ISO 25178-602:2010
(Main)Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 602: Nominal characteristics of non-contact (confocal chromatic probe) instruments
Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — Part 602: Nominal characteristics of non-contact (confocal chromatic probe) instruments
ISO 25178-602:2010 specifies the design and metrological characteristics of a particular non-contact instrument for measuring surface texture using a confocal chromatic probe based on axial chromatic dispersion of white light.
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Surfacique — Partie 602: Caractéristiques nominales des instruments sans contact (à capteur confocal chromatique)
L'ISO 25178-602:2010 spécifie la conception et les caractéristiques métrologiques d'un instrument particulier sans contact utilisé pour mesurer l'état de surface à l'aide d'un capteur confocal chromatique fonctionnant suivant le principe de la dispersion chromatique axiale de la lumière blanche.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 25178-602
First edition
2010-07-01
Geometrical product specifications
(GPS) — Surface texture: Areal —
Part 602:
Nominal characteristics of non-contact
(confocal chromatic probe) instruments
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface:
Surfacique —
Partie 602: Caractéristiques nominales des instruments sans contact (à
capteur confocal chromatique)
Reference number
©
ISO 2010
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .1
4 Summary of metrological characteristics.15
Annex A (normative) Classification of the different configurations for areal surface texture
scanning instrument .16
Annex B (informative) General principles .17
Annex C (normative) Concept diagrams .25
Annex D (informative) Relation to the GPS matrix .27
Bibliography.29
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 25178-602 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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Introduction
This part of ISO 25178 is a geometrical product specification standard and is to be regarded as a general
GPS standard (see ISO/TR 14638). It influences chain link 5 of the chain of standards on roughness profile,
waviness profile and primary profile and areal surface texture.
For more detailed information on the relationship of this standard to the GPS matrix model, see Annex D.
The confocal chromatic optical principle can be implemented in various set-ups. The configuration described in
this document comprises three basic elements: an optoelectronic controller, a linking fibre optic cable and a
chromatic objective (sometimes called “optical pen”).
Several techniques are possible to create the axial chromatic dispersion or to extract the height information from
the reflected light. In addition to implementations as point sensors, chromatic dispersion may be integrated into
line sensors and field sensors. Annex B describes in detail confocal chromatic imaging and its implementation into
distance measurement probes.
This type of instrument is mainly designed for areal measurements, but it is also able to perform profile
measurements.
This part of ISO 25178 describes the metrological characteristics of an optical profiler using a confocal
chromatic probe based on axial chromatic dispersion of white light, designed for the measurement of areal
surface texture.
For more detailed information on the chromatic probe instrument technique, see Annex B. Reading this annex
before the main body may lead to a better understanding of this part of ISO 25178.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 25178-602:2010(E)
Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture:
Areal —
Part 602:
Nominal characteristics of non-contact (confocal chromatic
probe) instruments
1 Scope
This part of ISO 25178 defines the design and metrological characteristics of a particular non-contact
instrument for measuring surface texture using a confocal chromatic probe based on axial chromatic
dispersion of white light.
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 3274:1996, Geometrical Product Specifications (GPS) — Surface texture: Profile method — Nominal
characteristics of contact (stylus) instruments
ISO 4287, Geometrical Product Specifications (GPS) — Surface texture: Profile method — Terms, definitions
and surface texture parameters
ISO 10360-1, Geometrical Product Specifications (GPS) — Acceptance and reverification tests for coordinate
measuring machines (CMM) — Part 1: Vocabulary
ISO/IEC Guide 99:2007, International vocabulary of metrology — Basic and general concepts and associated
terms (VIM)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 3274, ISO 4287, ISO 10360-1,
ISO/IEC Guide 99 and the following apply.
NOTE Several of the terms given below are common to other types of instruments that use single point sensors and
lateral scanning.
3.1 General terms and definitions
3.1.1
coordinate system of the instrument
orthonormal system of axes (X,Y,Z) defined as:
⎯ (X,Y) is the plane established by the areal reference guide of the instrument;
⎯ the Z axis is mounted parallel to the optical axis and is perpendicular to the (X,Y) plane
NOTE Normally, the X-axis is the tracing axis and the Y-axis is the stepping axis.
