国家标准 GB/T40742.5一2021 产品几何技术规范(GPS 几何精度的检测与验证第5部分:几何特征检测与验证中测量不确定度的评估 GeometriealproduetspeeifieationsGPS)一Geometricalprecision verifieation一Part5;Estimationofuncertaintyofmeasurementfor geometriealcharacteristiesverifieationm 2021-10-11发布 2022-05-01实施国家市场监督管理总局发布国家标涯花警理委员会国家标准
GB;/T40742.5一2021 前言本文件按照GB/T1.1一2020<标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草本文件是GB/T40742《产品几何技术规范(GPS)儿何精度的检测与验证》的第5部分 GB/T40742已经发布了以下部分第1部分;基本概念和测量基础符号、术语、测量条件和程序; 第2部分;形状、方向、位置、跳动和轮廓度特征的检测与验证第3部分;功能量规与夹具应用最大实体要求和最小实体要求时的检测与验证; -第4部分;尺寸和几何误差评定、最小区域的判别模式第5部分:几何特征检测与验证中测量不确定度的评估本文件由全国产品几何技术规范标准化技术委员会(SAC/TC240)提出并归口本文件起草单位;上海市计量测试技术研究院、计量大学,江苏锐精光电研究院有限公司中机生产力促进中心,陕西威尔机电科技有限公司,中机科(北京)车辆检渊工程研究院有限公司郑州大学中机研标淮技术研究院(北京)有限公司本文件主要起草人;曾燕华,孔明、陈刚、朱悦、明重年,张文建,范厚杰、方东阳
GB/T40742.5一2021 引言针对生产过程中产品的尺寸、形状、方向、位置等几何精度的数字化测控方法不完善、几何精度的数字化检验方法和测量不确定度评估方法缺失、过程质量精度测控手段被动落后等关键问题,重点研究产品几何精度的数字化测量理论、方法和技术,构建符合新一代GPs的几何精度检验操作规范体系和控制策略 GB/T40742(产品几何技术规范(GPS)儿何精度的检测与验证》是基于新一代GPS产品几何规范体系,运用数字化在线测量技术、统计学习及分析理论、先进制造技术、系统集成及管理技术等,通过理论分析、模型映射和仿真模拟/实验验证等手段开展制定的几何精度的检测与验证推荐性国家标准标准基于所提出的检验算子规范,分析实际测量过程中所涉及到的测量设备、测量方法、测量原理和测量条件等影响因素,给出了要素在提取、滤波、拟合等操作中的不确定度构成及传递规律,建立了不确定度评定模型通过生产过程中产品质量参数的在线采集、数据处理和系统评价的研究,有效地解决了生产过程中质量精度数字化测量的数据提取、误差分离、拟合评定、质量分析等操作及过程精度控制的规范统一问题 GB/T40712主要用于规范关键要素操作及规范策略,建立相应的几何精度检验操作模型和检验操作算子,为产品生产质量的分析和改进提供技术支持为了方便读者使用将标准分为5个部分进行编写5部分内容相互关联又各自独立,共同构成了几何精度检测与验证的内容 GB/T40742由5部分构成第1部分;基本概念和测量基础符号、术语、测量条件和程序规定了儿何精度检测与验证的基本概念、测量基础,术语、符号,测量条件和测量程序等内容第2部分;形状、方向、位置、跳动和轮廓度特征的检测与验证规定了形状、方向、位置、跳动和轮廓度特征检测与验证的一般规定、检验操作集、,测量不确定度评估和合格评定等内容第3部分;功能量规与夹具应用最大实体要求和最小实体要求时的检测与验证规定了应用最大实体要求和最小实体要求的检测与验证过程一般规定及检测用夹具设计的一般要求 -第4部分;尺寸和几何误差评定、最小区域的判别模式规定了尺寸验收及几何误差的评定操作针对不同的目标任务(离线、在线检验),给出了产品尺寸合格性评定、几何误差评定方法以及相关缺省原则和形状误差、方向误差、位置误差的最小区域判别法第5部分;几何特征检测与验证中测量不确定度的评估规定了测量结果的不确定度评估的操作提供了针对产品尺寸和几何公差检测与验证过程中不确定度的评估方法,给出了根据不确定度管理程序(PUMA)对检验验证过程优化的应用规范
