VDI VDE 2617 Blatt 11-2011 Accuracy of coordinate measuring machines - Characteristics and their checking - Determination of the uncertainty of measurement for coordinate measuring.pdf

1、VEREINDEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKGenauigkeit von KoordinatenmessgertenKenngren und deren PrfungErmittlung der Unsicherheit von Messungen auf Koordinatenmessgerten durch MessunsicherheitsbilanzenAccuracy of coordinate measuring machinesCharacteristics and

2、 their checkingDetermination of the uncertainty of measurement forcoordinate measuring machines using uncertainty budgetsVDI/VDE 2617Blatt 11 / Part 11Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Handbuch FertigungsmesstechnikVDI-Handbuch Produktionstechnik und Fertigungsverfahren, Band 3: Betr

3、iebsmittelVDI/VDE-RICHTLINIENICS 17.040.30, 17.040.99 Mrz 2011 March 2011Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as autho

4、rita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Frhere Ausgabe: 07.09 Entwurf, deutsch Former edition: 07/09Draft, in German onlyZubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dssel

5、dorf 2011VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Fachbereich FertigungsmesstechnikInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32 Formelzeichen . . . . . . .

6、 . . . . . . . . . . 43 Rechnerische Ermittlung der Messunsicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . 53.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.2 Messunsicherheitsbilanz . . . . . . . . . . 63.3 Voraussetzungen und Grenzen des Verfahrens . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Einflussgre

7、n bei Koordinatenmessungen . 10 4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.2 Werkstckoberflche . . . . . . . . . . . . 124.3 Taster und Tastersysteme . . . . . . . . . . 144.4 Geometrieabweichungen . . . . . . . . . . 144.5 Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Anhang A Faktoren

8、fr die Formelementeparameter . . . . . . . . 17Anhang B Geometrieabweichungen von Koordinatenmessgerten. . . . . . . . 20Anhang C Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . 25Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Int

9、roduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Symbols. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Calculation of the uncertainty of measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . 53.2 Meas

10、urement uncertainty budget . . . . . . 63.3 Requirements and limits of the procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Influence quantities in coordinate measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.2 Workpiece surface . . . . . . . . .

11、 . . . 124.3 Styli and stylus systems . . . . . . . . . . 144.4 Geometrical errors . . . . . . . . . . . . . 144.5 Temperature. . . . . . . . . . . . . . . . . 15Annex A Factors for the feature parameters . . . 17 Annex B Geometrical errors of coordinate measuring machines . . . . 20Annex C Example

12、s . . . . . . . . . . . . . . . . 25Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 2 VDI/VDE 2617 Blatt 11 / Part 11VorbemerkungDer Inhalt dieser Richt

13、linie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unt

14、er Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungIn der Richtlinienreihe VDI/VDE 2617 sind Kenn-g

15、ren fr die Genauigkeit von Koordinatenmessge-rten (KMG) festgelegt und Verfahren zu ihrer Pr-fung beschrieben. Die Richtlinienreihe besteht zur-zeit aus folgenden Blttern: Blatt 2.1 Leitfaden zur Anwendung von DIN EN ISO 10 360-2 zur Prfung von Lngen-maenBlatt 2.2 FormmessungBlatt 2.3 Annahme- und B

16、esttigungsprfung von Koordinatenmessgerten groer Bauart Blatt 4 Leitfaden zur Anwendung von DIN EN ISO 10 360-3 fr Koordinatenmessgerte mit zustzlichen DrehachsenBlatt 5 berwachung durch PrfkrperBlatt 5.1 berwachung mit KugelplattenBlatt 6.1 Koordinatenmessgerte mit optischer An-tastung; Leitfaden z

17、ur Anwendung von DIN EN ISO 10 360 fr Koordinaten-messgerte mit optischen Sensoren fr laterale StrukturenBlatt 6.2 Leitfaden zur Anwendung von DIN EN ISO 10 360 fr Koordinatenmessgerte mit optischen AbstandssensorenBlatt 6.3 Koordinatenmessgerte mit Multisenso-rikBlatt 7 Ermittlung der Unsicherheit

18、von Mes-sungen auf Koordinatenmessgerten durch SimulationBlatt 8 Prfprozesseignung von Messungen mit KoordinatenmessgertenPreliminary noteThe content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved

19、 including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI n

20、otices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.IntroductionThe VDI/VDE 2617 Series of Guidelines specifies characteristics serving to describe the accuracy of co-ordinate measuring machines (CMMs), and describes procedures for checki

21、ng these characteristics. The se-ries of guidelines presently consists of the following parts:Part 2.1 Code of practice for the application of DIN EN ISO 10 360-2 for length measure-mentPart 2.2 Form measurementPart 2.3 Acceptance and reverification tests for co-ordinate measuring machines of large

