ISO 3274:1996 幾何学的製品仕様(GPS)—表面テクスチャ:プロファイル法—接触(スタイラス)機器の公称特性 | ページ 6

※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。

3 つの定義

この国際規格の目的のために、次の定義が適用されます。

3.1 プロファイル

3.1.1

トレースされたプロファイル

理想的な幾何学的形状 (先端が球面の円錐形) と公称寸法を特徴とするスタイラス先端の中心の軌跡。

注記1:これは、この国際規格で定義された他のすべてのプロファイルの元になるプロファイルです。

3.1.2

参照プロファイル

プローブがガイドに沿って交差平面内で移動するトレース。

注記 1:参照プロファイルの形状は、理論的に正確なプロファイルを実際に実現したものです。その公称偏差は、ガイドの偏差だけでなく、外部および内部の外乱にも依存します。

3.1.3

合計プロファイル

相互に割り当てられた垂直座標と水平座標を使用して、参照プロファイルに相対的なトレース プロファイルのデジタル形式。

注記 1:全体のプロファイルは、垂直方向と水平方向のデジタル ステップによって特徴付けられます。

3.1.4

プライマリ プロファイル

短波長フィルターを適用した後の全プロファイル、 λ

1年生から入園まで:
  • 1プライマリ プロファイルは、プロファイル フィルタによるデジタル プロファイル処理と、ISO 4287 に準拠したプロファイル パラメータの計算の基礎を表します。プロファイル全体とは異なる可能性がある垂直方向および水平方向のデジタル ステップによって特徴付けられます。
  • 2仕様に示されているタイプの最適な最小二乗形式は、プライマリ プロファイルの一部ではないため、フィルタを適用する前に除外する必要があります。円の場合、半径も最小二乗最適化に含める必要があり、公称値に固定しないでください。
  • 3プライマリ プロファイルが取得される前に、公称フォームが削除されます。

3.1.5

残差プロファイル

理想的に滑らかな平面(オプティカルフラット)をトレースして得られる一次プロファイル。

注記 1:残留プロファイルは、ガイドの偏差、外部および内部の外乱、およびプロファイル伝達の偏差で構成されます。偏差の原因の特定は、特別な装置と適切な環境がなければ、通常は不可能です。

3.2

スタイラス楽器

スタイラスで表面を探索し、表面プロファイルの形で偏差を取得し、パラメータを計算してプロファイルを記録できる測定器 (図 1 を参照)

注記1: 示されている図は, 理論的に正確な測定システムで必要な必須の演算子のみを表しています. 演算子の特定の相互関係は、設計上の考慮事項の対象となる場合があります.したがって、図 1 を理論的に正確な構成の唯一の形式と見なすべきではありません。

図 1 —スタイラス器具の概略図

図1

3.2.1

変位に敏感な、デジタル保存スタイラス器具

プロファイル表示に長波成分やセットアップ偏差などの偏差が含まれるスタイラス インスツルメント。

注記 1:プロファイルはデジタル的に保存され、フィルタリングされた場合、位相補正フィルタリングされます。パラメータはデジタル的に計算され、プロファイルは変形を除くグラフィックシステムによって記録されます。

3.3 スタイラス器具のコンポーネント

3.3.1

測定ループ

ワークピースとスタイラス チップを接続するすべての機械部品 (位置決め手段、ワーク保持治具、測定スタンド、ドライブ ユニット、プローブ (ピックアップ) など) を含むクローズド チェーン。 (図 2 参照)

注記 1:測定ループは、外部および内部の外乱を受け、それらを基準プロファイルに送信します。これらの外乱の影響は、個々の測定セットアップ、測定環境、およびユーザーのスキルに依存します。外乱は残価に大きな影響を与えます。