GB;/T40742.5一2021 产品几何技术规范(GPS) 几何精度的检测与验证第5部分:几何特征检测与验证中测量不确定度的评估范围本文件规定了测量结果的不确定度评估的操作提供了针对产品尺寸和几何公差检测与验证过程中不确定度的评估方法,给出了根据不确定度管理程序(PUMA)对检验验证过程优化的应用规范本文件适用于几何产品的尺寸、,形状、方向、位置等几何特征的检测与验证规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T19582017产品几何技术规范(GPS)几何公差检测与验证 GB/T18779.1产品几何技术规范(GPS)工件与测量设备的测量检验第1部分:按规范检验合格或不合格的判定规则产品儿何量技术规范(GPS工件与测量设备的测量检验第2部分.测量设备 GB/T18779.2 校准和产品检验中GPs测量的不确定度评指南 GB/T18779.3产品儿何技术规范(GPS)工件与测量设备的测量检验第3部分;关于对测量不确定度的表述达成共识的指南 GB/T18779.6产品儿何技术规范(GPS)工件与测量设备的测量检验第6部分:仪器和工件接受/拒收的通用判定规则 JJF1001通用计量术语及定义 JF1059.1测量不确定度评定与表示术语和定义 GB/T1958、GB/T18779.1、GB/T18779.2、GB/T18779.3、GB/T18779.6、JJF1001和JF1059,1 界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 测量任务measuringtask 根据定义对被测量的定量确定 [来源:GB/T18779.22004,3.3] 3.2 测量或校准的)目标不确定度targeuneertainty(forameasurementrealibration) U 对给定的测量任务优化确定的不确定度
GB/T40742.5一2021 3.3 不确定度管理 uncertaintymanagemment 根据测量任务和目标不确定度,使用不确定度概算技术,给出合适的测量程序的过程 [[来源:GB/T18779.2-2004,3.127 3.4 不确定度分量 uncertaintyc0mp0nent 不确定度因素r的标准不确定度 [来源:GB/T18779.,2一2004,3.16,有修改 3.5 GUM法ISo/IrCGuideXXx:uncertaintyofmeasurement ISo/IEC规定的测量不确定度评定方法,即“测量不确定度表示指南”所推荐的方法 3.6 不确定度管理程序proeedureforuneertaintymanagement;UMA 关于不确定度管理的程序,可分为给定过程的不确定度管理和用于测量过程(程序)的设计和开发的不确定度管理 3.7 合格conforming 符合量的真值在公差带或规范带内或在其边界上 [来源:GB/T18779.6-2020,3.41] 3.8 判定规则deeisionrule 阐述根据相应产品规范和测量结果,接受或拒收产品时,如何进行测量不确定度分配的书面规则 [来源:GB/T18779.6一2020,3.6] 3.9 测量能力指数 uncertaintyzone 该指数等于公差除以"倍标准测量不确定度,其中标准测量不确定度与相应特性的测得值相关 [来源.GB/T18779.62020,3.8] 测量不确定度因素的来源测量不确定度因素的来源主要来自测量人员、测量设备、被测量定义、测量原理和方法、测量环境条件等5个方面,测量人员应根据实际情况分析对测量结果有明显影响的测量不确定度因素来源有关 GPs中几何特征检测与验证的不确定度因素的来源参见附录A 5 测量不确定度的最大允许值测量不确定度的最大允许值目标不确定度)应按其占相应规范的百分比计算,测量不确定度的最大允许值目标不确定度)见GB/T1958的推荐参考值
GB;/T40742.5一2021 不确定度在几何特征检测与验证中判定准则 6.1概述当要求对几何特征测量结果进行合格判定时,给定的工件的公差会在图纸上标示,任何测量都会有测量不确定度的影响,由于真值不能被准确地知道,于是其期望值落在具有预定义包含概率的包含区间内接受区间是通过各规范限的合格特性确定的儿何特征的判定规则见GB/T40742.4,具体的对几何特征的测量结果进行合格判定的规则见 GB/T18779.6 6.2选择判定规则的一般流程当几何特征要求对测量结果进行合格判定时,同时需要考虑不确定度的影响首先应考虑法律、法规是否有规定判定规则;其次考虑所采用的标准或技术规范是否包含判定规则,选择或协商误判风险满足本次合格判定的判定规则需要注意的是,没有一种判定规则适用于所有的判定活动,选择判定规则时应综合考虑被测属性的特点、所用的标准或技术规范要求、测量结果、委托与被委托双方风险等多方面因素一个完整的判定规则应具有四个要素明确定义每个区间的范围; aa b 明确分配每个区间对应的结果; 重复测量的处理方法; c d 提出异常值的处理方法 6.3几种常见的判定规则在生产和测量的过程中,几何特征测量结果的合格判定需要充分考虑测量能力指数Cm 对被测量Y进行测量后,测得值y=,标准测量不确定度u= =um 公差上限为T,公差下限为 TL,公差为T=Tu-T.,则测量能力指数为: Tu一T 元 4um 4 其中U=2u.