VDI VDE 2602 Blatt 4-2014 Surface measurement - Roughness measurement using contact (stylus) instruments - Calibration uncertainty of measurement.pdf

1、ICS 17.040.20, 17.040.30, 19.060 VDI/VDE-RICHTLINIEN September 2014 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Oberflchenprfung Rauheitsmessung mit Tastschnittgerten Kalibrierung, Messunsicherheit Surface measurement Roughness measurement using contact (sty

2、lus) instruments Calibration, uncertainty of measurement VDI/VDE 2602 Blatt 4 / Part 4 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to t

3、he English translation. VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Fachbereich Fertigungsmesstechnik VDI/VDE-Handbuch Fertigungsmesstechnik VDI-Handbuch Produktentwicklung und Konstruktion VDI Handbuch Produktionstechnik und Fertigungsverfahren, Band 2: Fertigungsverfahren Vervielf

4、ltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhere Ausgabe:12.13Entwurf, deutschFormeredition:12/13Draft,inGerman onlyZu beziehen durch/ AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/ All rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V

5、.,Dsseldorf2014Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Normative Verweise 2 3 Begriffe 3 4 Formelzeichen und Indizes 3 5 Kalibrierung . 4 5.1 Grundlagen . 4 5.2 bersicht ber die Kalibrierschritte . 4 5.3 Kalibrierintervall 5 5.4 Kalibrierschritte und verwendete Normale

6、. 5 6 Messunsicherheit Kenngren vertikal . 8 6.1 Grundlagen . 8 6.2 Berechnung der Messunsicherheit 8 6.3 Vereinfachungen beim Messen auf technischen Oberflchen 10 6.4 Erweiterte Messunsicherheit 12 6.5 Unsicherheit der Gertekalibrierung 12 7 Messunsicherheit Kenngren horizontal . 12 7.1 Grundlagen

7、. 12 7.2 Berechnung der Messunsicherheit 13 7.3 Vereinfachungen beim Messen auf technischen Oberflchen 14 7.4 Erweiterte Messunsicherheit 15 Schrifttum 17 Preliminary note . 2 1 Scope . 2 2 Normative references . 2 3 Terms and definitions 3 4 Symbols and indices 3 5 Calibration . 4 5.1 General princ

8、iples 4 5.2 Overview of the steps in calibration 4 5.3 Calibration interval 5 5.4 Calibration steps and measurement standards used 5 6 Measurement uncertainty of vertical parameters 8 6.1 General principles 8 6.2 Calculation of measurement uncertainty . 8 6.3 Simplifications when measuring on techni

9、cal surfaces . 10 6.4 Expanded measurement uncertainty 12 6.5 Uncertainty of instrument calibration 12 7 Measurement uncertainty of horizontal parameters 12 7.1 General principles 12 7.2 Calculation of measurement uncertainty . 13 7.3 Simplifications when measuring on technical surfaces . 14 7.4 Exp

10、anded measurement uncertainty 15 Bibliography 17 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EE8ED9NormCD - Stand 2014-10 2 VDI/VDE 2602 Blatt 4 / Part 4 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der

11、Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter

12、Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter

13、www.vdi.de/2602. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing

14、systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this s

15、tandard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/2602. 1 Anwendungsbereich In dieser Richtlinie wird die Kalibrierung der Tast-schnittgerte (entsprechend VDI/VDE 2602 Blatt 2) beschrieben. Es werden Verfahren zur Berechnung der Mes

16、sunsicherheit beim Kalibrieren der Gerte und beim Messen von Normalen und Werkstcken angegeben. Kalibrierung und Messunsicherheit sind Vorausset-zungen fr die Ermittlung der Messprozesseignung. 1 Scope In this standard the calibration of contact stylus instruments is described (corresponding to VDI/

17、 VDE 2602 Part 2). Methods are presented for calcu-lating measurement uncertainty when calibrating instruments and when measuring measurement standards and workpieces. Calibration and measurement uncertainty are nec-essary conditions of determining measurement process suitability. 2 Normative Verwei

18、se Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieser Richtlinie erforderlich: DIN EN ISO 4287:2010-07 Geometrische Produkt-spezifikation (GPS); Oberflchenbeschaffenheit: Tastschnittverfahren; Benennungen, Definitio-nen und Kenngren der Oberflchenbeschaf-fenheit (ISO 4287:1997 + Cor 1:19

19、98 + Cor 2: 2005 + Amd 1:2009); Deutsche Fassung EN ISO 4287:1998 + AC:2008 + A1:2009 DIN EN ISO 4288:1998-04 Geometrische Produkt-spezifikation (GPS); Oberflchenbeschaffenheit: Tastschnittverfahren; Regeln und Verfahren fr die Beurteilung der Oberflchenbeschaffenheit (ISO 4288:1996); Deutsche Fassu