3.3.2

リファレンスガイド

交差面を生成し、プローブを理論的に正確な幾何学的トレース (参照プロファイル) に沿って一般的に直線で誘導するコンポーネント。

注記 1:ガイドはドライブユニットの重要な部分です。サンプルに部分的に含めることができます。スキッドの使用については、附属書 A を参照。

3.3.3

ドライブユニット

基準ガイドに沿ってプローブを動かし、スタイラス先端の水平位置を水平プロファイル座標の形で送信するコンポーネント。

グレード 1 ~ エントリー:ドライブ ユニットは、選択可能なトレース長が最も長いのが特徴です。

図 2 —スタイラス器具の測定ループの例

図_2

3.3.4

サンプル(ピックアップ)

スタイラスチップとトランスデューサーを備えたトレースエレメントを含むコンポーネント。

3.3.5

トレース要素

スタイラス先端の変位をトランスデューサに伝える素子。

3.3.6

スタイラスチップ

定義された円錐角度の名目上直角の円錐と、定義された半径の名目上球状の先端から構成される要素。

注記 1:これは、スタイラス器具を使用する場合のプロファイル取得において非常に重要な要素です。

3.3.7

トランスデューサー

参照プロファイルを参照してトレースされたプロファイルの垂直座標を、機器で使用される信号形式に変換するデバイス。

注記 1:トランスデューサは意図的なプロファイル変更を引き起こさない。

3.3.8

増幅器

プロファイルを意図的に変更することなく、機器内で信号変換を行うデバイス。

3.3.9

アナログからデジタルへのコンバーター (ADC)

計器内に存在する信号形式をデジタル値に変換するデバイス。

注記 1:対応する水平座標とともに、これらの値は全体のプロファイルを形成します。 ADC が意図的なプロファイルの変更を引き起こすことはありません。

3.3.10

データ入力

外部コンピュータから 1 つまたは複数のタイプのプロファイルを入力できるようにする、機器のデータ インターフェイス。

3.3.11

データ入力

データ出力: 外部コンピュータへの 1 つまたは複数のタイプのプロファイルの出力を可能にする、機器が持つデータ インターフェイス。

3.3.12

プロファイルのフィルタリングと評価

ISO 4287, ISO 11562, ISO 12085, ISO 13565-1, ISO 13565-2, および ISO 13565-3 に準拠したパラメーターと特性関数を使用して、一次プロファイル、粗さプロファイル、およびうねりプロファイルに対して実行される操作。

注記1サンプリング長の公称値は波長カットオフλ c に等しい。

3.3.13

プロファイルレコーダー

1 つまたは複数のタイプのプロファイルおよび/またはパラメータ値の出力を可能にする機器のレコーダー。

3.4 計器の計測特性

3.4.1

静的測定力

スタイラスの先端が表面に置かれた平均的な位置にあるときに、スタイラスの先端によって加えられる力。

3.4.2

静的測定力の変化

スタイラス先端が変位したときの測定力の変化。

注記1 通常、この変化は変位に比例する。

3.4.3

動的測定力

表面を連続的になぞったときのスタイラス先端の加速によって生じる力。

注記 1:これらの動的測定力は、静的測定力に重畳されます。

3.4.4

ヒステリシス

スタイラスの先端が内側と外側に移動したときの、同じ実際のスタイラス先端の変位に対する、示されたスタイラス先端の変位の差。

3.4.5

正弦波の伝達関数

所定のトレース速度に対して、測定するプロファイルの波長と振幅の両方に依存する関数。

1年生から入園まで:
  • 1伝送動作を示すために、許容誤差の所定の制限内で伝送できる最小の正弦波波長 (溝間隔) を、異なる移動速度と所定の振幅について述べることができます。
  • 2プローブの伝送機能は、使用するプローブの構成に依存し、プローブの構成が変更されると、特定の機器で変化します。

3.4.6

サンプルの測定範囲

スタイラスの先端とトランスデューサが許容誤差の特定の制限内で変位を取得し、デジタル化に適した信号に変換できる垂直範囲。

3.7.4

測定器の測定範囲

計測器が許容誤差の特定の制限内で変位を取得し、それらをデジタル化に適した信号に変換してデジタル化できる垂直範囲。

3.4.8

ADC の量子化ステップ

ADC 読み取り値の最も重要でない変化に対応する変位。

3.4.9

楽器の解像度

一次プロファイルの近接した位置を有意に区別する機器の能力の定量的表現。

3.4.10

レンジ対分解能比

計測器の分解能に対する測定範囲の比率。

注記 1 複数の測定範囲を持つ計器の場合,範囲対分解能の比率は,測定範囲ごとに個別に計算される。したがって、範囲対分解能の比率は、最小測定範囲の機器分解能に対する最大測定範囲の比率ではありません。

