GB_T 40742.5-2021 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-(高清正版).pdf
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1、中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准产品几何技术规范(GPS)几何精度的检测与验证第部分:几何特征检测与验证中测量不确定度的评估犌犲 狅犿犲 狋 狉 犻 犮 犪 犾狆 狉 狅 犱 狌 犮 狋狊 狆 犲 犮 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀 狊(犌犘犛)犌犲 狅犿犲 狋 狉 犻 犮 犪 犾狆 狉 犲 犮 犻 狊 犻 狅 狀狏 犲 狉 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀犘 犪 狉 狋:犈 狊 狋 犻 犿犪 狋 犻 狅 狀狅 犳狌 狀 犮 犲 狉 狋 犪 犻 狀 狋 狔狅 犳犿犲 犪 狊 狌 狉 犲犿犲 狀 狋犳 狅 狉犵 犲 狅犿犲 狋 狉 犻 犮 犪 犾犮 犺 犪 狉 犪 犮 狋 犲 狉
2、 犻 狊 狋 犻 犮 狊狏 犲 狉 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀 发布 实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局国 家 标 准 化 管 理 委 员 会发 布目次前言引言范围规范性引用文件术语和定义测量不确定度因素的来源测量不确定度的最大允许值不确定度在几何特征检测与验证中判定准则给定测量过程的测量不确定度管理用于测量过程(程序)设计和开发的不确定度管理测量不确定度表述的协议导则 关于仲裁附录(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附录(资料性)尺寸检测与验证中测量不确定度的评估示例 附录(资料性)形状误差检测与验证中测量不确定度的评估示例 附录(资料性)与矩阵模型的
3、关系 参考文献 犌犅犜 前言本文件按照 标准化工作导则第部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件是 产品几何技术规范()几何精度的检测与验证的第部分。已经发布了以下部分:第部分:基本概念和测量基础符号、术语、测量条件和程序;第部分:形状、方向、位置、跳动和轮廓度特征的检测与验证;第部分: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;第部分:尺寸和几何误差评定、最小区域的判别模式;第部分: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()提出并归口。本文件起草单位:上海市计量测试技术研究院、中国计量大学、江苏锐精光电研究院有限公司、中
4、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)车辆检测工程研究院有限公司、郑州大学、中机研标准技术研究院(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。犌犅犜 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,构建符合新一代的几何精度检验操作规范体系和控制策略。产品几何技术规范()几何精度的检测与验证是基于新一代产品几何规范体系,运用数字化在线测量技术、统计学习及分析
5、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。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
6、质量的分析和改进提供技术支持。为了方便读者使用,将标准分为个部分进行编写,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。由部分构成。第部分:基本概念和测量基础符号、术语、测量条件和程序。规定了几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
7、般要求。第部分: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()对检验验证过程优化的应用规范。犌犅犜 产品几何技术规范(犌犘犛)几何精度的检测与验证第部分: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
8、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()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。产品几何技术规范()几何公差检测与验证 产品几何技术规范()工件与测量设备的测量检验第部分:按规范检验合格或不合格的判定规则 产品几何量技术规范()工件与测量设备的测量检验第部分:测量设备校准和产品检验中测量的不确定度评
9、指南 产品几何技术规范()工件与测量设备的测量检验第部分:关于对测量不确定度的表述达成共识的指南 产品几何技术规范()工件与测量设备的测量检验第部分:仪器和工件接受拒收的通用判定规则 通用计量术语及定义 测量不确定度评定与表示术语和定义 、和 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。测量任务犿犲 犪 狊 狌 狉 犻 狀 犵狋 犪 狊 犽根据定义对被测量的定量确定。来源:,(测量或校准的)目标不确定度狋 犪 狉 犵 犲 狋狌 狀 犮 犲 狉 狋 犪 犻 狀 狋 狔(犳 狅 狉犪犿犲 犪 狊 狌 狉 犲犿犲 狀 狋狅 狉犮 犪 犾 犻 犫 狉 犪 狋 犻 狅 狀)犝对给定的测量任务优化确定的不确定度
10、。犌犅犜 不确定度管理狌 狀 犮 犲 狉 狋 犪 犻 狀 狋 狔犿犪 狀 犪 犵 犲犿犲 狀 狋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:,不确定度分量狌 狀 犮 犲 狉 狋 犪 犻 狀 狋 狔犮 狅犿狆 狅 狀 犲 狀 狋狌狓狓不确定度因素狓狓的标准不确定度。来源:,有修改 犌犝犕法犐 犛犗犐 犈犆犌狌 犻 犱 犲犡犡:狌 狀 犮 犲 狉 狋 犪 犻 狀 狋 狔狅 犳犿犲 犪 狊 狌 狉 犲犿犲 狀 狋 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。不确定度管理程序狆 狉 狅 犮 犲 犱 狌 狉 犲犳 狅 狉狌 狀 犮 犲 狉 狋
