ISO 25178-701:2010
(Main)Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 701: Calibration and measurement standards for contact (stylus) instruments
Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 701: Calibration and measurement standards for contact (stylus) instruments
ISO 25178-701:2010 specifies the characteristics of material measures used as measurement standards, the estimation methods of the residual errors, and the calibration methods and tests for acceptance and periodical re-verification for areal surface texture contact (stylus) measurement instruments.
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Surfacique — Partie 701: Étalonnage et étalons de mesure pour les instruments à contact (à palpeur)
L'ISO 25178-701:2010 spécifie les caractéristiques des mesures matérialisées utilisées comme étalons, les méthodes d'évaluation des erreurs résiduelles, et les méthodes d'étalonnage et les essais de réception et de revérification périodique, relatives aux instruments de mesurage de l'état de surface surfacique à contact (à palpeur).
General Information
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 25178-701
First edition
2010-07-01
Geometrical product specifications
(GPS) — Surface texture: Areal —
Part 701:
Calibration and measurement standards
for contact (stylus) instruments
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface:
Surfacique —
Partie 701: Étalonnage et étalons de mesure pour les instruments à
contact (à palpeur)
Reference number
ISO 25178-701:2010(E)
©
ISO 2010
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ISO 25178-701:2010(E)
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Published in Switzerland
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ISO 25178-701:2010(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .2
4 General .2
5 Measurement standards .2
6 Calibration and periodical verification procedures .11
Annex A (informative) Assessment of the residual errors .18
Annex B (informative) Example of an instrument data sheet.20
Annex C (informative) Relation with the GPS matrix .23
Bibliography.25
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ISO 25178-701:2010(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 25178-701 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 25178-701:2010(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 6 of the chains of standards on areal surface
texture.
For more detailed information of the relation of this standard to the GPS matrix model, see Annex C.
This part of ISO 25178 concerns the areal surface texture measuring instruments for which it defines
⎯ the systematic errors linked with main metrological characteristics of the instrument if they are not given
by the manufacturer,
⎯ the calibration operation mode,
⎯ the analysis of the results for the assessment of the potential errors, and
⎯ the decision rules for corrective actions.
It allows the evaluation of the part of the measurement uncertainty which is linked with the metrological
characteristics of the instrument and which influences the assessment of areal surface texture parameters.
These metrological characteristics are verified by testing the instrument with the measurement standards
defined hereafter or with the measurement standards described in ISO 5436-1 and ISO 5436-2, and with
complementary standards like optical flats.
The aim is to assess the errors in the corrected X, Y and Z quantities by using material measurement
standards having simple geometry (i.e. optical flat, sphere, etc.) for which
⎯ the uncertainty is lower than for surface texture standards,
⎯ their characteristics are independent of the surface texture parameters.
The calibration procedure reports on the status of the measurement equipment. Depending on the report, the
user can decide to perform the corrective actions or to alert the equipment manufacturer.
The method is as follows:
a) assessment of the errors on the fundamental corrected quantities X, Y and Z;
b) assessment of the uncertainty due to the mathematical algorithms used for filtering and for computation of
parameters, checked with the help of software measurement standards as defined in ISO 5436-2 and
ISO 25178-7.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 25178-701:2010(E)
Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture:
Areal —
Part 701:
Calibration and measurement standards for contact (stylus)
instruments
1 Scope
This part of ISO 25178 specifies
⎯ the characteristics of material measures used as measurement standards,
⎯ the estimation methods of the residual errors, and
⎯ the calibration methods and tests for acceptance and periodical re-verification
for areal surface texture contact (stylus) measurement instruments.
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 3274, Geometrical Product Specifications (GPS) — Surface texture: Profile method — Nominal
characteristics of contact (stylus) instruments
ISO 5436-1:2000, Geometrical Product Specifications (GPS) — Surface texture: Profile method;
Measurement standards — Part 1: Material measures
ISO 5436-2, Geometrical Product Specifications (GPS) — Surface texture: Profile method; Measurement
standards — Part 2: Software measurement standards
ISO 12085, Geometrical Product Specifications (GPS) — Surface texture: Profile method — Motif parameters
ISO 12179:2000, Geometrical Product Specifications (GPS) — Surface texture: Profile method — Calibration
of contact (stylus) instruments
ISO/TS 12181-1, Geometrical Product Specifications (GPS) — Roundness — Part 1: Vocabulary and
parameters of roundness
ISO/TS 12780-1, Geometrical Product Specifications (GPS) — Straightness — Part 1: Vocabulary and
parameters of straightness
ISO/TS 12781-1, Geometrical Product Specifications (GPS) — Flatness — Part 1: Vocabulary and
parameters of flatness
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ISO 25178-701:2010(E)
ISO/TS 14253-2, Geometrical Product Specifications (GPS) — Inspection by measurement of workpieces and
measuring equipment — Part 2: Guide to the estimation of uncertainty in GPS measurement, in calibration of
measuring equipment and in product verification
ISO 25178-2, Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 2: Terms, definitions
and surface texture parameters
ISO 25178-601, Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 601: Nominal
characteristics of contact (stylus) instruments
ISO/IEC Guide 99:2007, 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 3274, ISO 25178-2, ISO 25178-601
and ISO/IEC Guide 99 apply.
4 General
A material measurement standard can be used for two different purposes:
⎯ calibration of the metrological characteristics, followed by assessment of the measurement uncertainty;
⎯ user adjustment of the instrument (see ISO 25178-601), which establishes correction factors of the
measured quantities.