20、ng EN ISO 4288:1997 DIN EN ISO 5436-1:2000-11 Geometrische Pro-duktspezifikation (GPS); Oberflchenbeschaf-fenheit: Tastschnittverfahren; Normale; Teil 1: Maverkrperungen (ISO 5436-1:2000); Deut-sche Fassung EN ISO 5436-1:2000 VDI/VDE 2602 Blatt 2:2008-10 Oberflchenpr-fung; Rauheitsmessung mit Tastsc

21、hnittgerten; 2 Normative references The following referenced documents are indispen-sable for the application of this standard: DIN EN ISO 4287:2010-07 Geometrical Product Specifications (GPS); Surface texture: Profile method; Terms, definitions and surface texture parameters (ISO 4287:1997 + Cor 1:

22、1998 + Cor 2:2005 + Amd 1:2009); German version EN ISO 4287:1998 + AC:2008 + A1:2009 DIN EN ISO 4288:1998-04 (Geometrical Product Specifications (GPS); Surface texture: Profile method; Rules and procedures for the assessment of surface texture (ISO 4288:1996); German ver-sion EN ISO 4288:1997 DIN EN

23、 ISO 5436-1:2000-11 Geometrical Product Specifications (GPS); Surface texture: Profile method; Measurement standards; Part 1: Materi-al measures (ISO 5436-1:2000); German version EN ISO 5436-1:2000 VDI/VDE 2602 Part 2:2008-10 Roughness meas-urement; Roughness measurement using contact B55EB1B3E14C22

24、109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EE8ED9NormCD - Stand 2014-10All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 VDI/VDE 2602 Blatt 4 / Part 4 3 Tastschnittverfahren; Aufbau, Messbedingun-gen, Durchfhrung (stylus) instruments; Profile method; Setup, measurement conditions, procedure 3 Begr

25、iffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die Be-griffe nach DIN EN ISO 4287, DIN EN ISO 4288, DIN EN ISO 5436-1 und die folgenden Begriffe: Kalibrierung Bestimmung der Abweichung zwischen dem rich-tigen Wert des Normals und dem vom Messgert angezeigten Wert durch Messung einer Messgre an einem

26、 Normal. Anmerkung: Dabei erfolgt kein Eingriff in das Messgert. Justierung Einstellung des Messgerts, um die durch die Kalib-rierung festgestellte Messabweichung zu beseitigen. Anmerkung 1: Hierbei erfolgt ein Eingriff in das Messgert.Anmerkung 2: Im praktischen Gebrauch werden hufig Kalib-rierung

27、und Justierung zusammengefasst und als Einmessen“ oder auch Kalibrierung“ bezeichnet. 3 Terms and definitions For the purposes of this standard, terms and defini-tions as per DIN EN ISO 4287, DIN EN ISO 4288, DIN EN ISO 5436-1 and the following terms and definitions apply: Calibration Determination

28、of the difference between the cor-rect value of the measurement standard and the value indicated on the measuring instrument by measuring a measurand at a measurement standard. Note: This does not involve any intervention in the measuring instrument. Adjustment Setting the measuring instrument so as

29、 to remove the measurement deviation detected by calibration. Note 1: This involves an intervention in the measuring in-strument. Note 2: In everyday usage, calibration and adjustment are often lumped together and even referred to “calibration”. 4 Formelzeichen und Indizes Formelzeichen In dieser Ri

30、chtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: Formel-zeichen Bezeichnung DXMesspunktabstand k Erweiterungsfaktor l Profillnge: Teil der Messstrecke, der in die Auswertung von RSm einbezogen wurde, l lml Lngennderung bei Temperaturnderung lmLnge der Messstrecke m Anzahl der Me

31、ssreihen n Anzahl der Profilelemente, die in die Aus-wertung von RSm einbezogen wurden RSmmaktuell am Bezugsnormal gemessene Kenngre RSm aus Messstellenplan RSmnRSm des zur Rckfhrung verwendeten Bezugsnormals (aus dessen Kalibrier-schein) Rz0Grundrauschen, arithmetisches Mittel von Rz-Werten auf ein

32、em Planglas s empirische Standardabweichung T Temperaturunterschied U erweiterte Messunsicherheit 4 Symbols and indices Symbols The following symbols are used throughout this standard: Symbol Designation DXmeasuring point distance k coverage factor l profile length: part of the evaluation length whi

33、ch was included in the evalua-tion of RSm, l lml change in length with temperature change lmlength of the evaluation section m number of measurement series n number of profile elements which were included in the evaluation of RSm RSmmcharacteristic parameter RSm from meas-uring points plan as curren

34、tly measured at the reference standard RSmnRSm of the reference standard used for traceability (from its calibration certifi-cate) Rz0background noise, arithmetical mean of Rz values on an optical flat s empirical standard deviation T temperature difference U expanded measurement uncertainty B55EB1B