3.1.2
measurement loop
closed chain which comprises all components connecting the workpiece and the chromatic probe (3.3.2), e.g.
the means of positioning, the workholding fixture, the measuring stand, the drive unit (3.2.3 and 3.2.4) and
the probing system (3.3.1)
See Figure 1.
NOTE The measuring loop will be subjected to external and internal disturbances which influence the measurement
uncertainty.
Key
1 coordinate system of the instrument
2 measurement loop
Figure 1 — Coordinate system and measurement loop of the instrument
3.1.3
real surface of a workpiece
set of features which physically exist and separate the entire workpiece from the surrounding medium
[ISO 14660-1:1999, definition 2.4]
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3.1.4
real electro-magnetic surface
surface obtained by the electro-magnetic interaction with the real surface of a work piece
1)
[ISO 14406:— , definition 3.2.2]
NOTE The real electro-magnetic surface considered for the instrument described in this part of ISO 25178 may be
different from the real electro-magnetic surface for other types of optical instruments.
3.1.5
primary extracted surface
finite set of data points sampled from the primary surface
1)
[ISO 14406:— , definition 3.7]
3.1.6
measurement error
error of measurement
error
measured quantity value minus a reference quantity value
NOTE 1 The concept of “measurement error” can be used both
a) when there is a single reference quantity value to refer to, which occurs if a calibration is made by means of a
measurement standard with a measured quantity value having a negligible measurement uncertainty or if a
conventional quantity value is given, in which case the measurement error is known, and
b) if a measurand is supposed to be represented by a unique true quantity value or a set of true quantity values of
negligible range, in which case the measurement error is not known.
NOTE 2 Measurement error should not be confused with production error or mistake.
[ISO/IEC Guide 99:2007, definition 2.16]
3.1.7
systematic measurement error
systematic error of measurement
systematic error
component of measurement error (3.1.6) that in replicate measurements remains constant or varies in a
predictable manner
NOTE 1 A reference quantity value for a systematic measurement error is a true quantity value, or a measured quantity
value of a measurement standard of negligible measurement uncertainty, or a conventional quantity value.
NOTE 2 Systematic measurement error, and its causes, can be known or unknown. A correction (3.1.11) can be
applied to compensate for a known systematic measurement error.
NOTE 3 Systematic measurement error equals measurement error minus random measurement error (3.1.8).
[ISO/IEC Guide 99:2007, definition 2.17]
3.1.8
random measurement error
random error of measurement
random error
component of measurement error (3.1.6) that in replicate measurements varies in an unpredictable manner
1) To be published.
NOTE 1 A reference quantity value for a random measurement error is the average that would ensue from an infinite
number of replicate measurements of the same measurand.
NOTE 2 Random measurement errors of a set of replicate measurements form a distribution that can be summarized
by its expectation, which is generally assumed to be zero, and its variance.
NOTE 3 Random measurement error equals measurement error minus systematic measurement error (3.1.7).
[ISO/IEC Guide 99:2007, definition 2.19]
3.1.9
adjustment of a measuring instrument
adjustment
set of operations carried out on a measuring system so that it provides prescribed indications corresponding
to given values of a quantity to be measured
NOTE 1 Types of adjustment of a measuring system include zero adjustment of a measuring system, offset adjustment,
and span adjustment (sometimes called gain adjustment).
NOTE 2 Adjustment of a measuring system should not be confused with calibration, which is a prerequisite for
adjustment.
NOTE 3 After an adjustment of a measuring system, the measuring system must usually be recalibrated.
[ISO/IEC Guide 99:2007, definition 3.11]
NOTE 4 This is an operation normally carried out by the instrument manufacturer because it requires specialized
equipment and knowledge that users normally do not have.