Both of these depend on the metrological characteristics of the measurement standards.
The measurement standards presented below are suitable for both purposes; nevertheless, they have been
especially designed for the assessment and for the correction of systematic errors. This is due to the fact that
the characteristics of those standards permit the calibration of quantities such as X, Y and Z through the
assessment and the verification of adjustment coefficients C , C and C (see ISO 25178-601).
x y z
However, these material measurement standards do not permit the assessment of errors due to filtering and
computation algorithms. These algorithms can be tested using software measurement standards
(see ISO 5436-2 and ISO 25178-7).
Moreover, most of the material measurement standards presented below permit the verification and the
correction of the perpendicular deviation between X and Y drive units.
The measurement standards defined in ISO 5436-1 are designed for the calibration of quantities which permit
the assessment of profile parameters.
This part of ISO 25178 provides default methods for the assessment of the software measurement standards.
Nevertheless, the method and the characteristics of the measurement standard should be supplied by the
manufacturer.
5 Measurement standards
5.1 Types of standards
The different types of measurement standards are given in Table 1.
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Table 1 — Type of measurement standards
Type Name
ER1 Measurement standard with two parallel grooves
ER2 Measurement standard with four grooves forming a rectangle
ER3 Measurement standard with a circular groove
ES Measurement standard with a sphere/plane intersection
CS Measurement standard with a contour profile
CG Crossed-grating measurement standard
It is necessary to choose a measurement standard having characteristics in accordance with the metrological
characteristics of the instrument under consideration. Therefore, a non-exhaustive list of significant
characteristics is supplied below for each measurement standard.
5.2 Description of the measurement standards
5.2.1 Type ER: Groove standard
5.2.1.1 General
The ER standards contain two or more triangular grooves.
These grooves are characterized by:
⎯ the depth, d;
⎯ the angle between the flanks, α;
⎯ the intersection line of their respective flanks.
The parallelism and the perpendicularity of grooves and the distance between grooves are determined from
the intersection line of the flanks.
The angle α should be greater than the cone angle of the stylus.
The groove bottom radius r should be greater than the tip radius r of the stylus.
f tip
The depth d of the grooves is defined according to ISO 5436-1:2000, 7.2.
5.2.1.2 Requirements for the ER measurement standard
The design characteristics of the measurement standards shall be compatible with the considered application
(e.g. geometry of stylus tips).
The following geometrical characteristics shall not significantly affect the measurement:
⎯ flatness of the real integral surface relative to the reference plane, P, of the standard;
⎯ form deviation of the groove(s);
⎯ groove bottom radius, r ;
f
⎯ form deviation of the flanks of the triangles;
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⎯ parallelism between grooves;
⎯ perpendicularity between grooves;
⎯ local slope at any point.
Roughness shall be considered not to affect the measurement.
The bisector of the groove(s) or the triangles (line, plane or cylinder) shall be nominally perpendicular to the
reference plane of the standard.
For type ER2 measurement standards, an orientation mark with an angle of 45° with respect to the grooves
can be added on the standard to identify a preferred measurement direction.
5.2.1.3 Type ER1: Two-parallel-grooves standards
5.2.1.3.1 Purpose
The two-parallel-grooves standards are used for calibrating the vertical and the horizontal amplification
coefficients of the measuring instrument.
5.2.1.3.2 Design characteristics
This measurement standard has two parallel grooves (see Figure 1).
Key
d depth of grooves
l distance between grooves
α angle of the groove flanks
P reference plane
r groove bottom radius
f
Figure 1 — Two-parallel-grooves standard, ER1
5.2.1.3.3 Definition of the measurands
The measurands are:
l the groove spacing,
d the depth of the grooves, defined according to ISO 5436-1:2000, 7.2.
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5.2.1.4 Type ER2: Rectangular-groove measurement standards
5.2.1.4.1 Purpose
The rectangular-groove standards are used for calibrating:
⎯ the vertical amplification α ;
z
⎯ the horizontal amplification, α , α ;
x y
⎯ the perpendicularity of both X- and Y-axes of the measuring instrument, ∆ .
PER
5.2.1.4.2 Design characteristics
This measurement standard is composed of four grooves forming a rectangle (see Figure 2).
Key
1, 2 symmetry lines of parallel grooves
d depth of grooves
l , l groove spacing
1 2
θ angle between the grooves
P reference plane
r groove bottom radius
f
Figure 2 — Rectangular-groove measurement standard, ER2
5.2.1.4.3 Definition of the measurands
The measurands are:
l , l the spacing between the grooves;
1 2
d the depth of the grooves, defined according to ISO 5436-1:2000, 7.2;
θ the angle between the grooves, defined as the intersection of the two median lines of the two sets of
parallel grooves (see Figure 2).
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5.2.1.5 Type ER3: Circular-groove standards
5.2.1.5.1 Purpose
The circular-groove standards are used for calibrating the vertical and the horizontal amplification coefficients
and the perpendicularity of both X- and Y-axes of the measuring instrument.
5.2.1.5.2 Design characteristics
This measurement standard has a circular groove (see Figure 3).
Key
d depth of grooves
D diameter of the groove
f
P reference plane
r groove bottom radius
f
Figure 3 — Circular-groove standard, ER3
5.2.1.5.3 Definition of the measurands
The measurands are:
D the diameter of the groove, defined as the diameter of the intersection circle of the two flanks of the
f
groove;
d the depth of the grooves, defined according to ISO 5436-1:2000, 7.2.
