ISO/TS 15530-4:2008
(Main)Geometrical Product Specifications (GPS) — Coordinate measuring machines (CMM): Technique for determining the uncertainty of measurement — Part 4: Evaluating task-specific measurement uncertainty using simulation
Geometrical Product Specifications (GPS) — Coordinate measuring machines (CMM): Technique for determining the uncertainty of measurement — Part 4: Evaluating task-specific measurement uncertainty using simulation
ISO/TS 15530-4:2008 specifies requirements (for the manufacturer and the user) for the application of (simulation-based) uncertainty evaluating software (UES) to measurements made with coordinate measuring machines (CMMs), and gives informative descriptions of simulation techniques used for evaluating task-specific measurement uncertainty. ISO/TS 15530-4:2008 describes methods of testing such simulation software, along with advantages and disadvantages of various testing methods. ISO/TS 15530-4:2008 also describes various testing procedures for the evaluation of task specific uncertainty determination by simulation for specific measurement tasks carried out on CMMs, taking into account the measuring device, the environment, the measurement strategy and the object. This document describes the general procedures without restricting the possibilities of the technical realization. Guidelines for verification and evaluation of the simulation package are included.
Spécification géométrique des produits (GPS) — Machines à mesurer tridimensionnelles (MMT): Technique pour la détermination de l'incertitude de mesure — Partie 4: Évaluation de l'incertitude de mesure spécifique d'une tâche à l'aide de simulations
L'ISO/TS 15530-4:2007 spécifie les exigences (applicables au fabricant et à l'utilisateur) relatives à l'utilisation de logiciels d'évaluation des incertitudes (logiciels UES) (basés sur des simulations) pour les mesurages réalisés avec des MMT. Il fournit des descriptions informatives des techniques de simulation employées pour évaluer les incertitudes de mesure spécifiques d'une tâche. L'ISO/TS 15530-4:2007 décrit les méthodes d'essai de ce type de logiciels de simulation et répertorie les avantages et les inconvénients des diverses méthodes d'essai. L'ISO/TS 15530-4:2007 présente les différents modes opératoires d'essai relatifs à l'évaluation de la détermination de l'incertitude spécifique d'une tâche par simulation pour les tâches de mesurage spécifiques réalisées sur des MMT, en prenant en compte le dispositif de mesurage, l'environnement, la stratégie de mesurage ainsi que l'objet. La présente partie de l'ISO 15530 a pour objectif de décrire les modes opératoires généraux sans limitation des possibilités de mise en œuvre technique. Des lignes directrices sont fournies pour vérifier et évaluer la solution logicielle de simulation.
General Information
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TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 15530-4
First edition
2008-06-01
Geometrical Product Specifications
(GPS) — Coordinate measuring machines
(CMM): Technique for determining the
uncertainty of measurement —
Part 4:
Evaluating task-specific measurement
uncertainty using simulation
Spécification géométrique des produits (GPS) — Machines à mesurer
tridimensionnelles (MMT): Technique pour la détermination de
l'incertitude de mesure —
Partie 4: Évaluation de l'incertitude de mesure spécifique d'une tâche à
l'aide de simulations
Reference number
ISO/TS 15530-4:2008(E)
©
ISO 2008
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ISO/TS 15530-4:2008(E)
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Published in Switzerland
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ISO/TS 15530-4:2008(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .1
4 Abbreviations.2
5 Requirements concerning uncertainty evaluating software (UES) .2
5.1 Specification of the claimed scope of the UES .2
5.2 Specification of input to the UES.3
5.3 Additional UES documentation.3
5.4 GUM compliance.3
5.5 Use of results from UES.4
Annex A (normative) Checklist — Declaration of influence quantities .5
Annex B (informative) Elements of the uncertainty evaluating software (UES) .7
Annex C (informative) Methods of testing uncertainty evaluating software (UES).9
Annex D (informative) Descriptive example — Physical testing on an individual CMM.18
Annex E (informative) Descriptive example — Computer-aided verification and evaluation .20
Annex F (informative) Descriptive example — Comparison with specific reference results.22
Annex G (informative) Descriptive example — Statistical long term investigation .24
Annex H (informative) Relation to the GPS matrix model.25
Bibliography .26
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ISO/TS 15530-4:2008(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.
In other circumstances, particularly when there is an urgent market requirement for such documents, a
technical committee may decide to publish other types of normative document:
⎯ an ISO Publicly Available Specification (ISO/PAS) represents an agreement between technical experts in
an ISO working group and is accepted for publication if it is approved by more than 50 % of the members
of the parent committee casting a vote;
⎯ an ISO Technical Specification (ISO/TS) represents an agreement between the members of a technical
committee and is accepted for publication if it is approved by 2/3 of the members of the committee casting
a vote.
An ISO/PAS or ISO/TS is reviewed after three years in order to decide whether it will be confirmed for a
further three years, revised to become an International Standard, or withdrawn. If the ISO/PAS or ISO/TS is
confirmed, it is reviewed again after a further three years, at which time it must either be transformed into an
International Standard or be withdrawn.
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/TS 15530-4 was prepared by Technical Committee ISO/TC 213, Dimensional and geometrical product
specifications and verification.
ISO/TS 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 3: Use of calibrated workpieces or standards [Technical Specification]
⎯ Part 4: Evaluating task-specific measurement uncertainty using simulation [Technical Specification]
The following part is under preparation:
⎯ Part 2: Use of multiple measurements strategies in calibration artefacts [Technical Specification]
The following part is planned:
⎯ Part 1: Overview and general issues
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ISO/TS 15530-4:2008(E)
Introduction
This part of ISO 15530 is a Geometrical Product Specification (GPS) Technical Specification and is to be
regarded as a general GPS document (see ISO/TR 14638). It influences the chain link 6 of the chain of
standards on size, distance, radius, angle, form, orientation, location, run-out and datums.