3.4.11

プローブの直線性偏差

測定範囲内の直線 (または公称特性曲線) からの実際の特性曲線の偏差。

3.4.12

短波伝送制限

ローパスフィルタλ s によって形成される制限。定義により、一次プロファイル、粗さプロファイル、うねりプロファイルに属さない全プロファイルの短波信号成分を分離します。

注記 1: ISO 4287 で定義されています。ローパス フィルターは、デジタル フィルターとして設計できます。

3.4.13

縦断成分の伝達

トランスデューサでの正弦波プロファイルの振幅が、その波長の関数として一次プロファイルで減衰される量を示す伝送特性。

注記 1:通常、波長透過特性は、ISO 11562 に準拠したローパス フィルタの形をしています。これは、トランスデューサ、増幅器、帯域リミッタ、および ADC によって実現されます。それらは、波長の通過帯域でのプロファイルの変更にはつながりません。垂直プロファイル伝送には、プライマリ プロファイルを補正する他のコンポーネント、たとえばアライメント補正、ガイドの系統的偏差の補正、特性曲線の直線性補正などを含めることができます。

3.4.14

水平プロファイル位置送信

スタイラス先端の対応する水平座標間の差に対する、プロファイル全体の任意の位置の水平座標間の差の比率。

3.4.15

水平位置送信の偏差

実際の水平プロファイル透過率と公称水平プロファイル透過率の差。

3.4.16

一次プロファイルのプロファイル伝達の偏差

機器の実際のプロファイル伝送特性と、ISO 11562 に準拠した短波帯域制限の理論的に正確なプロファイル伝送との間の偏差。

1年生から入園まで:
  • 1通過帯域では、プロファイルの伝達は静的なスタイラス先端のたわみの伝達と同じです。
  • 2計測器のアナログ段のプロファイル伝送制限 (通常、計測器の機械部品、アンプ、ADC の周波数制限で構成されます) は、この偏差に含まれます。これらの制限は周波数に関連しているため、計測器が異なるトレース速度で使用されると、異なる表示になり、高速トレース速度で最も厳しくなります。

3.4.17

ゼロ点ドリフト

周囲温度が一定でスタイラス位置が変化していない場合の、計器の指示ゼロ点の変化。

注記 1:ゼロ ドリフトの遅い一方向速度は、プロファイルの取得にほとんど影響を与えず、粗さフィルター処理されたプロファイルにはまったく影響しません。周期的なドリフトは、粗さフィルター処理されたプロファイルの評価のために許容される場合がありますが、ドリフトは、プライマリおよびその後に取得されるうねりフィルター処理されたプロファイルに影響を与える可能性があります。

3.4.18

垂直直線性偏差

垂直方向の線形回帰直線からの実際の垂直伝送特性曲線からの全体的な直線性偏差 (スタイラスからプライマリ プロファイルまで)

3.4.19

プロファイル フィルター偏差

使用するコンポーネントのすべての波長の透過偏差。

3.4.20

プロフィール評価偏差値

実際のアルゴリズムを適用したときに得られた値とプロファイルの真の値との差。たとえば、機器の導出と、ISO 5436 に準拠したタイプ D などの校正された試験片からのプロファイルの真の値。