是扩展不确定度,包含因子k=2 在进行几何特征测量结果的合格判定中，一般常见的判定规则有不检查 a b)简单接受规则宽松接受规则; c d)严格接受规则实际测量中,在合格概率未知的情况下,判定规则可考虑用提高测量能力指数的方式,降低测得值的误判风险但需要注意的是,在公差区间一定的情况下,提高测量能力指数意味着采用准确度等级更高的测量设备或更精密的测量程序,这都将增加测量成本因此实际应用中,要二者兼顾给定测量过程的测量不确定度管理具体的给定测量过程的不确定度管理见GB/T18779.2 在这种情况下,根据给定尺寸或形位公差测量任务,按规定或已经确定的测量原理、测量方法、测量程序和测量条件,评估其测量不确定度要求的不确定度U可以是给定的,也可以是待定的
GB/T40742.5一2021 8 用于测量过程(程序)设计和开发的不确定度管理具体的测量过程(程序)设计与开发测量过程的不确定度管理见GB/T18779.2 在这种情况下进行不确定度管理以开发适当的测量程序测量工件的几何精度,不确定度管理是基于定义的测量任务和目标不确定度U进行的测量任务和目标不确定度的确定是公司(本部门)足够高管理层的政策性决定，一个合适的测量过程,评定得到的测量不确定度应小于或等于目标不确定度同时兼顾经济合理的原则具体几何特征测量过程的不确定度评估示例参见附录B和附录C 测量不确定度表述的协议导则几何特征的测量不确定度表述的协议导则见GB/T18779.3 10关于仲裁几何特征测量结果的仲裁见GB/T1958一2017第11章
GB;/T40742.5一2021 附录 A 资料性几何特征检测与验证中标准不确定度影响因素与评定原则 A.1概述进行几何特征检测与验证的不确定度评定中,一般采用GUM法进行不确定度的评定在分析不确定度因素来源时,应充分考虑各种来源的影响,对起主要贡献的来源尽可能不遗漏、不重复 A.2不确定度因素来源的确定 A.2.1概述图A.1给出10种不同的误差来源,GB/T18779.2中的概念同样适用本附录给出了在实际几何特征的检测与验证中,怎样考虑相关的不确定度因素物理常量环境 10 测量过程测没备的参考元件特性的定义测量设备测量对象测量设置测量人员软件和计算图A.1测量不确定度影响因素 A.2.2环境温度是环境对几何特征的不确定度影响的主要因素,测量设备应在性能说明中注明使用过程中的温度条件限制.如果在温度范围外进行测量,则会引人相应的不确定度因素测量设备也应注明测试工件的特定材料,当不同的工件具有不同的热膨胀系数时,也可能会引人其他的不确定度因素与环境相关的其他不确定度影响因素为: 温度的时间变化和空间梯度振动/噪声湿度照明(例如光学测量系统中的照明单元气流(例如空调新风系统带来的气流的变化电磁干扰
GB/T40742.5一2021 压缩空气(例如空气轴承热源(例如测量人员的体温 -温度补偿系统例如光栅的温度补偿系统》 -测温不确定度 A.2.3测量设备的参考元件用于儿何特征的测量设备的参考元件(一般指实物标准器)会影响测量性能与其相关的测量不确定度影响因素为: -稳定度(包括材料的刚度、硬度和内部应力等刻度标记质量膨胀系数其他测量不确定度影响因素可能包括校准不确定度上次校准之后的变化(漂移 A.2.4测量设备用于几何特征检测的测量设备的测量不确定度因素主要来源为电子或机械放大波长误差 CCD技术(主要适用于非接触光学测量设备主标尺的分辨率(包括模拟或数字y 物理原理(包括光栅尺,光学数字标尺,磁性数字标尺,主轴,齿条齿轮,干涉仪) 零点稳定度测量力的大小与稳定度滞后导轨、滑轨或转轴探测系统结构的稳定性(包括多探针系统) 读数系统数字化过程响应特性 A.2.5测量设置(不包括工件的定位和夹持坐标测量机需要进行测量设置不确定度影响因素可能包括: 余弦误差和正弦误差阿贝原则 -测尖半径、形状误差和刚度光学光圈清洁过程预热 A.2.6软件和计算用于儿何特征检测的测量设备,大多数使用的软件能提供多种选项与软件和计算相关的不确定度影响因素可能由以下几点可用算法与执行方式