3.1.10
user adjustment
〈measuring instrument〉 adjustment of a measuring instrument (3.1.9) employing only the means at the
disposal of the user
N
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 25178-602
Première édition
2010-07-01
Spécification géométrique des produits
(GPS) — État de surface: Surfacique —
Partie 602:
Caractéristiques nominales des
instruments sans contact (à capteur
confocal chromatique)
Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal —
Part 602: Nominal characteristics of non-contact (confocal chromatic
probe) instruments
Numéro de référence
©
ISO 2010
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Publié en Suisse
ii © ISO 2010 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .1
4 Résumé des caractéristiques métrologiques.15
Annexe A (normative) Classification des différentes configurations pour les instruments de
mesure de l'état de surface surfacique par scanning sans contact .16
Annexe B (informative) Principes généraux.17
Annexe C (informative) Schémas de concept.26
Annexe D (informative) Relation avec la matrice GPS .28
Bibliographie.30
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 25178-602 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)
iv © ISO 2010 – Tous droits réservés
Introduction
La présente partie de l'ISO 25178 est une norme traitant de la spécification géométrique des produits (GPS)
et est à considérer comme une norme GPS générale (voir l'ISO/TR 14638). Elle influence le maillon 5 de la
chaîne de normes concernant le profil de rugosité, le profil d'ondulation, le profil primaire et l'état de surface
surfacique.
Pour de plus amples informations sur la relation de la présente norme avec la matrice GPS, voir l'Annexe D.
Le principe optique de mesure confocale chromatique peut être mis en œuvre de diverses manières. La
configuration décrite dans la présente partie de l'ISO 25178 comprend trois éléments de base: un contrôleur
optoélectronique, un câble de liaison en fibre optique et un objectif chromatique (parfois appelé «crayon optique»).
Plusieurs techniques peuvent servir à créer la dispersion chromatique axiale ou à extraire l'information de la
hauteur à partir de la lumière réfléchie. En plus d'être mise en œuvre sous forme de capteurs ponctuels, la
dispersion chromatique peut être intégrée dans des barrettes et des matrices. L'Annexe B décrit en détail
l'imagerie confocale chromatique et sa mise en œuvre dans les capteurs de mesure de distance.
Ce type d'instrument est principalement conçu pour les mesurages surfaciques, mais il est également capable
d'effectuer des mesurages de profil.
La présente partie de l'ISO 25178 décrit les caractéristiques métrologiques d'un profilomètre optique utilisant
un capteur confocal chromatique basé sur la dispersion chromatique axiale de la lumière blanche, conçu pour
le mesurage de l'état de surface surfacique.
Pour de plus amples informations sur l'aspect technique des instruments à capteur chromatique, voir
l'Annexe B. La consultation de cette annexe avant la lecture du corps principal peut aider à comprendre la
présente partie de l'ISO 25178.
NORME INTERNATIONALE ISO 25178-602:2010(F)
Spécification géométrique des produits (GPS) — État de
surface: Surfacique —
Partie 602:
Caractéristiques nominales des instruments sans contact (à
capteur confocal chromatique)
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 25178 spécifie la conception et les caractéristiques métrologiques d'un instrument
particulier sans contact utilisé pour mesurer l'état de surface à l'aide d'un capteur confocal chromatique
fonctionnant suivant le principe de la dispersion chromatique axiale de la lumière blanche.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 3274:1996, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Méthode du profil —
Caractéristiques nominales des appareils à contact (palpeur)
ISO 4287, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Méthode du profil — Termes,
définitions et paramètres d'état de surface
ISO 10360-1, Spécification géométrique des produits (GPS) — Essais de réception et de vérification
périodique des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) — Partie 1: Vocabulaire
Guide ISO/CEI 99:2007, Vocabulaire international de métrologie — Concepts fondamentaux et généraux et
termes associés (VIM)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 3274, l'ISO 4287,
l'ISO 10360-1 et le Guide ISO/CEI 99 ainsi que les suivants s'appliquent.
NOTE Plusieurs des termes donnés ci-dessous sont communs à d'autres types d'instruments utilisant des capteurs
ponctuels et un scanning latéral.
3.1 Termes généraux et définitions
3.1.1
système de coordonnées de l'instrument
système d'axes (X, Y, Z) orthonormé défini par:
⎯ (X, Y) est le plan constitué par le guide surfacique de référence de l'instrument;
⎯ l'axe Z est parallèle à l'axe optique et perpendiculaire au plan (X, Y)
NOTE Normalement, l'axe X est l'axe d'avance et l'axe Y celui de déplacement entre chaque profil.