For more detailed information of the relation of this part of ISO 15530 to the GPS matrix model, see Annex H.
For coordinate measuring machines (CMMs) used to inspect tolerances according to ISO 14253-1, the task-
specific uncertainties of measurement are taken into account when tests for conformity/non-conformity are
carried out. While knowledge of the uncertainty of measurement is important, up to the present, there have
been only a few procedures that allow the task-specific uncertainty of measurement to be stated.
For simple measuring devices, this uncertainty can be evaluated by an uncertainty budget according to the
recommendations of the Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM). However, in the case
of a CMM, the formulation of a classical uncertainty budget is impractical for the majority of the measurement
tasks due to the complexity of the measuring process.
Alternate methods that are consistent with the GUM can be used to determine the task-specific uncertainty of
coordinate measurements. One such method that evaluates the uncertainty by numerical simulation of the
measuring process allowing for uncertainty influences is described in this part of ISO 15530.
To allow CMM users to easily create uncertainty statements, CMM suppliers and other third party companies
have developed uncertainty evaluating software (UES). UES is based on a computer-aided mathematical
model of the measuring process. In this model, the measuring process is represented from the measurand to
the measurement result, taking important influence quantities into account.
In the simulation, these influences are varied within their possible or assumed range of values (described by
probability distributions), and the measuring process is repeatedly simulated, using possible combinations of
the influence quantities. The uncertainty is determined from the variation of the final result.
This procedure is compatible with the fundamental principles of the internationally valid Guide to the
expression of uncertainty in measurement (GUM). The details of the UES are often hidden in compiled
computer code making it difficult for the user to assess the reliability of the calculated uncertainty statements.
This part of ISO 15530 sets forth terminology and testing procedures for both the UES supplier and the CMM
user to communicate and quantify the capabilities of UES.
This part of ISO 15530 begins by considering the declaration of influence quantities. The declarations identify
which influence quantities, along with their ranges of values, the UES can account for in its uncertainty
evaluation. For example, some UES can include the effects of using multiple styli during a CMM
measurement, while others cannot.
Similarly, some UES can include the effects of spatial temperature gradients or variations of temperature over
time, while others cannot. The purpose of the declaration section is to clearly identify to the CMM user what
influence quantities, and their ranges of values, the UES will consider in its uncertainty evaluation.
This will allow the user to be able to make informed decisions. Purchasing a UES product with limited
capabilities that do not include some influence quantities present during the CMM measurements requires the
CMM user to independently evaluate these unaccounted-for influence quantities and combine them
appropriately with those that are evaluated by the UES in order to produce a GUM compliant uncertainty
statement.
This part of ISO 15530 then goes on to identify four possible methods of testing, recognizing that no single
method is comprehensive in a practical sense. For each method, a description is given along with its
considerations, advantages and disadvantages. A descriptive example is also included for each method.
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 15530-4:2008(E)
Geometrical Product Specifications (GPS) — Coordinate
measuring machines (CMM): Technique for determining the
uncertainty of measurement —
Part 4:
Evaluating task-specific measurement uncertainty using
simulation
1 Scope
This part of ISO 15530 specifies requirements (for the manufacturer and the user) for the application of
(simulation-based) uncertainty evaluating software (UES) to measurements made with CMMs, and gives
informative descriptions of simulation techniques used for evaluating task-specific measurement uncertainty.
Furthermore, it describes testing methods for such simulation software, along with advantages and
disadvantages of various testing methods.
Finally, it describes various testing procedures for the evaluation of task specific uncertainty determination by
simulation for specific measurement tasks carried out on CMMs, taking into account the measuring device, the
environment, the measurement strategy and the object. This document describes the general procedures
without restricting the possibilities of the technical realization. Guidelines for verification and evaluation of the
simulation package are included.
The document is not aimed at defining new parameters for the general evaluation of the accuracy of CMM
measurements.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 10360-1:2000, 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)
Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM). BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP, OIML,
1st edition, 1993, corrected and reprinted in 1995
3 Terms and definitions
For the purpose of this document, the terms and definitions given in ISO 10360-1, VIM and GUM apply.
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ISO/TS 15530-4:2008(E)
4 Abbreviations
CVE Computer-aided Verification and Evaluation
UES Uncertainty Evaluating Software
NOTE Definitions beyond the words of these abbreviations are not given. The abbreviations and their associated
phrases should be meaningful in the contexts of their use in this document.
5 Requirements concerning uncertainty evaluating software (UES)
5.1 Specification of the claimed scope of the UES
The manufacturer of the UES shall explicitly declare the claimed scope of the software. This declaration shall
include specifying:
⎯ the types of CMMs for which the software is applicable;
⎯ any CMM accessories allowed;
⎯ which CMM errors are accounted for;
⎯ the considered environmental conditions of both CMM and workpiece;
⎯ the applicable probe types and accessories;
⎯ the associated features included;
⎯ the geometric tolerancing allowed;
⎯ the measuring procedures and strategies covered;
⎯ the operator effects covered;
⎯ any other influence factors affecting the uncertainty of measurement covered by the UES.
In particular, the manufacturer shall specify, by means of the checklist (see Annex A), which uncertainty
contributors the software claims to take into account.
NOTE 1 It is expected that the UES account for only some of the influence factors listed here and in Annex A.