GB;/T40742.5一2021 数据滤波算法修正异常值处理 A.2.7测量人员几何特征的测量值可能因人而异,而这些测量不确定度因素主要来源于教育程度培训和训练知识和经验诚信和奉献度测量人员应控制测量设备的运行条件在各种操作条件下尽可能减少可能出现的其他测量不确定度因素 A.2.8测量对象几何特征的测量对象也是测量不确定度因素的来源,它们主要是工件的表面特性(包括表面粗糙度和表面缺陷) 工件的几何形状工件的刚度和硬度工件的线膨胀系数工件材料的吸湿性工件的时效、内部应力和蠕变特性 A.2.9特性的定义被测量的不完整或不明确会导致额外的不确定性,包括基准定义不完善(例如基准面的选择) 特征过度约束(例如给定公差的要素过度 A.2.10测量过程在几何特征检测和验证过程中,空气调节,测量顺序,测量频次,测量持续时间,测量原理,准直,参考标准及其数值的选择,仪器的选择,测量人员的选择,测量人员数量,策略,锁紧机构,定位,测量点数，探测原理和测量,探测系统的配置漂移的验证,反向测量,冗余度,误差分离等也都是测量不确定度因素的来源影响因素包括探测系统的标定稳定性由测力引起的弯曲和变形测量点的采样方式,包括数量和位置由工装或夹持引起的工件变形在机械坐标系统中的工件位置和方向测针的探测方向静态采点和动态扫描误差测量数量测量顺序和持续性安装文档和程序文档的质量编码文档的质量
GB/T40742.5一2021 A.2.11物理常量对修正用的物理常量的认识程度可能引人测量不确定度因素例如:对于配有温度补偿系统的测量设备,工件线膨胀系数不可能完美得到补偿,也会引人测量不确定度,该测量不确定度来源独立于测量设备本身的性能 A.3标准不确定度分量的评定原则 A.3.1概述在实际几何特征的检测中,建立测量模型后,对每项测量不确定度来源不必严格去区分其性质是随机性的还是系统性的,而是要考虑一下可以用什么方法估计其标准偏差可以通过测量得到的数据计算其实验标准偏差的为标准不确定度A类评定,其余的都属于B类评定 A.3.2标准不确定度的A类评定对被测量工,在同一条件下进行"次独立重复测量,得到实测值" m),用算术平均值 r'i=1,2, 作为被测量的估计值: -心" 由A类评定得到被测量的最佳估计值的标准不确定度为 s.工k u(.r)=u(r)=s(r)= 表A.1给出了A类评定实验标准偏差的估计方法表A.1A类评定中实验标准偏差的估计方法实验标准偏差估计方法计算公式自由度贝塞尔公式法 s(.r 极差法详见表A.2 x(.r s(.r (.r 儿合并样本标准偏差 y=m(n一1 当n相等时表A.2极差系数C及用极差法估计的实验标准偏差的自由度 1.13 1.69 2.06 2.33 2.53 2.70 2.85 2.97 0.9 .8 2.7 3.6 4.5 5.3 6.0 6.8 示例;在坐标测量机上重复测量一圆柱工件的母线直线度,测量值如表A.3所示
GB;/T40742.5一2021 表A.3圆柱工件的母线直线度单位为微米次数 10 直线度r 2.1 1.9 1.8 1.9 2.0 1.9 2.0 1.8 1.9 2.0 0次重复测量的平均值 =1.9 -当，-品当，" Am 实验标准差s(.r,)按贝塞尔公式计算 s(.r, =0,l从m 则因此得到 =s(还)当 -0.034m u(z=s V10 此外,在日常开展同一类被测工件的常规检查中,如果测量系统的稳定性无明显变化,则可用该测量系统与被测件时相同的测量程序,测量人员、测量条件和测量地点,预先对典型的被测件的典型被测量值进行分析;而当被测量的估计值是由实验数据用最小二乘法拟和的一条直线或曲线上得到时,可以用一致的统计程序直接计算标准不确定度分量;若被测量在多次测量中变化呈现与时间相关的随机过程,应采用专门的方差分析求得标准偏差 A.3.3标准不确定度的B类评定标准不确定度的B类评定的信息来源主要有六项;以前的观测数据;对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验;生产部门提供的技术说明文件;测量仪器的校准或检定证书、准确度等级或最大允许误差;手册或资料给出的参考数据及其测量不确定度;规定检测方法的国家标准或类似文件给出的重复性允许值等 -般情况下,数字显示测量仪器,其分辨力的量化误差为矩形分布;区间宽度为一半的量化误差值; 以“等”使用的测量仪器的不确定度估算一般采用正态分布或!分布;以“级”使用的测量仪器的不确定度估算一般采用该级别的最大允许误差进行评定,其分布一般采用均匀分布其他几种常用的分布见表A.4 表A.4几种常见的分布分布类别 u(.r, 99.73% 正态 a/3 三角 100% 6 a/6 100% a/2 梯形8=0.71 矩形(均匀 100% a/ 反正弦 100% 厄 a/厄两点 100%