5.2.2 Type ES: Sphere/plane measurement standard
5.2.2.1 Purpose
The sphere/plane standards are used for calibrating:
⎯ the vertical amplification, α ;
z
⎯ the horizontal amplification, α , α ;
x y
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⎯ the perpendicularity of both X- and Y-axes of the measuring instrument, ∆ ;
PER
, F ;
⎯ the response curve of the probing system, F
x y
⎯ the geometry of the stylus (H and L);
⎯ the radius of the stylus tip, r ;
tip
⎯ the cone angle, γ.
5.2.2.1.1 Requirements for the ES measurement standards
The following geometrical characteristics shall not significantly affect the measurement:
⎯ the flatness of the real integral surface relative to the plane P;
⎯ the form deviation of the real integral surface relative to the sphere S;
⎯ the roughness of the real integral surface relative to the plane P and the sphere S.
5.2.2.2 Design characteristics
This measurement standard is composed of a part of a sphere S and a plane P (see Figure 4).
Key
d distance from the top of the sphere to the plane P r radius of the sphere
S
S part of a sphere D intersection diameter
i
P datum plane
Figure 4 — Sphere/plane measurement standard, ES
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5.2.2.3 Definition of the measurands
The measurands are:
d the largest distance of a point of the sphere to the plane P;
r the radius of the sphere;
S
D the diameter of the circle obtained by the intersection between the sphere S and the plane P
i
(see Figure 4). It is a function of the height d and the radius r of the sphere. Its assessment is obtained as
follows:
2
2
Dr=−2 r −d
()
i S S
5.2.3 Type CS: Contour standard
5.2.3.1 Purpose
The contour standards are used for overall calibration along one lateral axis of the measuring instrument.
5.2.3.2 Requirements for the CS measurement standards
The following geometrical characteristics shall be considered not to affect the measurement:
⎯ flatness of the real integral surface relative to the reference plane, P;
⎯ flatnesses of the two flanks of the groove(s);
⎯ roundness of the real integral line relative to the portions of circles;
⎯ groove bottom radius, r ;
f
⎯ flatnesses of the two flanks of the wedges/triangles;
⎯ local slope at any point;
⎯ roughness of the real integral surface relative to the reference plane, P, and portions of circles and flanks
of the wedges/triangles and the grooves.
5.2.3.3 Design characteristics
This measurement standard is composed of a profile including different geometrical patterns (see Figure 5):
⎯ at least two circular arcs (1 convex, 1 concave);
⎯ at least two wedges/triangles (1 convex, 1 concave).
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Key
r radii of the circular arcs
i
α angles of the triangles
P reference plane
l ,…, l distances between the different patterns
1 n
h ,…, h heights between the different patterns with respect to the reference plane P
1 n
Figure 5 — Example of a contour standard, CS
5.2.3.4 Definition of the measurands
The measurands are:
r the radius of the circular arcs;
α the angle between the flanks of the wedges/triangles and grooves;
l ,…, l the distances (measured in a parallel direction to the plane P) between the centres of the circles
1 n
and/or the intersections of the flanks of the triangles;
h ,…, h the heights (measured in a perpendicular direction to the plane P) between the centres of the circles
1 n
and/or the intersections of the flanks of the triangles.
5.2.4 Type CG: Crossed-grating measurement standard
5.2.4.1 General
The CG standards are orthogonal crossed gratings or two-dimensional array patterns with nominally equal
pitch in each direction.
The standards are characterized by
⎯ the average pitch in the X-axis,
⎯ the average pitch in the Y-axis,
⎯ the angle between the X- and Y-axes.
The profile of the standards for XY measurements is not prescribed. Waffle pattern gratings that have flat
bottomed grooves may also be characterized by the average depth.
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5.2.4.2 Type CG1: X/Y-crossed-grating
5.2.4.2.1 Purpose
The X/Y-crossed-grating standards are used for calibrating:
⎯ the horizontal amplification coefficients, α , α ;
x y
⎯ the perpendicularity of the X- and Y-axes of the measuring instrument, ∆ .
PER
5.2.4.2.2 Design characteristics
The measurement standard has a two-dimensional array pattern that may be made up of raised lines, grooves
or dots (see Figure 6). The standard should be marked to identify the X- and Y-axes. The active area of the
standard should be defined, either by reference marks on the standard or in the certificate of calibration of the
standard.
Key
l pitch in the X-axis
x
l pitch in the Y-axis
y
θ angle between the X- and Y-axes
Figure 6 — X/Y-crossed-grating standard, CG1
5.2.4.2.3 Definition of the measurands
The measurands are:
l , l the average pitches in the X- and Y-axes over the defined active area of the standard;
x y
θ the average angle between the X- and Y-axes over the defined active area of the standard.
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ISO 25178-701:2010(E)
5.2.4.3 Type CG2: X/Y/Z standard
5.2.4.3.1 Purpose
The X/Y/Z-crossed-grating standards are used for calibrating
⎯ the horizontal and vertical amplification coefficients, α , α , α ;
x y z
⎯ the perpendicularity of the X- and Y-axes of the measuring instrument, ∆ .
PER
5.2.4.3.2 Design characteristics
The measurement standard is a two-dimensional arrangement of pits with flat bottoms, often referred to as a
waffle pattern. The standard should be marked to identify the X- and Y-axes (see Figure 7). The active area of
the standard should be defined, either by reference marks on the standard or in the certificate of calibration of
the standard.