NOTE 2 The checklist in Annex A includes the categories listed above.
EXAMPLE 1 An example of UES might take into account:
⎯ the geometrical deviations of the CMM;
⎯ deviations of the probing system;
⎯ influences of temporal and spatial temperature gradients on the workpiece and CMM.
For each influence factor claimed on the checklist of Annex A, the manufacturer shall specify the ranges of
validity when applicable. The ranges to be specified include (when claimed) but are not limited to:
a) permissible part spectrum (e.g. exclusion of flexible sheet-metal parts, a minimum arc length for circles,
maximum cone apex angles, etc.);
b) permissible task spectrum (e.g. exclusion of scanning or form measurement);
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ISO/TS 15530-4:2008(E)
c) permissible temperature range;
d) permissible temporal temperature gradients dT/dt;
e) permissible spatial temperature gradients dT/dx;
f) other permissible environmental conditions.
EXAMPLE 2 If “non 20 °C temperature” is claimed on the checklist, the range of validity might be defined as:
Homogenous temperature in space and time, within the limits of 15 °C to 30 °C. This range might also vary depending on
the CMM.
5.2 Specification of input to the UES
The UES manufacturer shall specify in detail (or reference appropriate documents that do the same) what
input quantities are required to characterize the measurement system and how these quantities are obtained.
NOTE 1 These are the values that are used by the UES to characterize the CMM, the environment, operator effects,
etc.
EXAMPLE 1 For example, a requirement of the UES might be to first measure calibrated artefacts in certain positions.
The software can then use this information to characterize some of the CMM behaviour.
EXAMPLE 2 Another example of how UES could characterize some of the CMM behaviour could include requiring
certain specified MPE values.
EXAMPLE 3 An example of how operator effects might be assessed is from gauge repeatability and reproducibility
studies (i.e. GR&R), analysis of variance (i.e. ANOVA), and/or from expert judgment (i.e. “type B evaluation”).
NOTE 2 Any other required information (e.g. the CMM type) is included in this specification requirement.
5.3 Additional UES documentation
The following requirements provide a level of transparency in the fundamental nature of the UES. The
manufacturer of the UES shall provide:
⎯ documentation describing how the influence quantities are varied (as a rule, the probability distribution
should be documented);
⎯ documentation describing how the uncertainties are derived from the simulated samples;
⎯ documentation describing the essential features of the model.
Transparency of the model increases the user's confidence in the statement of the uncertainty.
Documentation of the model and procedure should be sufficient to enable the user to furnish proof of a
statement of uncertainty in compliance with this requirement. This is important in particular in connection with
ISO 9000, which requires documentation of the procedure used for the uncertainty determination.
5.4 GUM compliance
The manufacturer shall ensure that the statement of the uncertainty complies with the internationally valid
principles of the expression of uncertainty (GUM). This includes the statement of a confidence level or a
coverage factor.
The combined standard uncertainty may be indicated in addition to the expanded uncertainty.
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ISO/TS 15530-4:2008(E)
5.5 Use of results from UES
An uncertainty reported from UES is applicable only as consistent with the scope of the software (5.1). In
particular, when using UES, the uncertainty of a measurement shall be composed of the uncertainty evaluated
by the UES and the uncertainties from the other influence quantities that have not been taken into account in
the UES, which have been evaluated by other appropriate means. These uncertainties shall be combined in a
GUM compliant manner.
NOTE Some informative content dealing with this matter appears in Annex B.
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ISO/TS 15530-4:2008(E)
Annex A
(normative)
Checklist — Declaration of influence quantities
No reasonable checklist can be comprehensive. However, this checklist should serve to identify several key
influence factors in identifying the scope of uncertainty evaluating software. Varied listings are also included in
1)
ISO 15530-1 and ISO 14253-1. The CMM types listed below are extracted from ISO 10360-1.
Check box Influence factor Additional information
CMM types (see ISO 10360-1)
moving bridge
fixed bridge
column
moving table cantilever
fixed table cantilever
moving ram horizontal arm
moving table horizontal arm
fixed table horizontal arm
L-shaped bridge
gantry
dual ram
CMM accessories
rotary table
CMM errors
rigid-body errors
static, nonrigid-body geometry errors
dynamic machine geometry errors
part loading effects
CMM environmental conditions
non 20° C temperature Range:
thermal compensation applied to CMM Range:
spatial gradients Up to:
thermal variations in time Up to:
algorithm software accuracy
hysteresis
Probing system accessories
multiple styli Maximum lengths:
multiple probe
articulated probing system
styli changing
probe changing
1) Planned.
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ISO/TS 15530-4:2008(E)
Check box Influence factor Additional information
Geometric tolerancing
datum reference frames
form
size
location
orientation
orientation with maximum/least material condition
position with maximum/least material condition
Workpiece environment and conditions
non 20° C temperature (same as CMM)
non 20° C temperature (independent of CMM) Range:
thermal compensation applied to workpiece
spatial thermal gradients (e.g. up to 2°C/m) Up to:
thermal variations in time (e.g. up to 1°C/hr) Up to:
contamination
vibration effects Up to:
surface roughness Up to:
surface waviness Up to:
form Up to:
fixturing
material composition (CTE, etc.)