GB/T40742.5一2021 录附 B 资料性尺寸检测与验证中测量不确定度的评估示例 B.1测量不确定度概算实例条形工件长度测量本附录给出的实例仅用来说明PUMA,见图B.1,它仅包括所说明情况下较大的测量不确定度贡献因素对于不同的目标不确定度和不同的应用，通过改变测量条件,改变原理、方法或程序等方式将这些较大的测量不确定度贡献因素进行优化,进而逐渐逼近测量任务的目标不确定度,并使其尽可能的符合经济性原则测量方法不确定度概算测量任务测量假设 Yes 不确定不确定 lieN 合适的原理程序知识等 =X 测鼠粉度模型度分量 U 目标不确定度n (政策) No 1 测量条件改变 Yes 改变条件 l的能性 No 改变原理， Yes 改变e 的可能性方法或程序图B.1测量过程(程序)的测量不确定度管理程序(PUMIA B.2概述本实例涉及采用PUMA方法进行测量不确定度的评定和对给定的测量任务判断测量程序和测量条件的合格性 B.3任务和目标不确定度测量任务为对L100mm钢制矩形工件的两平行平面的中心长度L进行测量,见图B.2,各平面的平面度为0.2Mm 目标不确定度为1.5Am. 10
GB;/T40742.5一2021 B.4原理、初始方法、程序和条件 B.4.1测量原理机械接触式测量,采用球形测砧直接测量 B.4.2初始测量方法绝对测量,直接用卧式测长仪对被测工件进行测量 B.4.3初始测量程序用卧式测长仪测量被测工件 B.4.4初始测量条件初始测量条件包括卧式测长仪符合生产厂的技术指标(见表B.1). 数字式读数显示,分辨力0.1 m -实验室温度:20C士1C 自动记录测长仪温度,分辨力0.1C -测长仪和标准量块之间的温度差小于1c. 测长仪光栅为玻璃光栅,和被测工件是钢制的操作人员是经过培训的,并且十分熟悉测长仪的使用 B.5测量装置图示见图B.2 图B.2测量装置 B.6不确定度来源列表和讨论见表B.1 11
GB/T40742.5一2021 表B.1首次中心长度测量的不确定度分量概述和评注符号符号不确定度评注低分辨力高分辨力分量名称测量仪经过校准,并证明MPE值符合技术要求对于任意零 u 位,标尺误差小于0.2m十4.0×10-"L 由于采用球形测砧,测量轴线与被测工件轴线产生偏离,则可 up 能产生余弦误差 0.lAm RA 2X、唇分辨力 2x疗 lRN “跟等于两者中 =0.0294m uRR 较大者已对重复性进行了研究，标准偏差重复性 R 为0.7Am 温度差假定测长仪和被测工件之间的温度差服从U形分布膨胀系数差假定温度服从U形分布 u 被测工件平面度 uTo 平面度0.24m,形状误差影响最大为0.4m,服从两点分布测量力由于测长仪采用测力自动修正,因此对测量结果影响不大 B.7首次评估 B.7.1首次评估不确定度分量的说明及计算一卧式测长仪的示值误差 B类评定 llc一示值误差曲线的最大允许值(任意零位)为:0.2m十4.0×10-"L,因此 a=0.6从m 为安全起见,假定为矩形分布(b=0.6) 于是不确定度分量为: =0.6 1×0,.6=0.364m uc 丛m up一测砧准直 B类评定由于采用球形测砧测量轴线与被测工件轴线产生偏离.则可能产生余弦误差,如果偏离为 0.1 l!m，则 a=0.lHm 为安全起见,假定为矩形分布(b=0.6) 于是不确定度分量为 uPA=0.lm×0.6=0.06m u一重复性/分辨力 A类评定对工件中心长度测量的重复性进行了研究,得到标准偏差为0.7!" 由于进行3次重复测量,于 m 是不确定度分量为 0.7丝m =0,40Mm1 uRR V um一测长仪与被测工件之间的温度差 B类评定测长仪与被测工件之间的温度差不大于1C 工件的a=11×10-6-',于是，=11×10" C-×100mm×1C=1.1从m 4TD 假定服从U形分布(h=0.,7): u=1.1m×0.7=0.77 m ur一线膨胀系数差 B类评定 12