注記 1パラメータの真の値は、そのパラメータの理想的なアルゴリズムを同じ粗さ標準プロファイルに適用したときに得られる値です。

3.4.21

スタイラス器具の総偏差

定義されたパラメーターについて、特定の機器を使用して表面を評価したときに決定された値と真の値との差。

注記1 真の値は,この国際規格で定義された理想的な計器を使用して得られた値である。

3.4.22

プロファイル記録のずれ

粗さやうねりのデジタル プライマリ プロファイルからの偏差と、グラフィック プリンター、プロッター、およびモニターでの対応する出力。

注記 1デジタルプロファイルの水平座標と垂直座標は、 V vV h に関するピクセル座標に直接マッピングされます。両方の座標の偏差は、出力デバイスのピクセル間隔よりも小さくする必要があります。直線性、ヒステリシス、振幅および位相エラー、オーバーシュートなどの追加偏差は発生しません。記録の透過偏差は、実際には、一次プロファイル、粗さプロファイル、およびうねりプロファイルのものです。

附属書 D

(参考)

参考文献

1ISO/TR 14638:1995, Geometrical Product Specification (GPS) — マスター プラン。
2VIM — 計量学における基本的な一般用語の国際語彙。 BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP, OIML, 第 2 版、1993 年。

3 Definitions

For the purposes of this International Standard, the following definitions apply.

3.1 Profiles

3.1.1

traced profile

Locus of the centre of a stylus tip which features an ideal geometrical form (conical with spherical tip) and nominal dimensions with nominal tracing force, as it traverses the surface within the intersection plane.

Note 1 to entry: This is the profile from which all other profiles defined in this International Standard are derived.

3.1.2

reference profile

Trace on which the probe is moved within the intersection plane along the guide.

Note 1 to entry: The shape of the reference profile is the practical realization of a theoretical exact profile. Its nominal deviations depend on the deviations of the guide as well as on external and internal disturbances..

3.1.3

total profile

Digital form of the traced profile relative to the reference profile, with the vertical and horizontal coordinates assigned to each other.

Note 1 to entry: The total profile is characterized by the vertical and horizontal digital steps.

3.1.4

primary profile

Total profile after application of the short wavelength filter, λs.

Note 1 to entry:
  • 1 The primary profile represents the basis for digital profile processing by means of a profile filter and calculation of the profile parameters according to ISO 4287. It is characterized by the vertical and horizontal digital steps which may be different from those of the total profile.
  • 2 The best fit least squares form of the type indicated in the specification is not part of the primary profile and should be excluded before filters are applied. For a circle, the radius should also be included in the least squares optimization and not held fixed to the nominal value.
  • 3 The nominal form is removed before the primary profile is obtained.

3.1.5

residual profile

Primary profile obtained by tracing an ideally smooth and flat surface (optical flat).

Note 1 to entry: The residual profile is composed of the deviations of the guide, external and internal disturbances, as well as deviations in profile transmission. The determination of the causes of the deviations is not normally possible without special equipment and a suitable environment.

3.2

stylus instrument

Measuring instrument which explores surfaces with a stylus and acquires deviations in the form of a surface profile, calculates parameters and can record the profile (see figure 1).

Note 1 to entry: The diagram as shown represents only the essential operators required in a theoretically exact measuring system. The specific inter-relationship of operators may be subject to design considerations. Therefore figure 1 should not be considered as the only form of theoretically exact configuration.

Figure 1—Schematic representation of a stylus instrument

Figure_1

3.2.1

displacement sensitive, digitally storing stylus instrument

Stylus instrument whose profile presentation contains deviations including long-wave components and set-up deviations.

Note 1 to entry: The profile is digitally stored and, if filtered, is phase-correct filtered. Parameters are digitally calculated and the profile is recorded by means of a graphics system excluding deformation.

3.3 Stylus instrument components

3.3.1

measurement loop

Closed chain which comprises all mechanical components connecting workpiece and the stylus tip, e.g. positioning means, workholding fixture, measuring stand, drive unit, probe (pick-up). (See figure 2.)

Note 1 to entry: The measuring loop is subjected to external and internal disturbances and transmits them to the reference profile. The influence of these disturbances depends on the individual measuring set-up, the measuring environment and the skill of the user. The disturbances influence the residual value to a great extent.

3.3.2

reference guide

Component which generates the intersection plane and guides the probe in it on a theoretically exact geometrical trace (reference profile), generally in a straight line.