Measuring procedure and strategy
sampling strategies
number of points Range:
location of points on the workpiece coordinate system Restrictions:
workpiece location and orientation in the machine coordinate
system
filtration / outlier removal
probing speed
probing acceleration
Operator effects
operator effects (specify)
Other effects
(specify)
Probe types (check boxes):
Discrete point sampling Offline scanning Online scanning
contact touch trigger
contact analog
noncontact
Associated features (check boxes):
Minimum-
Least-squares Minimum-zone Maximum-inscribed
circumscribed
lines
circles
planes
spheres
cylinders
cones
tori
splines (specify)
other (specify)
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ISO/TS 15530-4:2008(E)
Annex B
(informative)
Elements of the uncertainty evaluating software (UES)
B.1 General
The simulation can be integrated into a control and evaluation software of a CMM (on-line) or implemented as
an independent system on an external computer (off-line). This document applies to both variants.
B.2 UES Model
The model of the measuring process employed by the UES describes the mathematical relationship between
the input quantities (comprised of the measurand and influence quantities) and the output measurement
result. The UES does not require that the model be described by a closed mathematical expression.
Numerical algorithms, such as the calculation of associated features or filtering of measurement points can,
therefore, be included in the model. This makes UES particularly suitable for complex measuring processes
like coordinate measurements.
The model used by some UES of the measurement on a CMM can be described by a flow chart, in which the
quantities influencing the measuring process are plotted. Figure B.1 shows a typical flow chart.
Figure B.1 — Measurement on a CMM represented in the form of a flow chart
Usually not all possible uncertainty influences are taken into account in the model. Influence quantities that
have not been considered are to be evaluated by other procedures and added to the total uncertainty
(see B.3).
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ISO/TS 15530-4:2008(E)
B.3 Determination of the task-specific uncertainty of measurement
The parameters of the simulated measurement, which are important from the metrological point of view,
should be as similar as possible to those of the real measurement. The standard uncertainty of a
measurement result y is composed of
⎯ the uncertainty u determined by the simulation, and
sim
⎯ the uncertainties u from the influence quantities that have not been taken into account in the simulation
i
and have been evaluated by other appropriate means.
The combined standard uncertainty, u, is then calculated (assuming the u are uncorrelated) by:
i
22
uu=+ u
sim ∑ i
With the aid of coverage factors, this standard uncertainty can be brought to the desired confidence level. As
a rule, the following is valid:
Uu=×2
for a confidence level of 95 %. If the uncertainty stated by the simulation already is an expanded uncertainty
U , the simulated uncertainty u is to be calculated by division with the appropriate coverage factor.
sim sim
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ISO/TS 15530-4:2008(E)
Annex C
(informative)
Methods of testing uncertainty evaluating software (UES)
C.1 General
The UES shall account for all effects that are specified in the declaration of influence factors according to 5.1.
When testing UES, one attempts to verify that, when all influence quantities that are identified in the
declaration section are varied within their permitted ranges, the expanded uncertainty calculated by the UES
(combined with uncertainty evaluations of other influence factors) contains a large fraction (typically 95 %) of
the measurement errors. Given the very large number of significantly different measurands and combinations
of influence factors that can occur in CMM measurements, each one of which leads to a particular
measurement error that is to be compared to the expanded uncertainty as calculated by the UES, the task of
testing UES is enormous.
In an ideal test, for each measurand, all possible permitted influence quantities are varied over their full
permitted extent. To illustrate the magnitude of this task, consider the diameter of a cylinder to be the
measurand. Ideally, to test the ability of UES for this measurand, one would want to measure a calibrated
cylinder on a very large number of metrologically different CMMs, each having a different combination of
geometrical and probing errors, and under various thermal conditions, etc. as permitted by the declaration
section. On each of these CMMs, one would want to measure many different cylinders having differing aspect
ratios and form errors, and for each cylinder one would want to measure in many locations, orientations, with
different probes, sampling strategies, etc. For each of these measurements, the observed error would be
compared to the UES calculated expanded uncertainty. Obviously this example of a single measurand
involves many thousands of measurements on a large number of CMMs and is simply too expensive as a
practical test. Thus, testing UES generally consists of some combination of tests involving physical
measurements and software measurements.
Thus, comprehensive testing of UES is a generally prohibitively large task. This annex discusses four
available methods that could be used to test UES, seeking to be as comprehensive as reasonably possible.
No single method of the four discussed below can be practically used as a comprehensive test by itself. Yet,
while passing one test may not guarantee always perfect software, failing in a test can be important in
revealing problems in the UES. Furthermore, passing the multiple tests described below is more
comprehensive than testing and passing one, and thus increases the user’s confidence in the software.
These methods are best suited to identify cases when the UES undervalues the uncertainty. It is complicated
to assess an overvaluation by the UES, since it is unknown whether a large uncertainty reported by the UES
was due to some error or due to a correct use of limited information, which could lead to a larger uncertainty
value.
For each method, a description is given along with key considerations and the advantages and disadvantages
of the particular testing method. Descriptive examples of each testing method are given in Annexes D to G.
C.2 Physical testing on an individual CMM
C.2.1 General
This technique involves making several measurements using a calibrated artefact in order to statistically
compare the observed deviations from the calibrated value with the uncertainties reported by the uncertainty
evaluating software. Any object permitted according to 5.1 may be used. The object shall have been
calibrated by an independ
...
SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 15530-4
Première édition
2008-06-01
Spécification géométrique des produits
(GPS) — Machines à mesurer
tridimensionnelles (MMT): Technique
pour la détermination de l'incertitude de
mesure —
Partie 4:
Évaluation de l'incertitude de mesure
spécifique d'une tâche à l'aide de
simulations
Geometrical Product Specifications (GPS) — Coordinate measuring
machines (CMM): Technique for determining the uncertainty of
measurement —
Part 4: Evaluating task-specific measurement uncertainty using
simulation
Numéro de référence
ISO/TS 15530-4:2008(F)
©
ISO 2008
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ISO/TS 15530-4:2008(F)
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ISO/TS 15530-4:2008(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application.1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions.2
4 Termes abrégés .2
5 Exigences relatives aux logiciels d'évaluation des incertitudes (UES) .2
5.1 Spécification du domaine d'application déclaré des logiciels UES .2
5.2 Spécification des entrées pour le logiciel UES .3
5.3 Documentation complémentaire sur le logiciel UES .3
5.4 Conformité avec le GUM .4
5.5 Utilisation des résultats du logiciel UES.4
Annexe A (normative) Liste de contrôle — Déclaration des grandeurs d'influence.5
Annexe B (informative) Éléments des logiciels d'évaluation des incertitudes (UES).7
Annexe C (informative) Méthodes d'essai des logiciels d'évaluation des incertitudes (UES).9
Annexe D (informative) Exemple descriptif — Essai physique sur une MMT individuelle.18
Annexe E (informative) Exemple descriptif — Vérification et évaluation
assistées par ordinateur (CVE) .20
Annexe F (informative) Exemple descriptif — Comparaison avec des résultats
de référence spécifiques.22
Annexe G (informative) Exemple descriptif — Étude statistique à long terme.24
Annexe H (informative) Relations avec la matrice GPS .25
Bibliographie .26
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ISO/TS 15530-4:2008(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.
Dans d'autres circonstances, en particulier lorsqu'il existe une demande urgente du marché, un comité
technique peut décider de publier d'autres types de documents normatifs:
⎯ une Spécification publiquement disponible ISO (ISO/PAS) représente un accord entre les experts dans
un groupe de travail ISO et est acceptée pour publication si elle est approuvée par plus de 50 % des
membres votants du comité dont relève le groupe de travail;
⎯ une Spécification technique ISO (ISO/TS) représente un accord entre les membres d'un comité technique
et est acceptée pour publication si elle est approuvée par 2/3 des membres votants du comité.
Une ISO/PAS ou ISO/TS fait l'objet d'un examen après trois ans afin de décider si elle est confirmée pour trois
nouvelles années, révisée pour devenir une Norme internationale, ou annulée. Lorsqu'une ISO/PAS ou
ISO/TS a été confirmée, elle fait l'objet d'un nouvel examen après trois ans qui décidera soit de sa
transformation en Norme internationale soit de son annulation.
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/TS 15530-4 a été élaborée par le comité technique 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 3: Utilisation de pièces étalonnées ou des normes [Spécification technique]
⎯ Partie 4: Évaluation de l'incertitude de mesure spécifique d'une tâche à l'aide de simulations
[Spécification technique]
La partie suivante est en cours d'élaboration:
⎯ Partie 2: Utilisation de stratégies de mesures multiples pour les artéfacts d'étalonnage [Spécification
technique]
La partie suivante est prévue:
⎯ Partie 1: Vue d'ensemble et généralités
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ISO/TS 15530-4:2008(F)
Introduction
La présente partie de l'ISO 15530 est une Spécification technique traitant de la spécification géométrique des
produits (GPS) et doit être considérée comme un document GPS général (voir l'ISO/TR 14638). Elle influence
le maillon 6 de la chaîne de normes sur la taille, la distance, le rayon, l'angle, la forme, l'orientation, la
position, le battement et les références.
Pour de plus amples informations sur les relations entre la présente partie de l'ISO 15530 et la matrice GPS,
voir l'Annexe H.
Dans le cas des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) utilisées pour vérifier les tolérances
conformément à l'ISO 14253-1, les incertitudes de mesure spécifiques d'une tâche sont prises en compte lors
de la réalisation des essais de conformité/non-conformité. Si la connaissance de l'incertitude de mesure est
importante, jusqu'à présent seuls quelques modes opératoires permettaient de déterminer l'incertitude de
mesure spécifique d'une tâche.
Dans le cas de dispositifs de mesurage simples, cette incertitude peut être évaluée par un bilan d'incertitude
conformément au Guide pour l'expression de l'incertitude de mesure (GUM). Toutefois, dans le cas d'une
MMT, la formulation d'un bilan d'incertitude classique n'est pas possible pour la majorité des tâches de
mesure en raison de la complexité du procédé de mesurage.
D'autres méthodes conformes au GUM peuvent être utilisées afin de déterminer l'incertitude de mesure par
coordonnées spécifique d'une tâche. L'une des ces méthodes, décrite dans la présente partie de l'ISO 15530,
évalue l'incertitude par simulation numérique du procédé de mesurage en tenant compte des influences de
l'incertitude.
Afin de faciliter la création de déclarations d'incertitude par les utilisateurs de MMT, les fournisseurs de MMT
ainsi que les sociétés tierces ont développé des logiciels d'évaluation des incertitudes (ou logiciels «UES»,
pour Uncertainty evaluating software). Ces logiciels s'appuient sur un modèle mathématique du procédé de
mesurage, celui-ci allant du mesurande au résultat de mesure, tout en tenant compte des grandeurs
d'influence importantes.
Dans la simulation, ces influences font l'objet de variations dans leur plage de valeurs possibles ou
supposées («distribution des probabilités»), et le procédé de mesurage est simulé de multiples fois à l'aide
des différentes combinaisons possibles des grandeurs d'influence. L'incertitude est alors déterminée à partir
de la variation du résultat final.
