| 标准编号 | GB/T 34874.4-2025 (GB/T34874.4-2025) | | 中文名称 | 产品几何技术规范（GPS） X射线三维尺寸测量机 第4部分：测量不确定度评定 | | 英文名称 | Geometrical product specifications (GPS) - X-ray three dimensional size measuring machines - Part 4: Evaluation of uncertainty in measurement | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J04 | | 国际标准分类 | 17.040.30 | | 字数估计 | 22,229 | | 发布日期 | 2025-03-28 | | 实施日期 | 2025-03-28 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 34874.4-2025: 产品几何技术规范（GPS） X射线三维尺寸测量机 第4部分：测量不确定度评定
ICS 17.040.30
CCSJ04
中华人民共和国国家标准
产品几何技术规范(GPS)
X射线三维尺寸测量机
第4部分:测量不确定度评定
2025-03-28发布
2025-03-28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 Ⅲ
引言 Ⅳ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 测量任务 1
4.1 测量任务范围 1
4.2 测量任务的目标及其不确定度 2
5 测量过程 2
5.1 测量原理 2
5.2 测量方法 2
5.3 测量程序操作集 3
5.4 测量条件 3
6 测量不确定度评定 3
6.1 不确定度评定---GUM法 3
6.2 不确定度评定---蒙特卡洛法(MCM) 5
7 测量程序的不确定度管理 7
附录A(资料性) 测量不确定度评定示例(GUM法) 8
A.1 概述 8
A.2 任务与目标不确定度 8
A.3 原理、方法、程序与条件 8
A.4 测量模型 8
A.5 测量不确定度来源及说明 9
A.6 评论 10
附录B(资料性) 测量不确定度评定示例(MCM) 11
B.1 概述 11
B.2 任务与目标不确定度 11
B.3 原理、方法、程序与条件 11
B.4 测量模型 11
B.5 各输入量概率分布说明 12
B.6 报告结果 13
B.7 评论 13
附录C(资料性) 不确定度评定结果的应用 14
附录D(资料性) 与GPS矩阵模型的关系 15
D.1 概述 15
D.2 关于标准及其使用的信息 15
D.3 在GPS矩阵模型中的位置 15
D.4 相关的标准 15
参考文献 16
前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《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/T 34874《产品几何技术规范(GPS) X 射线三维尺寸测量机》的第4部分。
GB/T 34874已经发布了以下部分:
---第1部分:词汇;
---第3部分:验收检测和复检检测;
---第4部分:测量不确定度评定;
---第6部分:工件的检测方法。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
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:深圳中国计量科学研究院技术创新研究院、中机研标准技术研究院(北京)有限公
司、中国计量科学研究院、中国计量大学、广东省计量科学研究院、北京航天计量测试技术研究所、深圳
卓茂科技有限公司、广州计量检测技术研究院、广州能源检测研究院、南京市计量监督检测院、安徽创谱
仪器科技有限公司、奥影检测科技(上海)有限公司、苏州市计量测试院、北京航空航天大学宁波创新研
究院、天津三英精密仪器股份有限公司、山东省计量科学研究院。
本文件主要起草人:施玉书、朱悦、胡佳成、宋振飞、张欣宇、宋金城、王鄂豫、严杰文、王俊雄、
胡良勇、战国科、皮磊、郭鑫、王云祥、张勇、张树、李朝阳、申锦、赵亮、傅健、张昌盛、卢粲、李俊江、曹丛、
杨诗棣、史舟淼。
引 言
X射线三维尺寸测量机,作为一种应用普遍且技术领先的几何量测量设备,在测量过程中,不确定
度作为测量结果不可或缺的组成部分,对测量结果的准确性具有显著影响。因此,本文件旨在明确并规
范X射线三维尺寸测量机的测量不确定度评定方法,从而确保测量结果的准确性。
本文件的制定还将有助于进一步完善X射线三维尺寸测量机的标准体系,填补我国在X射线三维
尺寸测量机应用标准方面的空白。它不仅能够促进各相关制造商在X射线三维尺寸测量机应用上的
统一,提升出厂设备的性能一致性和稳定性,更为X射线三维尺寸测量机的广泛应用提供了坚实的技
术支撑和保障。
为了方便读者使用,GB/T 34874分为6个部分。这些部分的内容相互关联又独立存在,共同组成
了X射线三维尺寸测量系统的应用方法,同时详细规定了X射线三维尺寸测量机的相关内容。
GB/T 34874拟由6个部分构成。
---第1部分:词汇。旨在界定X射线三维尺寸测量机的术语。
---第2部分:通用技术要求及应用。旨在规定X射线三维尺寸测量机的基本操作要求和应用
场景。
---第3部分:验收检测和复检检测。旨在规定设备的检验准则和复检执行方式。
---第4部分:测量不确定度评定。旨在给出X射线三维尺寸测量机的测量不确定度评定方法。
---第5部分:特征元素的提取与拟合。旨在规定图像处理中的特征提取和数据拟合方法。