Key
l pitch of the X-axis
x
l pitch of the Y-axis
y
θ angle between the X- and Y-axes
d depth of the pits
Figure 7 — X/Y/Z crossed-grating standard, CG2
5.2.4.3.3 Definition of the measurands
The measurands are:
l , l is the average pitch of the X- and Y-axes over the defined active area of the standard;
x y
θ is the average angle between the X- and Y-axes over the defined active area of the standard;
d is the average depth of the flat bottomed pits, over the defined active area of the standard.
6 Calibration and periodical verification procedures
6.1 Conditions and preliminary adjustments
6.1.1 General
6.1.1.1 Like most other instruments, those dedicated to the measurement of areal surface texture are
used in a measurement room or directly in the workshop.
This clause describes the tests for the metrological characteristics defined in Clause 4.
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ISO 25178-701:2010(E)
6.1.1.2 Depending on the application and based on the calibration history of the instrument under
verification and the acceptable measurement uncertainty, the user should decide which part of the calibration
is needed.
6.1.1.3 The uncertainty of the measurement standards used during the tests shall be taken into account
(see ISO/TS 14253-2 and ISO 12179 for examples).
6.1.1.4 Measurements shall be performed for each stylus used for the intended application.
6.1.2 Measurement conditions
Measurement procedures shall be specified on the calibration certificate of the measurement standard.
The measurement conditions of the surfaces are in accordance with those given ISO 25178-1 and
ISO 25178-601, with the following additional specifications:
⎯ the manufacturer recommended measurement speed shall be used;
⎯ in task specific calibrations, the characteristics of the material measurement standards shall be
determined by taking into account the characteristics of the surface to be measured;
⎯ for the assessment of surface texture parameters, the filter type and nesting indexes to be used should
be the ones stated on the material measurement standard certificate;
⎯ for the assessment of instrument measurement noise relating to the computation of “motif” parameters, it
is possible to permit less than the minimum requirement of 150 increments for vertical digitization as
defined in ISO 12085;
⎯ measurement standards having an orientation mark shall be oriented such as the mark is aligned with the
X-axis of the measuring instrument.
In accordance with ISO 12179, the measurement conditions used for periodical verification should be the
same as those used in the application situation.
6.1.3 Preliminary adjustment of the instrument
The set up instructions that are specified in the calibration certificate should be followed.
6.1.4 Number of measurements
A measuring plan specifying, e.g., the number of measurements and the distribution over the measurement
standard shall be given by the certificate of the measurement standard.
The deviation from the values stated in the calibration certificate shall be recorded.
A sufficient number of measurements is required to achieve the requested measurement uncertainty.
Repeated measurements are necessary due to the variability of the measurement standard, the variability of
the measurement procedure, and the repeatability of the contact (stylus) instrument.
6.2 Sequence of tests
6.2.1 Measurement of the static noise
The purpose is to assess the instrument noise and the environmental noise (noises transmitted through the
floor, acoustic and electro-magnetic noise).
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ISO 25178-701:2010(E)
The measurement is carried out without movement; the stylus shall be in contact with any specimen (see
Table 2).
This test should be performed at the worst expected conditions.
Table 2 — Measurement of the static noise
Type of measurement Profile
Standard used Any specimen
a
Measurement conditions Equivalent measurement length and nesting indexes shall be selected in accordance with
the intended applications covered by the calibration. The contact force on the specimen
shall be the same as in a measurement.
Assessed parameters Typically, for calibration, the maximum height of profile, Rz
Measurement method The maximum magnification of the instrument is used.
Results The average values of the obtained parameters shall be added to the maximum permissible
error (MPE) of the equivalent parameters defined in 6.2.3.2.
a
The calculation of the parameters requires that the quantities be expressed in units of length; afterwards, the measurement time is
converted to equivalent measurement length.
6.2.2 Calibration of the user adjustment
6.2.2.1 Calibration of the vertical adjustment
6.2.2.1.1 Calibration using a groove standard
See Table 3.
Table 3 — Calibration of the vertical adjustment using a groove standard
Type of measurement Profile
Standard used Standard A1 or A2 (according to ISO 5436-1) or ER or CG2
Measurement conditions According to the supplied certificate
Assessed parameters Depth d of the groove
Results The relative deviation between the average value of the parameter d and the conventional
true value shall be recorded.
6.2.2.1.2 Calibration using a sphere
This verification applies to the measuring instruments having a large vertical range of measurement and more
specifically having a
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 25178-701
Première édition
2010-07-01
Spécification géométrique des produits
(GPS) — État de surface: Surfacique —
Partie 701:
Étalonnage et étalons de mesure pour les
instruments à contact (à palpeur)
Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal —
Part 701: Calibration and measurement standards for contact (stylus)
instruments
Numéro de référence
ISO 25178-701:2010(F)
©
ISO 2010
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ISO 25178-701:2010(F)
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .2
4 Généralités .2
5 Étalons.3
6 Modes opératoires d'étalonnage et de vérifications périodiques .12
Annexe A (informative) Estimation des erreurs résiduelles.18
Annexe B (informative) Exemple de fiche technique d'un instrument .20
Annexe C (informative) Relation avec la matrice GPS .24
Bibliographie.26
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ISO 25178-701:2010(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 25178-701 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 25178-701:2010(F)
Introduction
La présente partie de l'ISO 25178 est une norme de spécification géométrique de produits (GPS) et doit être
considérée comme une norme GPS générale (voir l'ISO/TR 14638). Elle influence le sixième maillon de la
chaîne de normes concernant 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.