Ce mode opératoire est compatible avec les principes fondamentaux du GUM, reconnu et validé à l'échelle
internationale. Les détails des logiciels UES sont souvent cachés derrière des codes informatiques compilés,
ce qui rend difficile pour l'utilisateur l'évaluation de la fiabilité des déclarations d'incertitude calculées. C'est
pourquoi la présente partie de l'ISO 15530 spécifie la terminologie et les modes opératoires d'essai
applicables, afin que les fournisseurs de logiciels UES et les utilisateurs de MMT puissent communiquer et
quantifier les capacités de ces logiciels.
La présente partie de l'ISO 15530 examine en premier lieu la déclaration des grandeurs d'influence. Les
déclarations identifient les grandeurs d'influence, et leurs plages de valeurs, susceptibles d'être intégrées à
l'évaluation des incertitudes réalisées par un logiciel UES. Par exemple, certains logiciels peuvent inclure les
effets de l'utilisation de stylets multiples pendant un mesurage MMT, contrairement à d'autres qui ne le
peuvent pas.
De même, certains logiciels d'évaluation des incertitudes peuvent tenir compte des effets des gradients de
température dans l'espace ou des variations de température dans le temps, contrairement à d'autres qui ne le
peuvent pas. L'objectif de la déclaration est de clairement identifier, pour l'utilisateur de MMT, les grandeurs
d'influence et leurs plages de valeurs qui seront prises en considération par le logiciel UES dans son
évaluation des incertitudes.
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ISO/TS 15530-4:2008(F)
Ces éléments permettront à l'utilisateur de prendre des décisions avisées. L'acquisition d'un logiciel UES dont
les capacités limitées n'intègrent pas certaines grandeurs d'influence présentes lors des mesurages MMT
impose à l'utilisateur de procéder à l'évaluation indépendante de ces grandeurs non prises en compte et de
les combiner de manière appropriée à celles évaluées par le logiciel UES afin d'obtenir une déclaration
d'incertitude conforme au GUM.
La présente partie de l'ISO 15530 s'attache ensuite à identifier quatre méthodes d'essai possibles, tout en
reconnaissant qu'aucune d'elles ne peut être considérée comme exhaustive dans la pratique. Chaque
méthode décrite est présentée avec les points à prendre en considération, ses avantages et ses
inconvénients. Un exemple descriptif est également inclus pour chacune d'elles.
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SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 15530-4:2008(F)
Spécification géométrique des produits (GPS) — Machines à
mesurer tridimensionnelles (MMT): Technique pour la
détermination de l'incertitude de mesure —
Partie 4:
Évaluation de l'incertitude de mesure spécifique d'une tâche
à l'aide de simulations
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 15530 spécifie les exigences (applicables au fabricant et à l'utilisateur) relatives à
l'utilisation de logiciels d'évaluation des incertitudes (logiciels UES) (basés sur des simulations) pour les
mesurages réalisés avec des MMT. Il fournit des descriptions informatives des techniques de simulation
employées pour évaluer les incertitudes de mesure spécifiques d'une tâche.
De plus, il décrit les méthodes d'essai de ce type de logiciels de simulation et répertorie les avantages et les
inconvénients des diverses méthodes d'essai.
Enfin, il présente les différents modes opératoires d'essai relatifs à l'évaluation de la détermination de
l'incertitude spécifique d'une tâche par simulation pour les tâches de mesurage spécifiques réalisées sur des
MMT, en prenant en compte le dispositif de mesurage, l'environnement, la stratégie de mesurage ainsi que
l'objet. La présente partie de l'ISO 15530 a pour objectif de décrire les modes opératoires généraux sans
limitation des possibilités de mise en œuvre technique. Des lignes directrices sont fournies pour vérifier et
évaluer la solution logicielle de simulation.
La présente partie de l'ISO 15530 n'est pas destinée à définir de nouveaux paramètres pour l'évaluation
générale de la précision des mesurages MMT.
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 10360-1:2000, 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)
Guide pour l'expression de l'incertitude de mesure (GUM). BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP, OIML,
re
1 édition, 1993, corrigé et réimprimé en 1995
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ISO/TS 15530-4:2008(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 10360-1, le VIM et le GUM
s'appliquent.
4 Termes abrégés
CVE Vérification et évaluation assistées par ordinateur
UES Logiciel d'évaluation des incertitudes (Uncertainty Evaluating Software)
NOTE Les définitions des termes associés à ces termes abrégés ne sont pas fournies. Ces termes abrégés et les
phrases qui leur sont associées devraient être clairement compréhensibles dans le contexte de leur utilisation dans la
présente partie de l'ISO 15530.
5 Exigences relatives aux logiciels d'évaluation des incertitudes (UES)
5.1 Spécification du domaine d'application déclaré des logiciels UES
Le fabricant d'un logiciel d'évaluation des incertitudes (UES) doit explicitement spécifier le domaine
d'application déclaré du logiciel. Cette déclaration doit inclure les spécifications suivantes:
⎯ les types de machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) pour lesquelles le logiciel est applicable;
⎯ tous les accessoires MMT autorisés;
⎯ les erreurs MMT prises en compte;
⎯ les conditions environnementales considérées pour la MMT et la pièce;
⎯ les types de palpeurs applicables et accessoires;
⎯ les éléments associés inclus;
⎯ le tolérancement géométrique autorisé;
⎯ les modes opératoires et stratégies de mesurage pris en compte;
⎯ les effets liés à l'opérateur pris en compte;
⎯ tout autre facteur d'influence affectant l'incertitude de mesure couverte par le logiciel UES.
Le fabricant doit notamment spécifier, par le biais de la liste de contrôle (voir Annexe A), quels facteurs
contribuant à l'incertitude sont pris en compte par le logiciel.