GB;/T40742.5一2021 对20C的最大偏差为1C 工件的a=11×10-C-" ,=8×10-4C-',线膨胀系数之差为3× ,a， 0--1 于是: =3×106C-×100 1×1C=0.3Am mm aTA 假定服从U形分布(b=0.7): 4TA=0.3Mm×0.7=0.21Mm u一被测工件的平面度 B类评定平面度误差为0.2Mm 由于测量规定方向上的尺寸,因此直线度对测量结果的最大影响为 0.4pm 假定服从两点分布(6=1) -0.4m×1=0.4m uRo一 u一测量力 B类评定由于测长仪采用测力自动修正,因此对测量结果影响不大因此测量力对测量结果的影响 lFA B.7.2首次评估不确定度分量之间的相关性估计各不确定度分量之间无相关性 B.7.3首次评估合成标准不确定度和扩展不确定度当各不确定度分量之间不存在相关性时,合成标准不确定度为 u.=、"十a十u干干、十u 代人B.7.1中的数值后,可得 =、0.360.o60.00.770.210.um=1.04m" 4，扩展不确定度 U =u.×人=1.04Mm×人~2.1Am B.7.4首次评估的测量不确定度概算汇总见表B.2 表B.2测量不确定度概算汇总(首次评估评定分布测量变化限a 变化限相关分布因不确定度分分量名称类型子b 量4/4m 类型次数影响量单位系数 a/m u测长仪示值误差矩形 0.6 0.6 0.36 0.64m u测砧准直矩形 0. 0.6 0.lm 0.06 u重复性/分辨力 0.58 0.74m 0.7 0.40 0.7 4温度差 U形 0.7m7 l.l ur线膨胀系数差 C 0.3 0. 0.21 U形 u被测工件的平面度 0.4 两点 0.4m 0.4 4测量力 1.04 合成标准不确定度,M 扩展不确定度(k=2),U 2.1 13
GB/T40742.5一2021 B.7.5首次评估的测量不确定度概算讨论不满足判据U自U=1.5Mmm 第二次评估表明,测量条件虽然发生改变,但仍旧不能满足测量要求,而此时测量条件的控制已尽力了,因此只能通过对测量方法和测量程序来进行优化,可以使用差分法,用L100mm的参考标准量块与被测工件进行比较测量,从而降低测长仪的误差带来的影响量 B.10重新制定测量原理、方法和测量程序 B.10.1改变测量原理机械接触式,与一已知长度(参考标准量块)进行比较 B.10.2改进测量方法差分法,用L100mm的参考标准量块与被测工件进行比较 14
GB;/T40742.5一2021 B.10.3改进测量程序改进测量程序包括 -用卧式测长仪测量被测工件使用L100mm的参考标准量块卧式测长仪作比较仪用 B.10.4改进测量条件改进测量条件包括: 卧式测长仪符合生产厂的技术指标(见表B.4). 数字式读数显示,分辨力0.1 m 实验室温度:20C士0.5C 自动记录测长仪温度,分辨力0.1C 被测工件和标准量块之间的温度差小于0.5C 被测工件、标准量块都是钢制的操作人员是经过培训的,并且十分熟悉测长仪的使用 B.11第三次评估部分不确定度分量的说明及计算第三次评估的测量不确定度来源列表和讨论见表B.4 表B4第三次中心长度测量的不确定度分量概述和评注符号符号不确定度评注低分辨力高分辨力分量名称经认可的溯源证书给出L100mm标准量块(0级)的扩展不确定度为U=0.2m 测量仪经过校准,并证明MPE值符合技术要求对于任意零位,标尺误差小于0.2m十4,0X10-"L 由于采用球形测砧,测量轴线与被测工件轴线产生偏离,则可 4PN 能产生余弦误差 0.4m lRN 2×、 2× 分辨力 uRA 等于两者中 MRR =0.029m uRR 较大者已对重复性进行了研究，标准偏差重复性 4e 为0.74m 温度差 uT 假定测长仪和被测工件之间的温度差服从U形分布膨胀系数差假定温度服从U形分布 4T 被测工件平面度平面度0.24m,形状误差影响最大为0.4Am,服从两点分布 o u一参考标准(量块)校准证书给出溯源证书给出参考标准量块中心长度的扩展不确定度为U=0.104m十1.0×10-"L包含因子k= 2.62) U 0.24m =0.08从m ZRs 2.62 15
GB/T40742.5一2021 u一卧式测长仪的示值误差 B类评定示值误差曲线的最大允许值(任意零位)为;0.24m十4.0×10-"L 标准量块和被测工件间的长度差,即测量距离L<1mm,因此 a即=0.2m 为安全起见,假定为矩形分布(b=0.6) 于是不确定度分量为: u即=0.2m×0.6=0.12Mm u一测砧准直 B类评定由于标准量块和被测工件用同样的接触方法(只要他们的直径在合理范围内),平行度误差可以忽略 upA=0 ur一线膨胀系数差 B类评定对20C的最大偏差为0.5 线膨胀系数之差假定小于10% 于是 aT=11×10"C-1×100mm 1×0.5×10%=0.061 m 假定服从U形分布(h=0.7): =0.06 pm×0.7=0.04 uTA Mm 由于是同种材质的比较测量,因此也不用考虑测量力的影响量 B.12评估实例总结本实例证明(表B5为第三次测量不确定度概算汇总表),利用PUNMA方法用来开发合适的用于工件儿何特性测量的测量程序,从而使目标不确定度得到满足 Ug=l.44mGB;/T40742.5一2021 