La présente partie de l'ISO 25178 concerne les instruments de mesurage surfacique d'un état de surface,
pour lesquels elle définit:
⎯ les erreurs systématiques liées aux caractéristiques métrologiques de l'instrument, si elles ne sont pas
données par le fabricant,
⎯ le mode opératoire d'étalonnage,
⎯ l'analyse des résultats afin d'évaluer des erreurs potentielles,
⎯ les règles décisionnelles pour application des actions correctives.
Elle permet l'évaluation de la part de l'incertitude de mesurage liée aux caractéristiques métrologiques de
l'instrument et influençant l'estimation des paramètres surfaciques de l'état de surface.
Ces caractéristiques sont vérifiées par des essais de l'instrument fondés sur des étalons définis ci-après, ou
dans l'ISO 5436-1 et l'ISO 5436-2, et sur des étalons complémentaires tels que des plans optiques.
Le but est d'évaluer les erreurs sur les grandeurs corrigées en X, Y et Z, en utilisant des étalons d'étalonnage
ayant une géométrie simple (c'est-à-dire plan optique, sphère, etc.), pour lesquels
⎯ l'incertitude est inférieure à celle des étalons d'état de surface,
⎯ les caractéristiques sont indépendantes des paramètres d'état de surface.
Le mode opératoire d'étalonnage permet de statuer sur l'état de l'équipement de mesurage. Selon les
résultats du rapport, l'utilisateur peut décider d'effectuer les actions correctives ou d'alerter le fabricant de
l'équipement.
La méthode est la suivante:
a) évaluation des erreurs sur les grandeurs fondamentales corrigées en X, Y et Z;
b) évaluation de l'incertitude due aux algorithmes mathématiques utilisés pour le filtrage et le calcul des
paramètres, et contrôle à l'aide d'étalons logiciels, tels que définis dans l'ISO 5436-2 et l'ISO 25178-7.
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NORME INTERNATIONALE ISO 25178-701:2010(F)
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de
surface: Surfacique —
Partie 701:
Étalonnage et étalons de mesure pour les instruments à contact
(à palpeur)
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 25178 spécifie
⎯ les caractéristiques des mesures matérialisées utilisées comme étalons,
⎯ les méthodes d'évaluation des erreurs résiduelles,
⎯ les méthodes d'étalonnage et les essais de réception et de revérification périodique,
relatives aux instruments de mesurage de l'état de surface surfacique à contact (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 tous les amendements).
ISO 3274, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Méthode du profil —
Caractéristiques nominales des appareils à contact (palpeur)
ISO 5436-1:2000, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Méthode du profil;
Étalons — Partie 1: Mesures matérialisées
ISO 5436-2, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Méthode du profil; Étalons —
Partie 2: Étalons logiciels
ISO 12085, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Méthode du profil —
Paramètres liés aux motifs
ISO 12179:2000, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Méthode du profil —
Étalonnage des instruments à contact (palpeur)
ISO/TS 12181-1, Spécification géométrique des produits (GPS) — Circularité — Partie 1: Vocabulaire et
paramètres de circularité
ISO/TS 12780-1, Spécification géométrique des produits (GPS) — Rectitude — Partie 1: Vocabulaire et
paramètres de rectitude
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ISO 25178-701:2010(F)
ISO/TS 12781-1, Spécification géométrique des produits (GPS) — Planéité — Partie 1: Vocabulaire et
paramètres de planéité
ISO/TS 14253-2, Spécification géométrique des produits (GPS) — Vérification par la mesure des pièces et
des équipements de mesure — Partie 2: Guide pour l'estimation de l'incertitude dans les mesures GPS, dans
l'étalonnage des équipements de mesure et dans la vérification des produits
ISO 25178-2, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Surfacique — Partie 2:
Termes, définitions et paramètres d'états de surface
ISO 25178-601, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Surfacique — Partie 601:
Caractéristiques nominales des instruments à contact (à palpeur)
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 25178-2,
l'ISO 25178-601 et le Guide ISO/CEI 99 s'appliquent.
4 Généralités
Un étalon d'étalonnage peut être utilisé de deux façons différentes:
⎯ étalonnage des caractéristiques métrologiques, suivi de l'évaluation de l'incertitude de mesurage;
⎯ réglage de l'instrument par l'utilisateur (voir l'ISO 25178-601), établissant des facteurs de correction des
grandeurs mesurées.
Ces deux applications dépendent des caractéristiques métrologiques des étalons.
Les étalons présentés ci-dessous conviennent aux deux applications, néanmoins ils ont été plus
particulièrement conçus pour l'évaluation et la correction des erreurs systématiques de mesurage. Cela est dû
au fait que les caractéristiques de ces étalons permettent l'étalonnage des grandeurs telles que X, Y et Z par
évaluation et vérification des coefficients d'ajustage C , C et C (voir l'ISO 25178-601).
x y z
Cependant, ces étalons d'étalonnage ne permettent pas l'évaluation des erreurs dues aux algorithmes de
filtrage et de calcul. Ceux-ci peuvent être soumis à l'essai en utilisant des étalons logiciels (voir l'ISO 5436-2
et l'ISO 25178-7).
En outre, la plupart des étalons d'étalonnage décrits ci-dessous permettent la vérification et la correction de
l'écart de perpendicularité entre les unités de déplacement en X et en Y.
Les étalons d'étalonnage définis dans l'ISO 5436-1 sont conçus pour l'étalonnage des grandeurs permettant
l'évaluation des paramètres de profil.