Note 1 to entry: The guide is an essential part of the drive unit; it can be partially included in the probe. For the use of skids, see annex A.

3.3.3

drive unit

Component which moves the probe along the reference guide and transmits the horizontal position of the stylus tip in the form of a horizontal profile coordinate.

Note 1 to entry: Drive units are characterized by the longest selectable tracing length.

Figure 2—Example of measurement loop of a stylus instrument

Figure_2

3.3.4

probe (pick-up)

Component which contains the tracing element with the stylus tip and the transducer.

3.3.5

tracing element

Element which transmits the stylus tip displacement to the transducer.

3.3.6

stylus tip

Element which consists of a nominally right, circular cone of defined cone angle and of a nominally spherical tip of defined radius.

Note 1 to entry: It is a very important element in profile acquisition when employing stylus instruments.

3.3.7

transducer

Device which converts the vertical coordinates of the traced profile referred to the reference profile into the signal form used in the instrument.

Note 1 to entry: The transducer does not cause an intentional profile modification.

3.3.8

amplifier

Device which effects signal transformation in the instrument without causing any intentional profile modification.

3.3.9

analog-to-digital converter (ADC)

Device which converts the signal form existing in the instrument into digital values.

Note 1 to entry: Together with the corresponding horizontal coordinates, these values form the total profile. The ADC does not cause any intentional profile modification.

3.3.10

data input

Data interface that the instrument may have which allows input of one or more types of profile from an external computer.

3.3.11

data input

data output: Data interface that the instrument may have which allows output of one or more types of profile to an external computer.

3.3.12

profile filtering and evaluation

Operations carried out on the primary, roughness and waviness profiles by means of parameters and characteristic functions according to ISO 4287, ISO 11562, ISO 12085, ISO 13565-1, ISO 13565-2 and ISO 13565-3.

Note 1 to entry: The nominal value of the sampling length is equal to the wavelength cut-off λc.

3.3.13

profile recorder

Recorder that the instrument may have which allows output of one or more types of profile and/or parameter value.

3.4 Metrological characteristics of the instrument

3.4.1

static measuring force

Force exerted by the stylus tip when in its mean position as it rests on the surface.

3.4.2

change of static measuring force

Change of measuring force which occurs when the stylus tip is displaced.

Note 1 to entry: Normally this change is proportional to the displacement.

3.4.3

dynamic measuring force

Force resulting from the acceleration of the stylus tip when continuously tracing the surface.

Note 1 to entry: These dynamic measuring forces are superimposed on the static measuring force.

3.4.4

hysteresis

Difference between the indicated stylus tip displacements for the same actual stylus tip displacement when the stylus tip moves inward and outward.

3.4.5

transmission function for sine waves

Function which, for a given tracing speed, depends both on the wavelength and on the amplitude of the profile to be measured.

Note 1 to entry:
  • 1 In order to denote the transmission behaviour, the smallest sine wavelength (groove interval) which can still be transmitted within given limits of permissible error may be stated for different traverse speeds and a given amplitude.
  • 2 The transmission function of the probe is dependent on the probe configuration used and will change for a given instrument if the probe configuration is changed.

3.4.6

measuring range of probe

Vertical range over which the stylus tip and the transducer can acquire displacements within certain limits of permissible error and convert them to signals appropriate for digitization.

3.7.4

measuring range of instrument

Vertical range over which the instrument can acquire displacements within certain limits of permissible error, convert them to signals appropriate for digitization and digitize them.

3.4.8

quantization step of the ADC

Displacement corresponding to the least significant change in the ADC reading.

3.4.9

instrument resolution

Quantitative expression of the ability of the instrument to distinguish meaningfully between closely adjacent positions in the primary profile.

3.4.10

range-to-resolution ratio

Ratio of the measuring range to the instrument resolution.

Note 1 to entry: For instruments having several measuring ranges, the range-to-resolution ratio is calculated for each measuring range individually. Consequently, the range-to-resolution ratio is not the ratio of the largest measuring range to the instrument resolution of the smallest measuring range.