35、3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EE8ED9NormCD - Stand 2014-10 4 VDI/VDE 2602 Blatt 4 / Part 4 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 Formel-zeichen Bezeichnung Unerweiterte Messunsicherheit des Bezugs-normals, das fr die Rckfhrung der Lnge verwendet wird Urelerweite

36、rte relative Messunsicherheitu Standardmessunsicherheit u(x) Standardmessunsicherheit u des Werts x einer Oberflchenkenngre X urelrelative Messunsicherheit uvVergleichsunsicherheit, aus Ringver-gleichsmessungen bestimmt, hier pauschal mit 0,5 % vom Messwert angesetzt Thermischer Lngenausdehnungskoef

37、fi-zient c, s Grenzwellenlngen Indizes In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Indizes verwendet: n auf Bezugsnormal bezogen v Vergleich rel Relativ m Messstrecke p auf Prfobjekt bezogen Symbol Designation Unexpanded measurement uncertainty of the reference standard used for traceab

38、ility of the length Urelexpanded relative measurement uncertain-ty u standard measurement uncertainty u(x) standard measurement uncertainty u of the value x of a surface parameter X urelrelative measurement uncertainty uvcomparative uncertainty, determined from intercomparison measurements, set here

39、 across the board at 0,5 % of the measured value thermal coefficient of linear expansionc, s cut-off wavelengths Indices The following indices are used throughout this standard: n with respect to reference standard v comparison rel relative m evaluation length p with respect to test object 5 Kalibri

40、erung 5.1 Grundlagen Durch die Kalibrierung mit Normalen wird die Rckfhrung auf die Lngeneinheit hergestellt und die gesamte bertragungskette des Tastschnittge-rts auf die richtige Funktion berprft. Dabei werden die Werte der Einflussgren bestimmt, die die berwiegenden Beitrge zur Messunsicher-heit

41、liefern (siehe Abschnitt 6). Das Tastschnittgert sollte an seinem Einsatzort kalibriert werden. Vor dem Kalibrieren ist sicherzustellen, dass das Gert nach den Vorgaben des Herstellers justiert ist.5.2 bersicht ber die Kalibrierschritte Fr eine Kalibrierung werden vier Normale ent-sprechend DIN EN I

42、SO 5436-1 verwendet: Planglas Tiefeneinstellnormal (Typ A) Rillenabstandsnormal (Typ C1, C3), Geomet-rienormal“ Raunormal (Typ D) 5 Calibration 5.1 General principles Calibration with measurement standards establishes traceability to the unit of length and a check is made of the correct functioning

43、of the entire transmission chain of the contact stylus instrument. Here the values of the influencing factors are determined which make the principle contributions to measure-ment uncertainty (see Section 6). The contact stylus instrument should be calibrated at its place of use. Prior to calibratio

44、n it should be ensured that the instrument has been adjusted in accordance with the manufacturers specifications. 5.2 Overview of the steps in calibration Four measurement standards are used for a calibra-tion as specified in DIN EN ISO 5436-1: optical flat depth-setting standard (Type A) spacing st

45、andard (Types C1, C3), “geometry standard” roughness standard (Type D) B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EE8ED9NormCD - Stand 2014-10All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 VDI/VDE 2602 Blatt 4 / Part 4 5 In Tabelle 1 wird ein berblick ber die durch-zufhrenden Kali

46、brierttigkeiten gegeben. Tabelle 1. bersicht ber Kalibrierschritte Ziel Ttigkeit Normal (DIN EN ISO 5436-1) Ermittlung des Grund-rauschens Messung von Rz Planglas Ermittlung der vertika-len Verstrkung Messung der Tiefe von drei Rillen Tiefenein-stellnormal Funktionsprfung der gesamten bertra-gungske

47、tte des Gerts Messung von Ra, Rz, Rmax (VDA 2006) Raunormal Ermittlung der horizon-talen Verstrkung Messung von RSm Rillenab-standsnormal 5.3 Kalibrierintervall Die Kalibrierung sollte nach einer Zeit wiederholt werden, in der noch nicht mit einem Verschlei zu rechnen ist. bliche Zeiten liegen zwisc

48、hen einer Woche und einem Jahr. Die Kalibrierintervalle knnen verlngert werden, wenn die Kalibrierun-gen bei gleichbleibenden Betriebsbedingungen kei-ne Vernderungen zeigen. Bei der Wahl des Kalibrierintervalls sind folgende Aspekte zu bercksichtigen: Hufigkeit des Gebrauchs Toleranzforderungen Aufs

49、tellungsort des Gerts Hufigkeit des Nutzerwechsels 5.4 Kalibrierschritte und verwendete Normale 5.4.1 Grundrauschen Zur Bestimmung des Grundrauschens des Gerts wird auf einem Planglas der Wert der Kenngre Rz (DIN EN ISO 4287) in fnf Tastschnitten unter den Messbedingungen (Grenzwellenlngen s, c und Messbereich) ermittelt, unter denen das Gert spter benutzt werden soll. Der arithmetische Mittelwert dieser