La présente partie de l'ISO 25178 donne des méthodes par défaut d'évaluation des étalons logiciels.
Néanmoins, il convient que le fabricant fournisse la méthode d'utilisation et les caractéristiques de l'étalon.
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5 Étalons
5.1 Types d'étalons
Les différents types d'étalons sont donnés dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Types d'étalons
Type Nom
ER1 Étalon avec deux rainures parallèles
ER2 Étalon avec quatre rainures formant un rectangle
ER3 Étalon avec une rainure circulaire
ES Étalon avec une intersection sphère/plan
CS Étalon avec contour de profil
CG Étalon à grilles croisées
Il est indispensable de choisir un étalon ayant des caractéristiques conformes aux caractéristiques
métrologiques de l'instrument considéré. Par conséquent, une liste non exhaustive des caractéristiques
importantes est fournie pour chaque étalon.
5.2 Description des étalons
5.2.1 Type ER: étalons à rainures
5.2.1.1 Généralités
Les étalons ER comportent deux ou plusieurs rainures triangulaires.
Ces rainures sont caractérisées par:
⎯ la profondeur, d;
⎯ l'angle entre les flancs, α;
⎯ la ligne d'intersection de leurs flancs respectifs.
Le parallélisme et la perpendicularité des rainures, et la distance entre elles, sont déterminés à partir de la
ligne d'intersection des flancs.
Il convient que l'angle α soit supérieur à l'angle du cône du stylet.
Il convient que le rayon r du fond de rainure soit supérieur au rayon r de la pointe du stylet.
f tip
La profondeur d des rainures est définie conformément à l'ISO 5436-1:2000, 7.2.
5.2.1.2 Exigences relatives aux étalons ER
Les caractéristiques de conception des étalons doivent être compatibles avec l'application considérée (par
exemple géométrie des pointes).
Les caractéristiques géométriques suivantes ne doivent pas affecter le mesurage de manière significative:
⎯ la planéité de la surface totale réelle relative au plan de référence, P, de l'étalon;
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⎯ l'écart de forme de la ou des rainures;
⎯ le rayon du fond de rainure, r ;
f
⎯ l'écart de forme des flancs des triangles;
⎯ le parallélisme entre les rainures;
⎯ la perpendicularité entre les rainures;
⎯ la pente locale en tout point.
La rugosité doit être considérée ne pas affecter le mesurage.
La bissectrice de la ou des rainures ou des triangles (ligne, plan ou cylindre), qui doit être nominalement
perpendiculaire au plan de référence de l'étalon.
Pour ER2, un repérage d'orientation, avec un angle de 45° par rapport aux rainures, peut être ajouté sur
l'étalon, pour identifier une direction de mesurage privilégiée.
5.2.1.3 Type ER1: étalons avec deux rainures parallèles
5.2.1.3.1 But
Les étalons avec deux rainures parallèles sont utilisés pour étalonner les coefficients d'amplification verticaux
et horizontaux de l'instrument de mesurage.
5.2.1.3.2 Caractéristiques de conception
Cet étalon a deux rainures parallèles (voir Figure 1).
Légende
d profondeur des rainures
l distance entre les rainures
α angle des flancs de rainure
P plan de référence
r rayon de fond de rainure
f
Figure 1 — Étalon avec deux rainures parallèles, ER1
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5.2.1.3.3 Définition des mesurandes
Les mesurandes sont:
l l'espacement des rainures;
d la profondeur des rainures, définie conformément à l'ISO 5436-1:2000, 7.2.
5.2.1.4 Type ER2: étalons avec quatre rainures formant un rectangle
5.2.1.4.1 But
Les étalons avec quatre rainures formant un rectangle sont utilisés pour étalonner:
⎯ l'amplification verticale α ;
z
⎯ l'amplification horizontale α , α ;
x y
⎯ la perpendicularité des axes X et Y de l'instrument de mesurage, ∆ .
PER
5.2.1.4.2 Caractéristiques de conception
Cet étalon comporte quatre rainures formant un rectangle (voir Figure 2).
Légende
1, 2 lignes de symétrie des rainures parallèles
d profondeur des rainures
l , l espacement des rainures
1 2
θ angle entre les rainures
P plan de référence
r rayon de fond de rainure
f
Figure 2 — Étalon avec quatre rainures formant un rectangle, ER2
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5.2.1.4.3 Définition des mesurandes
Les mesurandes sont:
l , l les espacements entre les rainures;
1 2
d la profondeur des rainures, définie conformément à l'ISO 5436-1:2000, 7.2;
θ l'angle entre les rainures, défini comme l'intersection des deux médianes des deux groupes de rainures
parallèles (voir Figure 2).
5.2.1.5 Type ER3: étalon avec rainure circulaire
5.2.1.5.1 But
Les étalons à rainure circulaire sont utilisées pour étalonner les coefficients d'amplification verticaux et
horizontaux et la perpendicularité des axes X et Y de l'instrument de mesurage.
5.2.1.5.2 Caractéristiques de conception
Cet étalon a une rainure circulaire (voir Figure 3).
Légende
d profondeur de la rainure
D diamètre de la rainure
f
P plan de référence
r rayon de fond de rainure
f
Figure 3 — Étalon avec rainure circulaire, ER3
5.2.1.5.3 Définition des mesurandes
Les mesurandes sont:
D le diamètre de la rainure, défini comme le diamètre du cercle formé par l'intersection des deux flancs de
f
la rainure;
d la profondeur de la rainure, définie conformément à l'ISO 5436-1:2000, 7.2.