录附 C 资料性) 形状误差检测与验证中测量不确定度的评估示例 C.1直线度测量不确定度评定示例本附录给出的实例仅用来说明PUMA,它仅包括所说明情况下的较大的测量不确定度分量对于不同的目标不确定度和不同的应用,其他的测量不确定度分量也许不可忽略 c.2任务和目标不确定度 C.2.1测量任务测量650mm×100nmm的圆柱工件,其母线直线度误差预计为1Mm C.2.2目标不确定度目标不确定度为0.20m. C3原理,方法,程序和条件 C.3.1 测量原理机械接触法,与一特征直线进行比较 C.3.2测量方法采用工作台旋转式圆度测量仪一测量相对于最小二乘直线的变化 C.3.3测量程序测量程序包括: 工件安放于转台上相对于转轴,对工件定心和准直仅测量一次(工作台固定不旋转),并由该设备的软件进行计算 C.3.4测量条件测鼠条件包括圆度仪已校准,其性能符合技术指标要求(见表C.1). 操作人员经过培训,并且熟悉圆度测量仪的使用圆度测量仪的安装正确在工作台上方的测量高度处,工件轴与旋转轴的准直优于2m/100mm,在测量起始位置的偏心误差不超过2Am C.4测量设备图示参见图c.1 17
GB/T40742.5一2021 u准直偏差 b定心偏差 d旋转抽图c.1测量装置 C.5测量不确定度贡献因素列表和讨论见表C.1 表C.1直线度测量不确定度分量概况和评注符号符号不确定度评注低分辨力高分辨力分量名称噪声检测过程中,测量的电噪声和机械噪声是常见的重复性对圆柱工件进行检测时,进行了重复性测量,见表C.2 R 使用标准球校准主轴径向误差该圆度仪主轴的最大允许主轴误差 u1s 误差为:MPEs=0.lMm十1×10"h,h为测量高度采用定标块对放大倍数进行校准,放大倍数的最大允许误差放大倍数误差为5% 在测量高度上,工件轴线对旋转轴的偏心不超过2m 工件定心 cE 工件准直工件的轴相对于旋转轴的准直优于2x10" lA C.6首次评估 -不确定度分量及计算 C.6.1首次评估 A类评定 u一噪声为确定在实验室内仪器所检测到的噪声水平(电噪声和机械噪声),在一稳固的地基上进行实验当主轴误差分离后,典型的嗓声蜂蜂值为0.05m 假定该误差与根据正态分布的部分误差相互作用为了确保不低估该不确定度分量,峰峰值当作士2估计于是,对测量不确定度的贡献为 0.05丛mm =0.013Mm N um一重复性 A类评定 18
GB;/T40742.5一2021 表c.2圆柱工件的母线直线度测量值单位为微米次数直线度x 1.10 0.90 0.90 0,90 0.80 0.90 0.80 1.00 1.00 1.00 0次重复测量的平均值 =0.90 -斗-之 Am 实验标准差s(.r,)按贝塞尔公式计算 -0.10 s(.r, 0m 则因此得到 s(.r u取=s(z)= =0.03Mm V 主轴误差 B类评定 s一根据技术指标,在工作台上方h处圆度仪主轴误差不大于 MPE=0.14m十1.0×10"h 测量最大高度是在工作台上方h=90mm处,于是最大允许误差为as=0.194mm 由于该误差是用一比较低的低通滤波器测量的,因此保守地估计这一误差对应于误差分布的95% 2),于是对测量不确定度的贡献为(b=0.5) us=0.19m×0.5=0.0954m uw一放大倍数误差 B类评定根据用定标块进行的校准,放大倍数的最大允许误差为;MPELa=士5% 测量部分的直线度是2Am量级于是误差限为 aM=2Mm×0.05=0.10Mm 假定放大倍数误差满足矩形分布(b=0.6) 于是不确定度分量为: u=0.10m×0.6=0.06Am ue一工件定心 B类评定在测量高度上,圆柱工件与旋转轴的偏心不超过0.8m 由此得最大误差 aE之0.001m 于是不确定度分量为 ucE0 u儿一工件准直 B类评定圆柱工件与旋转轴的准直优于24m/100mm 由此得最大误差 a<0.001m 于是不确定度分量为: uA 0 C.6.2首次评估不确定度分量之间的相关性估计各不确定度分量之间无相关性 19