NOTE 1 Il est supposé qu'un logiciel UES ne prend en compte que certains facteurs d'influence répertoriés ici et à
l'Annexe A.
NOTE 2 La liste de contrôle de l'Annexe A inclut les catégories précédemment répertoriées.
EXEMPLE 1 Un logiciel UES peut par exemple prendre en compte:
⎯ les écarts géométriques de la MMT;
⎯ les écarts du système de palpage;
⎯ les influences des gradients de température dans le temps et l'espace sur la pièce et la MMT.
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ISO/TS 15530-4:2008(F)
Pour chaque facteur d'influence déclaré sur la liste de contrôle de l'Annexe A, le fabricant doit indiquer les
plages de validité, le cas échéant. Les plages devant être spécifiées incluent (lorsqu'elles sont déclarées) les
éléments suivants, mais sans s'y limiter:
a) spectre des pièces admises (par exemple exclusion des feuilles métalliques flexibles, longueur d'arc
minimale pour les cercles, angles maximum de sommet de cône, etc.);
b) spectre des tâches admises (par exemple exclusion du balayage ou du mesurage de forme);
c) plage de températures admises;
d) gradients de température dans le temps admis, dT/dt;
e) gradients de température dans l'espace admis, dT/dx;
f) autres conditions environnementales admises.
EXEMPLE 2 Si la liste de contrôle indique «température non 20 °C», la plage de validité peut être définie comme suit:
température homogène dans l'espace et dans le temps, dans les limites comprises entre 15 °C et 30 °C. Cette plage peut
également varier en fonction de la MMT.
5.2 Spécification des entrées pour le logiciel UES
Le fabricant du logiciel UES doit spécifier en détail (ou référencer les documents connexes appropriés) les
grandeurs d'entrée requises pour caractériser le système de mesure et le mode d'obtention de ces grandeurs.
NOTE 1 Il s'agit des valeurs utilisées par les logiciels UES pour caractériser la MMT, l'environnement, les effets de
l'opérateur, etc.
EXEMPLE 1 L'une des exigences d'un logiciel UES pourrait être, par exemple, de mesurer en premier lieu les
artéfacts étalonnés dans certaines positions. Le logiciel peut ensuite utiliser ces données pour caractériser certains
aspects du comportement de la MMT.
EXEMPLE 2 Le comportement de la MMT peut également être caractérisé par le logiciel UES au moyen de certaines
valeurs MPE spécifiées. L'évaluation des effets de l'opérateur peut être réalisée à partir d'analyses de répétabilité et de
reproductibilité («Gauge Repeatability and Reproducibility», ou GR&R), de l'analyse de la variance («Analysis of
variance», ou ANOVA) et/ou d'un jugement expert («évaluation de type B»).
NOTE 2 Toute autre information requise (telle que le type de MMT) est incluse dans cette spécification.
5.3 Documentation complémentaire sur le logiciel UES
Les exigences suivantes assurent un niveau de transparence quant à la nature fondamentale du logiciel UES.
L'éditeur du logiciel doit fournir:
⎯ la documentation décrivant le mode de variation appliqué aux grandeurs d'influence (il convient que la
distribution des probabilités soit documentée);
⎯ la documentation décrivant le mode de dérivation des incertitudes à partir des exemples simulés;
⎯ la documentation décrivant les éléments essentiels du modèle.
La transparence du modèle augmente la confiance qu'a l'utilisateur dans la déclaration d'incertitude. Il
convient que la documentation du modèle et du mode opératoire soit suffisante pour permettre à l'utilisateur
de fournir la preuve d'une déclaration d'incertitude conforme à la présente exigence. Il s'agit d'un point
particulièrement important au regard de l'ISO 9000, qui impose que le mode opératoire utilisé pour la
détermination de l'incertitude soit documenté.
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5.4 Conformité avec le GUM
Le fabricant doit s'assurer que la déclaration d'incertitude est conforme aux principes du Guide pour
l'expression de l'incertitude de mesure (GUM), valides au niveau international. Cela implique la déclaration
d'un niveau de confiance ou d'un facteur d'élargissement.
L'incertitude type combinée peut être indiquée en plus de l'incertitude élargie.
5.5 Utilisation des résultats du logiciel UES
L'incertitude obtenue à partir d'un logiciel UES n'est applicable et cohérente que dans le cadre du domaine
d'application du logiciel (5.1). Plus particulièrement, lorsqu'un logiciel UES est utilisé, l'incertitude d'une
mesure doit être composée de l'incertitude évaluée par le logiciel UES et des incertitudes issues des autres
grandeurs d'influence non prises en compte par le logiciel UES mais évaluées par d'autres moyens
appropriés. Ces incertitudes doivent être combinées selon une méthode conforme au GUM.
NOTE L'Annexe B comporte quelques éléments informatifs sur ce point.
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ISO/TS 15530-4:2008(F)
Annexe A
(normative)
Liste de contrôle — Déclaration des grandeurs d'influence
Aucune liste de contrôle raisonnable ne peut être totalement exhaustive. Toutefois, il convient que cette liste
permette d'identifier les facteurs clés d'influence en déterminant le domaine d'application du logiciel
1)
d'évaluation des incertitudes. Plusieurs listes sont également incluses dans l'ISO 15530-1 et dans
l'ISO 14253-1. Les types de MMT répertoriés ci-après sont issus de l'ISO 10360-1.