3.4.11

probe linearity deviation

Deviation of the actual characteristic curve from the straight line (or nominal characteristic curve) in the measuring range.

3.4.12

short-wave transmission limitation

Limitation formed by the low pass filter λs which separates out the short-wave signal components of the total profile which by definition do not belong to the primary, roughness or waviness profiles.

Note 1 to entry: It is defined in ISO 4287. The low pass filter can be engineered as a digital filter.

3.4.13

vertical profile component transmission

Transmission characteristic which indicates the amount by which the amplitude of a sinusoidal profile at the transducer is attenuated in the primary profile as a function of its wavelength.

Note 1 to entry: Nominally the wavelength transmission characteristic has the form of the low pass filter according to ISO 11562. It is realized by means of the transducer, amplifier, band limiter and ADC. They do not lead to a profile modification in the passband of wavelengths. The vertical profile transmission can contain other components correcting the primary profile, e.g. alignment corrections, corrections of systematic deviations of the guide, linearity compensation of characteristic curves, etc.

3.4.14

horizontal profile position transmission

Ratio of the difference between the horizontal coordinates of arbitrary position on the total profile to the difference between the corresponding horizontal coordinates of the stylus tip.

3.4.15

deviations of the horizontal position transmission

Difference between the real horizontal profile transmission and the nominal horizontal profile transmission.

3.4.16

deviations of the profile transmission of the primary profile

Deviation between the real profile transmission characteristic of the instrument and the theoretically exact profile transmission of the short-wave band limitation according to ISO 11562.

Note 1 to entry:
  • 1 In the pass band, the profile transmission is identical to the transmission of static stylus tip deflections.
  • 2 The profile transmission limitations of the analog stage of the instrument (which usually consist of the frequency limitations of the mechanical parts of the instrument, the amplifier and the ADC) are included in this deviation. Because these limitations are frequency related, they will appear differently as the instrument is used at different tracing speeds, being most severe at high tracing speeds.

3.4.17

zero point drift

Change of indicated zero point of the instrument at constant ambient temperature and unchanged stylus position.

Note 1 to entry: A slow unidirectional rate of zero drift has negligible effect on the profile acquisition and none at all on the roughness filtered profile. A cyclical drift may be tolerated for the assessment of the roughness filtered profile, but the drift may have effects on the primary and subsequently obtained waviness filtered profile.

3.4.18

vertical linearity deviation

Overall linearity deviation (from the stylus to the primary profile) from the real vertical transmission characteristic curve from a linear regression line in the vertical direction.

3.4.19

profile filter deviation

Transmission deviation for all wavelengths of the component that are to be used.

3.4.20

profile evaluation deviation

Difference between the value obtained when applying the actual algorithm and the true value for a profile, e.g. the instrument derivation and the true value of the profile from a calibrated specimen such as type D according to ISO 5436.

Note 1 to entry: The true value for a parameter is the value which is obtained when the ideal algorithm for that parameter is applied to the same roughness standard profile.

3.4.21

total deviation of the stylus instrument

Difference, for a defined parameter, between the value determined when evaluating a surface using the given instrument and the true value.

Note 1 to entry: The true value is the value obtained using an ideal instrument as defined in this International Standard.

3.4.22

deviation of the profile recording

Deviation from the digital primary profiles for roughness or waviness and the corresponding output on graphic printers, plotters and monitors.

Note 1 to entry: The horizontal and vertical coordinates of the digital profiles are directly mapped into the pixel coordinates with respect to Vv and Vh. The deviations in both coordinates should be smaller than the pixel spacing of the output device. Additional deviations such as linearity, hysteresis, amplitude and phase errors or overshoots do not occur. The transmission deviations of the recording are practically those of the primary, roughness and waviness profiles.

Annex D

(informative)

Bibliography

1ISO/TR 14638:1995, Geometrical Product Specification (GPS) — Masterplan.
2VIM — International vocabulary of basic general terms in metrology. BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP, OIML, 2nd edition, 1993.