22、di-mensionsPart 4 Manual for the use of DIN EN ISO 10 360-3 for coordinate measuring machines with additional axes of rotationPart 5 Interim check with artefactsPart 5.1 Interim check with ball platesPart 6.1 Coordinate measuring machines with opti-cal probing; Code of practice for the appli-cation

23、of DIN EN ISO 10 360 to coordi-nate measuring machines with optical sen-sors for lateral structuresPart 6.2 Guideline for the application of DIN EN ISO 10 360 to coordinate measuring ma-chines with optical distance sensorsPart 6.3 Coordinate measuring machines with mul-tiple probing systemsPart 7 Es

24、timation of measurement uncertainty of coordinate measuring machines by means of simulationPart 8 Test suitability of measurements with co-ordinate measuring machinesB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 20

25、11 VDI/VDE 2617 Blatt 11 / Part 11 3 Blatt 9 Annahme- und Besttigungsprfung von Gelenkarm-Koordinatenmessgerten Blatt 10 Annahme- und Besttigungsprfung von LasertrackernBlatt 11 Ermittlung der Unsicherheit von Mes-sungen auf Koordinatenmessgerten durch MessunsicherheitsbilanzenBlatt 12.1 Annahme- un

26、d Besttigungsprfung fr Koordinatenmessgerte zum taktilen Messen von MikrogeometrienBlatt 13 Leitfaden zur Anwendung von DIN EN ISO 10 360 fr Koordinatenmessgerte mit CT-SensorenAnmerkung: Im Rahmen der Richtlinienreihe VDI/VDE 2617 sind mehrere Bltter verfgbar, weitere sind in Arbeit. Die einzel-nen

27、 Bltter der Richtlinie gliedern sich in eine Ordnungsstruktur ein. Eine Liste der aktuell verfgbaren sowie geplanten Bltter die-ser Richtlinie sowie deren Strukturierung sind im Internet unter www.vdi-richtlinien.de/2617 abrufbar.Die Norm DIN EN ISO 10 360-1 enthlt Begriffe fr die Annahme- und die B

28、esttigungsprfung von Koordinatenmessgerten. Die Beurteilung der Leis-tungsfhigkeit von Koordinatenmessgerten ist in DIN EN ISO 10 360-2 beschrieben. Die dort angege-benen Prfverfahren eignen sich jedoch nicht zur Be-urteilung der aufgabenspezifischen Messunsicherheit von Messungen beliebiger Prfmerk

29、male. Dazu sind in Blatt 7 und Blatt 8 dieser Richtlinienreihe zwei Verfahren beschrieben. In dieser Richtlinie wird auf Grundlage von DIN V ENV 13 005 (GUM) sowie DIN 1319-4 eine alternative Vorgehensweise angege-ben. Dabei werden die mathematischen Modelle der Messaufgaben aufgestellt und entsprec

30、hend der Me-thode B des GUM die Unsicherheitsbeitrge der ein-zelnen Einflussgren aus bekannten Informationen bestimmt.Das Verfahren folgt einem analytischen (rechneri-schen) Ansatz, bei dem man mit relativ geringem Aufwand im Regelfall eine berschtzung der Mess-unsicherheit erreicht, whrend fr eine

31、bessere Ab-schtzung ein hherer Aufwand erforderlich sein kann. Ob das notwendig ist, kann z. B. anhand des Verhltnisses der Messunsicherheit zur Toleranz nach VDI/VDE 2617 Blatt 8 entschieden werden.1 AnwendungsbereichDie Richtlinie beschreibt eine mgliche Vorgehens-weise zur Bestimmung der aufgaben

32、spezifischen Messunsicherheit von Koordinatenmessungen. Da-mit lassen sich Messunsicherheiten bei der Prfung von Werkstcken in der betrieblichen Praxis bestim-men, um sie nach DIN EN ISO 14 253-1 bei der Fest-Part 9 Acceptance and reverification tests for ar-ticulated arm coordinate measuring ma-chi

33、nesPart 10 Acceptance and reverification tests of laser trackersPart 11 Determination of the uncertainty of meas-urement for coordinate measuring ma-chines using uncertainty budgetsPart 12.1 Acceptance and reverification tests for tac-tile CMM measuring microgeometries Part 13 Guideline for the appl

34、ication of DIN EN ISO 10360 for coordinate measuring ma-chines with CT-sensorsNote: The VDI/VDE 2617 series of guidelines comprises several parts, and further parts are to be published. The numbering of the individual parts follows a classification structure. A list of all cur-rently available, and