Case à cocher Facteur d'influence Informations complémentaires
Types de MMT (voir l'ISO 10360-1)
MMT à portique mobile
MMT à portique fixe
MMT à colonne
MMT col de cygne à plateau mobile
MMT col de cygne à plateau fixe
MMT à bras horizontal mobile (trusquin)
MMT à bras horizontal à plateau mobile
MMT à bras horizontal à plateau fixe
MMT à portique en L
MMT pont
MMT à double support de système de palpage
Accessoires MMT
plateau tournant
Erreurs MMT
erreurs de corps rigide
erreurs géométriques de corps non rigide, statique
erreurs géométriques de machine dynamique
effets de chargement de pièce
Conditions environnementales MMT
température non 20 °C Plage:
compensation thermique appliquée à la MMT Plage:
gradients spatiaux Jusqu'à:
variations thermiques dans le temps Jusqu'à:
précision logicielle de l'algorithme
hystérésis
Accessoires du système de palpage
stylets multiples Longueurs maximales:
palpeurs multiples
système de palpage articulé
changement de stylet
changement de palpeur
1) Prévue.
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ISO/TS 15530-4:2008(F)
Case à cocher Facteur d'influence Informations complémentaires
Tolérancement géométrique
cadres de référence
forme
taille
position
orientation
orientation avec condition matérielle maximale/minimale
position avec condition matérielle maximale/minimale
Conditions et environnement de la pièce
température non 20 °C (identique à la MMT)
température non 20 °C (indépendante de la MMT) Plage:
compensation thermique appliquée à la pièce
gradients thermiques spatiaux (par exemple, jusqu'à 2 °C/m) Jusqu'à:
variations thermiques dans le temps (par exemple, jusqu'à 1 °C/h) Jusqu'à:
contamination
effets des vibrations Jusqu'à:
rugosité de surface Jusqu'à:
ondulation de surface Jusqu'à:
forme Jusqu'à:
fixation
composition matérielle (CTE, etc.)
Stratégie et mode opératoire de mesurage
stratégies d'échantillonnage
nombre de points Plage:
position des points sur le repère pièce Restrictions:
position et orientation de la pièce sur le repère machine
filtration / suppression des points aberrants
vitesse de palpage
accélération de palpage
Effets de l'opérateur
effets de l'opérateur (à spécifier)
Autres effets
(à spécifier)
Types de palpeurs (cases à cocher):
Échantillonnage discret Balayage non continu Balayage continu
déclenchement par contact
analogique à contact
sans contact
Éléments associés (cases à cocher):
Inscrit(s) Circonscrit(s)
Moindres carrés Zone minimale
maximum(s) minimum(s)
lignes
cercles
plans
sphères
cylindres
cônes
tores
splines (à spécifier)
autre (à spécifier)
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ISO/TS 15530-4:2008(F)
Annexe B
(informative)
Éléments des logiciels d'évaluation des incertitudes (UES)
B.1 Généralités
La simulation peut être intégrée au logiciel de contrôle et d'évaluation d'une MMT (en ligne) ou être mise en
oeuvre dans le cadre d'un système indépendant sur un ordinateur externe (hors ligne). La présente partie de
l'ISO 15530 s'applique aux deux variantes citées.
B.2 Modèle UES
Le modèle du procédé de mesurage utilisé par le logiciel UES décrit la relation mathématique existant entre
les grandeurs d'entrée (composées du mesurande et des grandeurs d'influence) et le résultat final des
mesures. Le logiciel UES ne nécessite pas que le modèle soit décrit par une expression mathématique
fermée. Il est donc possible d'inclure des algorithmes numériques, tels que le calcul des éléments associés ou
le filtrage des points de mesure, dans le modèle. C'est pourquoi les logiciels UES sont particulièrement
adaptés aux procédés de mesurage complexes tels que les mesures par coordonnées.
Le modèle utilisé par certains logiciels UES pour les mesures réalisées sur une MMT peut être illustré par un
organigramme, dans lequel les grandeurs influençant le procédé de mesurage sont relevées. La Figure B.1
représente un organigramme type.
Figure B.1 — Procédé de mesurage sur une MMT représenté sous forme d'organigramme
Généralement, les influences possibles sur l'incertitude ne sont pas toutes prises en compte dans le modèle.
Les grandeurs d'influence non prises en compte doivent être évaluées au moyen d'autres modes opératoires,
puis ajoutées à l'incertitude totale (voir B.3).
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ISO/TS 15530-4:2008(F)
B.3 Détermination de l'incertitude de mesure spécifique d'une tâche
Il convient que les paramètres du mesurage simulé, qui sont importants d'un point de vue métrologique,
soient aussi similaires que possible à ceux du mesurage réel. L'incertitude type d'un résultat de mesure y est
composée:
⎯ de l'incertitude u déterminée par la simulation, et
sim
⎯ des incertitudes u issues des grandeurs d'influence non prises en compte dans la simulation et évaluées
i
par d'autres moyens appropriés.
L'incertitude type combinée, u, est alors calculée (en supposant la non-corrélation des u) à l'aide de
i
l'Équation suivante:
22
uu=+ u
sim i
∑
À l'aide des facteurs d'élargissement, cette incertitude type peut être amenée au niveau de confiance requis.
En règle générale, l'équation suivante est valide:
Uu=×2
pour un niveau de confiance de 95 %. Si l'incertitude déclarée par la simulation correspond déjà à une
incertitude élargie, U , l'incertitude simulée, u , doit être calculée en la divisant par le facteur
sim sim
d'élargissement approprié.
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ISO/TS 15530-4:2008(F)
Annexe C
(informative)
Méthodes d'essai des logiciels d'évalua
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.