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5.2.2 Type ES: étalons avec intersection sphère/plan
5.2.2.1 But
Les étalons avec intersection sphère/plan sont utilisés pour étalonner:
⎯ l'amplification verticale α ;
z
⎯ l'amplification horizontale α ; α ;
x y
⎯ la perpendicularité des axes X et Y de l'instrument de mesurage, ∆ ;
PER
⎯ la courbe de réponse du système de palpage, F , F ;
x y
⎯ la géométrie du stylet (H et L);
⎯ le rayon de la pointe, r ;
tip
⎯ l'angle du cône, γ.
5.2.2.1.1 Exigences relatives aux étalons ES
Les caractéristiques géométriques suivantes ne doivent pas affecter le mesurage de manière significative:
⎯ la planéité de la surface totale réelle relative au plan P;
⎯ l'écart de forme de la surface totale réelle relative à la sphère S;
⎯ la rugosité de la surface totale réelle relative au plan P et à la sphère S.
5.2.2.2 Caractéristiques de conception
Cet étalon comporte une calotte sphérique S et un plan P (voir Figure 4).
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Légende
d distance du sommet de la calotte sphérique au plan P
S calotte sphérique
r rayon de la sphère
S
D diamètre d'intersection
i
P plan de référence
Figure 4 — Étalon avec intersection sphère/plan, ES
5.2.2.3 Définition des mesurandes
Les mesurandes sont:
d la plus grande distance d'un point de la calotte sphérique au plan P;
r le rayon de la sphère;
S
D le diamètre du cercle issu de l'intersection entre la sphère S avec le plan P (voir Figure 4). C'est une
i
fonction de la hauteur, d, et du rayon, r , de la sphère. Son évaluation est obtenue de la manière
S
suivante:
2
2
D=−2 r rd−
()
iSS
5.2.3 Type CS: étalons avec contour de profil
5.2.3.1 But
Les étalons avec contour de profil sont utilisés pour l'étalonnage global le long d'un axe latéral de l'instrument
de mesurage.
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ISO 25178-701:2010(F)
5.2.3.2 Exigences relatives aux étalons CS
Les caractéristiques géométriques suivantes doivent être considérées pour ne pas affecter le mesurage:
⎯ la planéité de la surface totale réelle relative au plan de référence P;
⎯ la planéité des deux flancs de la ou des rainures;
⎯ la circularité de la ligne totale réelle relative aux parties de cercles;
⎯ le rayon du fond de rainure, r ;
f
⎯ la planéité des deux flancs des arêtes/des triangles;
⎯ la pente locale en tout point;
⎯ la rugosité de la surface totale réelle relative au plan de référence P et aux parties de cercles et aux
flancs des arêtes/des triangles et aux rainures.
5.2.3.3 Caractéristiques de conception
Cet étalon comporte un profil comprenant différents motifs géométriques (voir Figure 5):
⎯ au moins deux arcs de cercle (1 convexe, 1 concave),
⎯ au moins deux arêtes/triangles (1 convexe, 1 concave).
Légende
r rayons des arcs de cercle
i
α angle des triangles
P plan de référence
l ,…, l distances entre les différents motifs
1 n
h ,…, h hauteurs des différents motifs par rapport au plan de référence P
1 n
Figure 5 — Étalon avec contour de profil, CS
5.2.3.4 Définition des mesurandes
Les mesurandes sont:
r le rayon des arcs de cercle;
α l'angle entre les flancs des arêtes/des triangles et des rainures;
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l ,…, l les distances (mesurées dans une direction parallèle au plan P) entre les centres des cercles et/ou
1 n
les intersections des flancs des triangles;
h ,…, h les hauteurs (mesurées dans une direction perpendiculaire au plan P) entre les centres des cercles
1 n
et/ou les intersections des flancs des triangles.
5.2.4 Type CG: étalons à grilles croisées
5.2.4.1 Généralités
Les étalons CG sont des grilles orthogonales croisées ou des motifs en arrangements bidimensionnels avec
un pas nominalement égal dans chaque direction.
Ces étalons sont caractérisées par:
⎯ le pas moyen sur l'axe X;
⎯ le pas moyen sur l'axe Y;
⎯ l'angle entre les axes X et Y.
Le profil des étalons pour des mesures XY n'est pas spécifié. Les grilles alvéolaires, ayant des rainures à fond
plat, peuvent être également caractérisées par la profondeur moyenne.
5.2.4.2 Type CG1: grilles croisées X/Y
5.2.4.2.1 But
Les étalons avec grilles croisées X/Y sont utilisés pour étalonner:
⎯ les coefficients d'amplification horizontaux, α , α ;
x y
⎯ la perpendicularité des axes X et Y de l'instrument de mesurage, ∆ .
PER
5.2.4.2.2 Caractéristiques de conception
L'étalon a un motif en arrangement bidimensionnel pouvant être réalisé en lignes surélevées, rainures ou
points (voir Figure 6). Il convient de repérer l'étalon pour identifier les axes X et Y. Il convient de définir la
surface active de l'étalon, soit par des marques de référence sur celui-ci, soit par son certificat d'étalonnage.
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ISO 25178-701:2010(F)
Légende
l pas sur l'axe des X
x
l pas sur l'axe des Y
y
θ angle entre les axes X et Y
Figure 6 — Étalon à grilles croisées X/Y, CG1
5.2.4.2.3 Définition des mesurandes
Les mesurandes sont:
l , l les pas moyens sur les axes X et Y, sur la surface active définie de l'étalon;
x y
θ l'angle moyen entre les axes X et Y, sur la surface active définie de l'étalon.