11、 犪 犻 狀 狋 狔犿犪 狀 犪 犵 犲犿犲 狀 狋;犘犝犕犃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。合格犮 狅 狀 犳 狅 狉犿 犻 狀 犵符合量的真值在公差带或规范带内或在其边界上。来源:,判定规则犱 犲 犮 犻 狊 犻 狅 狀狉 狌 犾 犲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:,测量能力指数狌 狀 犮 犲 狉 狋 犪 犻 狀 狋 狔狕 狅 狀 犲犆该指数等于公差除以狀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:,测量不确定度因素的来源测量不确定度因
12、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。有关中几何特征检测与验证的不确定度因素的来源参见附录。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 的推荐参考值。犌犅犜 不确定度在几何特征检测与验证中判定准则 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
13、间是通过各规范限的合格特性确定的。几何特征的判定规则见 ,具体的对几何特征的测量结果进行合格判定的规则见 。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;)明确分配每个区间对应的结果;)重复测量的处理
14、方法;)提出异常值的处理方法。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犆。对被测量犢进行测量后,测得值狔,标准测量不确定度狌狌。公差上限为犜,公差下限为犜,公差为犜犜犜,则测量能力指数为:犆犜犜狌犜狌犜犝其中犝狌是扩展不确定度,包含因子犽。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;)简单接受规则;)宽松接受规则;)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
15、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 。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。要求的不确定度犝可以是给定的,也可以是待定的。犌犅犜 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 。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犝进行的。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
16、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和附录。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 。关于仲裁几何特征测量结果的仲裁见 第 章。犌犅犜 附录犃(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犃 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。犃 不确定度因素来源的确定犃 概述图 给出 种不同的误差来源,中的概念同样适用。本附录给出了在
17、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。图犃 测量不确定度影响因素犃 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,则会引入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,也可能会引入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)电磁干扰犌犅犜 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
18、统)测温不确定度犃 测量设备的参考元件用于几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)犃 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 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)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
19、探针系统)读数系统数字化过程 响应特性犃 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 预热犃 软件和计算用于几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犌犅犜 数据滤波 算法修正 异常值处理犃 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
20、素。犃 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犃 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)犃 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
21、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 编码文档的质量犌犅犜 犃 物理常量对修正用的物理常量的认识程度可能引入测量不确定度因素。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,也会引入测量不确定度,该测量不确定度来源独立于测量设备本身的性能。犃 标准不确定度分量的评定原则犃 概述在实际几何特征的检测中,建立测量模
22、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类评定,其余的都属于类评定。犃 标准不确定度的犃类评定对被测量狓,在同一条件下进行狀次独立重复测量,得到实测值狓犻(犻,狀),用算术平均值狓作为被测量的估计值:狓狀狀犻狓犻由类评定得到被测量的最佳估计值的标准不确定度为:狌(狓)狌(狓)狊(狓)狊(狓)槡狀表 给出了类评定实验标准偏差的估计方法。表犃 犃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狊(狓)狀犻(狓犻狓)狀槡狀极差法狊(狓)犚犆详
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