3.1.2
boucle de mesure
chaîne fermée comprenant tous les composants connectant la pièce et le capteur chromatique (3.3.2), par
exemple le matériel de positionnement, le dispositif de serrage de la pièce, la table de mesure, les unités
d'avance (3.2.3) et de déplacement (3.2.4) et le système de palpage (3.3.1)
Voir la Figure 1.
NOTE La boucle de mesure est soumise à des perturbations extérieures et intérieures qui influenceront l'incertitude
de mesure.
Légende
1 système de coordonnées de l'instrument
2 boucle de mesure
Figure 1 — Système de coordonnées et boucle de mesure de l'instrument
3.1.3
surface réelle d'une pièce
ensemble des éléments qui existent physiquement et séparent la totalité de la pièce de son environnement
[ISO 14660-1:1999, définition 2.4]
3.1.4
surface électromagnétique réelle
surface obtenue par l'interaction électromagnétique avec la surface réelle d'une pièce
1)
[ISO 14660:— , définition 3.2.2]
NOTE La surface électromagnétique réelle considérée pour l'instrument décrit dans la présente partie de l'ISO 25178
peut être différente de la surface électromagnétique réelle pour d'autres types d'instruments optiques.
2 © ISO 2010 – Tous droits réservés
3.1.5
surface primaire extraite
série finie de points de données échantillonnés sur la surface primaire
1)
[ISO 14406:— , définition 3.7]
3.1.6
erreur de mesure
erreur
différence entre la valeur mesurée d'une grandeur et une valeur de référence
NOTE 1 Le concept d'erreur peut être utilisé
a) lorsqu'il existe une valeur de référence unique à laquelle se rapporter, ce qui a lieu si on effectue un étalonnage au
moyen d'un étalon dont la valeur mesurée a une incertitude de mesure négligeable ou si on prend une valeur
conventionnelle, l'erreur étant alors connue,
b) si on suppose le mesurande représenté par une valeur vraie unique ou un ensemble de valeurs vraies d'étendue
négligeable, l'erreur étant alors inconnue.
NOTE 2 Il convient de ne pas confondre l'erreur de mesure avec une erreur de production ou une erreur humaine.
[Guide ISO/CEI 99:2007, définition 2.16]
3.1.7
erreur systématique
composante de l'erreur de mesure (3.1.6) qui, dans des mesurages répétés, demeure constante ou varie de
manière prévisible
NOTE 1 La valeur de référence pour une erreur systématique est une valeur vraie, une valeur mesurée d'un étalon
dont l'incertitude de mesure est négligeable, ou une valeur conventionnelle.
NOTE 2 L'erreur systématique et ses causes peuvent être connues ou inconnues. On peut appliquer une correction
(3.1.11) pour compenser une erreur systématique connue.
NOTE 3 L'erreur systématique est égale à la différence entre l'erreur de mesure et l'erreur aléatoire (3.1.8).
[Guide ISO/CEI 99:2007, définition 2.17]
3.1.8
erreur aléatoire
composante de l'erreur de mesure (3.1.6) qui, dans les mesurages répétés, varie de manière imprévisible
NOTE 1 La valeur de référence pour une erreur aléatoire est la moyenne qui résulterait d'un nombre infini de
mesurages répétés du même mesurande.
NOTE 2 Les erreurs aléatoires d'un ensemble de mesurages répétés forment une distribution qui peut être résumée
par son espérance mathématique, généralement supposée nulle, et par sa variance.
NOTE 3 L'erreur aléatoire est égale à la différence entre l'erreur de mesure et l'erreur systématique (3.1.7).
[Guide ISO/CEI 99:2007, définition 2.19]
3.1.9
ajustage d'un système de mesure
ajustage
ensemble d'opérations réalisées sur un système de mesure pour qu'il fournisse des indications prescrites
correspondant à des valeurs données des grandeurs à mesurer
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.