5.2.4.3 Type CG2: étalons X/Y/Z
5.2.4.3.1 But
Les étalons avec grilles croisées X/Y/Z sont utilisés pour étalonner:
⎯ les coefficients d'amplification horizontaux et verticaux, α , α , α ;
x y z
⎯ la perpendicularité des axes X et Y de l'instrument de mesurage, ∆ .
PER
5.2.4.3.2 Caractéristiques de conception
L'étalon est un arrangement bidimensionnel d'alvéoles à fonds plats, souvent désigné par le nom de motif en
gaufre. Il convient de repérer l'étalon pour identifier les axes X et Y (voir Figure 7). Il convient de définir la
surface active de l'étalon, soit par des marques de référence sur celui-ci, soit par son certificat d'étalonnage.
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ISO 25178-701:2010(F)
Légende
l pas sur l'axe des X
x
l pas sur l'axe des Y
y
θ angle entre les axes X et Y
d profondeur des alvéoles
Figure 7 — Étalon à grilles croisées X/Y/Z, CG2
5.2.4.3.3 Définition des mesurandes
Les mesurandes sont:
l , l les pas moyens sur les axes X et Y, sur la surface active définie de l'étalon;
x y
θ est l'angle moyen entre les axes X et Y, sur la surface active définie de l'étalon;
d est la profondeur moyenne des alvéoles à fonds plats, sur la surface active définie de l'étalon.
6 Modes opératoires d'étalonnage et de vérifications périodiques
6.1 Conditions et ajustages préliminaires
6.1.1 Généralités
6.1.1.1 Comme la plupart des autres instruments, ceux consacrés au mesurage surfacique de l'état de
surface sont utilisés dans une salle de métrologie ou directement dans l'atelier.
Le présent article décrit les essais relatifs aux caractéristiques métrologiques définies dans l'Article 4.
6.1.1.2 Il convient que l'utilisateur décide de quelles caractéristiques d'étalonnage il aura besoin, en
fonction de l'application et sur la base de l'historique d'étalonnage de l'instrument soumis à vérification et de
l'incertitude de mesurage acceptable.
6.1.1.3 L'incertitude des étalons utilisés pendant les essais doit être prise en considération (voir
l'ISO/TS 14253-2 et l'ISO 12179, à titre d'exemples).
6.1.1.4 Les mesures doivent être effectuées pour chaque stylet utilisé pour l'application prévue.
6.1.2 Conditions de mesurage
Les modes opératoires de mesurage doivent être spécifiés sur le certificat d'étalonnage de l'étalon.
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ISO 25178-701:2010(F)
Les conditions de mesurage des surfaces sont conformes à celles données dans l'ISO 25178-1 et
l'ISO 25178-601, avec les spécifications supplémentaires suivantes:
⎯ la vitesse de mesurage recommandée par le fabricant doit être utilisée;
⎯ dans les étalonnages spécifiques de tâches, les caractéristiques des étalons d'étalonnage doivent être
déterminées en tenant compte des caractéristiques de la surface à mesurer;
⎯ pour l'évaluation des paramètres d'état de surface, il convient d'utiliser le type de filtre et les indices
d'imbrication mentionnés sur le certificat d'étalonnage de l'étalon;
⎯ pour l'évaluation du bruit de mesure de l'instrument relatif au calcul des paramètres des «motifs», il est
possible d'admettre une valeur inférieure à celle de l'exigence minimum de 150 incréments pour la
numérisation verticale, comme cela est défini dans l'ISO 12085.
⎯ les étalons ayant un repère d'orientation doivent être orientés de manière que le repère soit aligné avec
l'axe des abscisses de l'instrument de mesurage.
Conformément à l'ISO 12179, il convient que les conditions de mesurage utilisées pour la vérification
périodique soient identiques à celles utilisées dans la situation de l'application.
6.1.3 Ajustage préliminaire de l'instrument
Il convient de suivre les instructions spécifiées dans le certificat d'étalonnage.
6.1.4 Nombre de mesurages
Un plan de mesurage spécifiant, par exemple, le nombre de mesurages et la distribution sur l'étalon doit être
donné par le certificat de l'étalon.
L'écart par rapport aux valeurs indiquées dans le certificat d'étalonnage doit être enregistré.
Un nombre suffisant de mesurages est requis pour obtenir l'incertitude de mesurage demandée. Des
mesurages répétés sont nécessaires du fait de la variabilité de l'étalon, de la variabilité du mode opératoire de
mesurage et de la fidélité de l'instrument à contact (à palpeur).
6.2 Déroulement des essais
6.2.1 Mesurage du bruit statique
Il s'agit d'évaluer le bruit de l'instrument et celui de l'environnement (bruits transmis par le sol et bruits
acoustiques et électromagnétiques).
La mesure est réalisée sans déplacement; le palpeur doit être en contact avec tout échantillon
(voir Tableau 2).
Il convient d'effectuer cet essai dans les conditions prévues les plus défavorables.
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ISO 25178-701:2010(F)
Tableau 2 — Mesurage du bruit statique
Type de mesure Profil
Étalon utilisé Tout échantillon
a
Conditions de mesurage La longueur de mesure équivalente et les indices d'imbrication doivent être choisis en
fonction des applications prévues, couvertes par l'étalonnage. La force de contact sur
l'échantillon doit être la même que celle du mesurage.
...
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