GB/T40742.5一2021 C.6.3首次评估合成标准不确定度和扩展不确定度当各不确定度分量之间不存在相关性时,合成标准不确定度为: =/u十u十u+u十uE+u l 代人C.6.1中给出的各分量的值,得到 u，=v.030.00.0950.06十0Am=0.12m 扩展不确定度为: U=u.×人=0.12m×2=0.24m C.6.4测量不确定度概算汇总- -首次评估见表C.3 表c.3直线度测量不确定度概算汇总(首次评估评定分布测量变化限a 变化限相关分布因不确定度分分量名称类型类型次数影响量单位系数子b 量“./pm a/4m 0.013 u噪声 l0 uR重复性 >10 0.1 0.03 Ms主轴误差 0.19 0.5 高斯 0.194m 0.095 uM放大倍数误差矩形 0.10 0.6 0.06 5% 0.001 uw工件对心 B u工件准直 0.001 合成标准不确定度,ua 0.12 扩展不确定度(k=2),U 0.24 c.6.5首次评估测量不确定度概算讨论结论目标不确定度未得到满足在首次评估的测量不确定度概算中两个最大的不确定度分量依次为 uw和us 前者来源于放大倍数误差,后者是径向的主轴误差 C.6.6首次评估的结论目标不确定度未得到满足主轴误差是仪器的特性是无法改变的因此只能减小放大倍数误差这要求有更好的校准标准和仔细的校准程序为了满足目标不确定度U下=0.20Am的要求,放大倍数误差应该降到约2% 第二次评估放大倍数误差设定为2% 测量不确定度概算也应有相应的改变表C.4给出新的第二次评估的测量不确定度汇总此时,目标不确定度已得到满足 20
GB;/T40742.5一2021 表C.4直线度测量不确定度概算汇总(第二次评估评定分布测量变化限a 变化限相关分布因不确定度分分量名称类型类型次数影响量单位系数子b 量u./m a/4m 0.013 “噪声 10 uR重复性 >10 0.l 0.,03 us主轴误差高斯 0,194m 0,19 0.5 0.095 u放大倍数误差矩形 2% 0.040 0.6 0,024 ucE工件对心 0.001 u工件准直 <0.001 合成标准不确定度," 0.10 =2),U 扩展不确定度(k- 0.20 21
GB/T40742.5一2021 附录 D 资料性附录) 与GPS矩阵模型的关系概述 D.1 关于GPs矩阵模型的完整细则,参见GB/T20308 GB/T20308中的GPS矩阵模型对GPs体系进行了综述,本文件是该体系的一部分除非另有说明,GB/T4249给出的GPs基本规则适用于本文件,GB/T18779.1给出的缺省规则适用于按照本文件制定的规范 D.2关于标准及其使用的信息本文件规定了测量结果的不确定度评估的操作提供了针对产品尺寸和几何公差检测与验证过程中测量不确定度的评估方法,给出了根据不确定度管理程序(PUMA)对检验验证过程优化的应用规范 D.3在Gs矩阵模型中的位置" 本文件是一项GPS通用标准本文件给出的规则和原则适用于GPS矩阵中所有标有实心点( 的部分见表D.1 表D.1GPS标准矩阵模型链环几何特征 B 符号和标注要素要求要素特征符合与不符合测量测量设备校准尺寸距离形状方向位置跳动轮表面结构区域表面结构表面缺陷 D.4相关的标准表D.1所示标准链涉及的标准为相关的标准 22
GB;/T40742.5一2021 参考文献 [1]GB/T1184形状和位置公差未注公差值 [[2]GB/T4249产品几何技术规范(GPS)基础概念、原则和规则 [[3]GB/T20308产品几何技术规范(GPS)矩阵模型 [4]GB/T40742.4产品几何技术规范(GPS)几何精度的检测与验证第4部分;尺寸和几何误差评定、最小区域的判别模式

产品几何技术规范（GPS）几何精度的检测与验证第5部分:几何特征检测与验证中测量不确定度的评估GB/T40742.5-2021

什么是GPS几何精度？

GPS几何精度是指在制造过程中利用GPS技术对产品形状、位置、方向和表面特性进行检测和验证所需达到的精度水平。

几何特征检测与验证

几何特征检测与验证是GPS几何精度检测与验证的重要环节。在该环节中，需要对产品的几何特征进行检测和验证，以确保产品符合GPS规范要求。

常见的几何特征包括：直线度、平面度、圆度、同轴度、垂直度、倾斜度、位置偏差、尺寸等。在进行几何特征检测与验证时，需要使用一些专业的测量仪器和软件。

测量不确定度评估

在进行GPS几何精度检测与验证时，测量不确定度是一个重要的概念。它代表了测量结果与真实值之间可能存在的误差。

GB/T40742.5-2021《产品几何技术规范（GPS）几何精度的检测与验证第5部分: 几何特征检测与验证中测量不确定度的评估》是一份针对GPS几何精度检测与验证中测量不确定度评估的标准。该标准提供了一种比较简单、实用的方法来评估测量不确定度，并且可以应用于不同类型的测量任务和不同的测量设备。

总结

GPS几何精度的检测与验证是制造业中的一项重要工作。几何特征检测与验证和测量不确定度评估是GPS几何精度检测与验证中的两个关键环节。通过本文的介绍，读者可以更加深入地了解GPS几何精度的检测与验证，从而更好地保证产品质量。