de
déplacement, le système de palpage (capteur)
Voir la Figure 1.
NOTE La boucle de mesure est soumise à des perturbations extérieures et intérieures qui influenceront l'incertitude
de mesure.
Légende
1 système de coordonnées de l'instrument
2 boucle de mesure
Figure 1 — Système de coordonnées et chaîne de mesure de l'instrument
3.1.3
réglage
〈instrument de mesure〉 ajustage d'un système de mesure utilisant uniquement les moyens mis à la disposition
de l'utilisateur
NOTE Cette opération est normalement réalisée par l'utilisateur. Elle implique l'utilisation d'une mesure matérialisée,
généralement fournie avec l'instrument. Cette opération a pour résultat le réglage automatique ou manuel de certains
paramètres afin que l'instrument fonctionne correctement.
3.1.4
erreur résiduelle de correction
différence entre la valeur d'une grandeur obtenue après correction de l'erreur systématique et la valeur réelle
de cette grandeur
NOTE L'erreur résiduelle de correction est composée d'erreurs aléatoires et d'erreurs systématiques non corrigées.
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ISO 25178-601:2010(F)
3.2 Termes et définitions en rapport avec le système de scanning latéral
3.2.1
système de scanning latéral
système réalisant le balayage de la surface à mesurer dans le plan (X, Y)
NOTE En général, le système de scanning latéral est composé de l'unité d'avance (3.2.3) et de l'unité à
déplacement transversal (3.2.4).
3.2.2
référence de guidage surfacique
composant de l'instrument générant la surface de référence, sur laquelle le système de palpage (3.3.1) se
déplace suivant une trajectoire théoriquement exacte par rapport à la surface mesurée
NOTE Dans le cas d'instruments de mesure de l'état de surface surfacique, la référence de guidage fournit une
surface de référence (voir l'ISO 25178-2). Elle peut être obtenue en utilisant deux références de guidage perpendiculaires
(voir l'ISO 3274:1996, 3.3.2) ou une référence de guidage surfacique.
3.2.3
unité d'avance
composant de l'instrument déplaçant le système de palpage (3.3.1) ou la surface mesurée suivant la
référence de guidage de l'axe X et fournissant la composante suivant X du pivot du système de palpage pour
le profil
3.2.4
unité à déplacement transversal
composant de l'instrument déplaçant le système de palpage (3.3.1) ou la surface mesurée suivant la
référence de guidage de l'axe Y et fournissant la composante suivant Y du pivot du système de palpage pour
le profil
3.2.5
capteur de position latérale
composant des unités d'avance et de déplacement fournissant la position latérale du pivot
NOTE 1 Voir la Figure 2 pour la définition du pivot.
NOTE 2 La position latérale peut être mesurée ou déduite à l'aide d'un encodeur linéaire, d'un interféromètre laser ou
d'un dispositif de comptage associé à une vis micrométrique.
3.3 Termes et définitions en rapport avec le système de palpage
3.3.1
système de palpage
〈état de surface〉 composant de l'instrument comportant le stylet (3.3.4), le pivot, le palpeur (3.3.2) et le
système de numérisation (3.3.3)
NOTE 1 L'axe de rotation autour du pivot est parallèle à l'axe Y.
NOTE 2 Le système de palpage est couramment appelé «capteur».
3.3.2
palpeur
〈état de surface〉 dispositif convertissant la hauteur en un signal pendant le mesurage
NOTE Le palpeur est appelé «transducteur» dans les anciennes normes.
3.3.3
système de numérisation
dispositif convertissant les signaux analogiques en signaux numériques
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ISO 25178-601:2010(F)
NOTE 1 Le signal numérique en fonction des coordonnées x et y forme la surface mécanique extraite.
NOTE 2 Il convient que le système de numérisation n'entraîne aucune modification intentionnelle de la surface.
NOTE 3 Dans un système type, le système de numérisation est généralement un convertisseur analogique-numérique.
3.3.4
stylet
dispositif mécanique consistant en une touche et un bras
NOTE Un stylet type est montré à la Figure 2.
Légende
1 touche
2 pivot
L longueur du bras
H hauteur du stylet
r rayon de la touche
tip
γ angle du cône de la touche
NOTE La conception représentée ci-dessus est la plus courante. D'autres sont utilisées, par exemple des lames
flexibles, des palpeurs linéaires, etc.
Figure 2 — Caractérisation du stylet type
3.3.5
distorsion d'arc
erreur de vecteur engendrée par la rotation du stylet (3.3.4) autour du pivot
Voir la Figure 3.
NOTE 1 L'erreur de vecteur consiste en un composant latéral et horizontal.
NOTE 2 La rotation du pivot engendre une erreur du profil mesuré.
NOTE 3 L'erreur horizontale résultant de la rotation du pivot dépend du déplacement vertical et peut être négligée si la
précision exigée le permet.
NOTE 4 Le palpeur ne mesure qu'une grandeur (généralement en Z ou l'angle du bras du stylet), ce qui ne donne pas
suffisamment d'informations pour l'évaluation des grandeurs à la fois en X et en Z. La connaissance de la géométrie du
stylet et d'une des grandeurs en X ou en Z permet cette évaluation à l'aide d'une compensation mathématique.
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Légende
d angle de rotation autour du pivot
α
d erreur horizontale fonction de d et de la géométrie du stylet
X Z
d déplacement vertical
Z
Figure 3 — Rotation du pivot
3.4 Caractéristiques métrologiques de l'instrument
3.4.1
volume de mesure
étendue de l'instrument définie par les limites simultanées de toutes les coordonnées spatiales mesurées par
l'instrument
NOTE Pour les instruments mesurant l'état de surface surfacique, le volume de mesure est défini par
⎯ l'étendue de mesure de l'unité d'avance (3.2.3) et de l'unité à déplacement transversal (3.2.4);
⎯ l'étendue de mesure du système de palpage (3.3.1).
3.4.2
courbe de réponse
F , F , F
x y z
représentation graphique de la fonction décrivant la relation entre la grandeur réelle et la grandeur mesurée
Voir la Figure 4.
NOTE 1 Une grandeur réelle en X (respectivement Y ou Z) correspond à une grandeur mesurée x (respectivement y
m m
ou z ).
m
NOTE 2 La courbe de réponse peut être utilisée pour l'ajustage d'un système de mesure et la correction des erreurs.
3.4.3
coefficient d'amplification
α , α , α
x y z
pente de la courbe de régression linéaire obtenue à partir de la courbe de réponse (3.4.2)
Voir la Figure 5.
NOTE 1 Il y aura des coefficients d'amplification applicables aux grandeurs en X, Y, Z.
NOTE 2 La réponse idéale est une ligne droite avec une pente égale à 1, signifiant que les valeurs du mesurande sont
égales aux valeurs des grandeurs d'entrée.
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ISO 25178-601:2010(F)
Légende
1 courbe de réponse 3 gran
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