35、planned, parts of the series of guidelines as well as information on its structuring can be found on www.vdi-richtlinien.de/2617.The EN ISO 10 360-1 standard contains terminology pertaining to acceptance and reverification tests for coordinate measuring machines (CMMs). The as-sessment of the perfor

36、mance of CMMs is described in DIN EN ISO 10 360-2. However, the test methods stated there are not suitable for assessing the task-specific uncertainty of measurements of arbitrary fea-tures under test. Part 7 and Part 8 of this series of guidelines describe two methods for this purpose. This guideli

37、ne, VDI/VDE 2617 Part 11, states an al-ternative procedure based on DIN V ENV 13 005 (GUM) and on DIN 1319-4. The mathematical mod-els of the measurement tasks are developed and, in accordance with the Type B method of the GUM, the uncertainty contributions of the individual influence quantities are

38、 determined from the information avail-able.The procedure follows an analytical (calculation) ap-proach which will, as a rule, yield an overestimation of the measurement uncertainty at little effort and ex-pense, whereas a more accurate estimation may re-quire increased effort and expense. Whether t

39、his is necessary or not can be decided, e. g., on the basis of the ratio of the measurement uncertainty to the toler-ance as per VDI/VDE 2617 Part 8.1 ScopeThis guideline describes one possible procedure for determining the task-specific uncertainty of coordi-nate measurements. It allows to determin

40、e measure-ment uncertainties of practical workpiece tests, which can then be used for establishing conformance or non-conformance with the specification in accord-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2

41、011 4 VDI/VDE 2617 Blatt 11 / Part 11stellung der bereinstimmung oder Nichtberein-stimmung mit der Spezifikation zu bercksichtigen, oder um die Prfprozesseignung zu beurteilen.Das beschriebene Verfahren kann berall dort ange-wendet werden, wo sich die Verfahren nach VDI/VDE 2617 Blatt 7 bzw. Blatt 8

42、 wegen mglicher-weise fehlender Voraussetzungen (Simulationssoft-ware bzw. kalibriertes Werkstck) nicht anwenden lassen.Auerdem lsst sich das Verfahren einsetzen, um die Beitrge einzelner Einflussgren zu bestimmen. Solche Kenntnisse werden z. B. bentigt, um die Messstrategie hinsichtlich der Anzahl

43、und Anord-nung der Messpunkte zu optimieren.Das Verfahren ist fr alle Messgren anwendbar, fr die im Sinn von DIN V ENV 13 005 (GUM) der Mit-telwert der beste Schtzwert ist. Das sind alle mittels Ausgleichsrechnung nach Gau berechneten Ergeb-nisse, z. B. Lngenmae wie Durchmesser oder Ab-stnde, aber a

44、uch Winkel sowie Ortsabweichungen wie Position, Symmetrie und Koaxialitt nach DIN EN ISO 1101.In einigen Fllen sind die Messgren als Extrem-werte definiert, z. B. Form, Richtung und Lauf nach DIN EN ISO 1101. Hier knnen die Unsicherheiten nur unter der Voraussetzung ermittelt werden, dass die rtlich

45、en Formabweichungen der Oberflche bei der Messung durch eine relativ hohe Messpunktzahl vollstndig erfasst wurden.2 FormelzeichenIn dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet:A konstanter Anteil des Grenzwerts der Lngen-messabweichung EMPE = (A + L/K) eines KMGai G

46、renzabweichung einer bekannten oder ange-nommenen Wahrscheinlichkeitsdichtevertei-lungbi Verteilungsfaktor der Einflussgre Xi aus der Form der Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung bzw. Faktor fr den Formelementeparameterci Sensitivittskoeffizient; partielle Ableitung ci = Y/Xi der Messgre Y nach der

47、Einfluss-gre Xi fr deren Schtzwerte xiD DurchmesserK Konstante im Nenner des lngenabhngigen Anteils L /K des Grenzwerts der Lngenmess-abweichung EMPE = (A + L /K) eines KMG ance with DIN EN ISO 14 253-1, or for assessing the test suitability. The procedure described can be applied wherever the proce

48、dures according to VDI/VDE 2617 Part 7 or Part 8 are not applicable due to possibly unsatisfied requirements (simulation software or calibrated workpiece). Furthermore, the procedure is suitable for determin-ing contributions from individual influence quanti-ties. Such information is required, e. g.

49、 to optimise the measurement strategy in terms of the number and arrangement of the measuring points.The procedure is suitable for all measurands for which the mean value is the best estimate as per DIN V ENV 13005 (GUM). This holds for all results calculated by means of Gaussian regression, e. g. lin-ear measures such as diameters or distances, but also angles and location errors including position, sym-metry and coa