---第6部分:工件的检测方法。旨在规定设备在工件测量中的具体操作方法。
产品几何技术规范(GPS)
X射线三维尺寸测量机
第4部分:测量不确定度评定
1 范围
本文件描述了X射线三维尺寸测量机的测量不确定度评定方法。
本文件适用于X射线三维尺寸测量机的测量不确定度评定。
2 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/T 18779.2 产品几何技术规范(GPS) 工件与测量设备的测量检验 第2部分:GPS测量、
测量设备校准和产品验证中的测量不确定度评估指南
GB/T 27418 测量不确定度评定和表示
GB/T 27419 测量不确定度评定和表示 补充文件1:基于蒙特卡洛方法的分布传播
GB/T 34874.1 产品几何技术规范(GPS) X射线三维尺寸测量机 第1部分:词汇
JJF1001 通用计量术语及定义
3 术语和定义
GB/T 18779.2、GB/T 27418、GB/T 27419、GB/T 34874.1和JJF1001界定的术语和定义适用于本
文件。
4 测量任务
4.1 测量任务范围
X射线三维尺寸测量机作为一种无损检测技术设备,测量任务范围广泛,包括但不限于以下方面:
---内部结构测量:能够穿透被检测物体,具备较高的空间分辨力,可获取其内部结构、形状和尺寸
等信息,适用于各种复杂结构的检测;
---外部结构测量:具备较高的空间分辨力,可获取被检测物体外部结构、形状和尺寸等信息,适用
于各种复杂结构的检测;
---三维数据重建:通过CT、DR、3D等多种成像方式,能够实现对被测对象的三维重建,提供更直
观、更全面的检测结果。
尽管X射线三维尺寸测量机具有强大的测量能力,但其测量范围也受到了仪器自身等条件的限
制,主要包括:
a) 物体尺寸与载重:设备的最大扫描范围和最大载重是固定的,操作时需要按设备制造商规定的
扫描角度和承重限制进行;
b) 射线穿透能力:X射线的穿透力有限,对于极厚或高密度材料,操作人员应严格按照制造商的
技术指南进行调整和设置,以尽可能提高测量的准确性;
c) 测量分辨力:虽然设备具备较高的测量分辨力,但受多种因素影响(如设备校准、样品放置、射
线能量等),实际测量中可能存在一定的误差,因此在测量过程中需要严格控制各种因素,以提
高测量分辨力;
d) 辐射安全:X射线对人体有害,因此在使用过程中应严格遵守辐射安全法规和标准,确保X射
线辐射水平处于安全范围内,同时为工作人员提供适当的辐射防护设备。
4.2 测量任务的目标及其不确定度
4.2.1 测量任务的目标
X射线三维尺寸测量机的主要测量目标包括被测对象的内部和外部的结构、形状和尺寸等关键几
何参数。测量任务主要来源于文件规定。
4.2.2 目标不确定度
目标不确定度由文件规定给出,反映了测量结果所允许的最大误差范围。这种不确定度受到以下
因素的影响:
a) 设备性能:测量设备的技术规格和能力,直接影响测量的精度和可靠性;
b) 样品特性:被测对象的材质、形状和尺寸等属性可能导致不同程度的测量误差;
c) 测量环境:环境温度、湿度和振动等外部条件均可能影响测量结果的稳定性。
5 测量过程
5.1 测量原理
基本原理是基于X射线成像技术和计算机断层扫描技术,通过多角度投影和三维重建来精确测量
物体的内部结构。其核心原理是:利用X射线穿透物体后,记录不同角度的投影数据,并通过数学算法
重建出物体的三维模型。重建完成后,获得的三维点云数据可进行进一步的几何尺寸测量或缺陷分析。
5.2 测量方法
5.2.1 参数设置
X射线三维尺寸测量机的参数依据设备操作手册设置。
5.2.2 测量程序
测量程序通常按以下顺序进行:
a) 扫描成像:X射线透照被测对象,在探测器上形成一组与样品结构相关的亮暗投影,转台同步
旋转采集大量不同角度的投影数据;
b) 图像重建:通过图像重建算法获取高质量的断层图像,不同角度的断层图像重建生成被测对
象的体素模型;
c) 表面提取:从点云数据中获取表面体素;
d) 尺寸测量:在得到的目标区域基础上,识别并提取工件上的关键点、边界、表面等几何特征,测
量获得相应特征的几何尺寸、形状误差等参数。
5.3 测量程序操作集
X射线三维尺寸测量机的测量程序的仪器调整、被测对象准备、被测对象测量等操作依据设备操作
手册执行。
5.4 测量条件
测量环境、测量设备等测量条件应符合设备操作手册中的相关要求,以确保测量结果的准确性。
6 测量不确定度评定
6.1 不确定度评定---GUM法
6.1.1 概述
使用X射线三维尺寸测量机进行检测时,影响测量结果的因素较多,且因素之间相互影响。当精
确定量分析一些因素带来的不确定度影响较为困难时,则将这些因素进行归类整体评估其影响。
6.1.2 影响因素分析
6.1.2.1 概述
此内容是被测对象检测过程中可能影响X射线三维尺寸测量机检测结果的因素包括测量设备的
参考标准器、环境条件、测量设备、重复性、软件和计算。在进行测量不确定度评定时,主要考虑这些影
响因素。
6.1.2.2 测量设备的参考标准器
参考标准器引入的不确定度主要来自以下几个方面:
a) 参考标准器的形状偏差;
b) 参考标准器的表面粗糙度;
c) 参考标准器校准值的不确定度;
d) 参考标准器的材质和几何结构引入的不确定度。
6.1.2.3 环境条件
主要为环境温度变化引入的不确定度。
6.1.2.4 测量设备
X射线三维尺寸测量机安装时,自身机械系统存在自校准误差,无法保证射线源中心、转台中心以
及探测器中心完全同轴而引入的不确定度。
6.1.2.5 重复性
X射线三维尺寸测量机在相同测量程序、相同操作者、相同测量系统、相同操作条件和相同地点,并
在短时间内对同一被测对象重复测量量值分散性引入的不确定度。
6.1.2.6 软件和计算
6.1.2.6.1 伪影
在层析成像过程中产生的与被测对象真实物理特征不相符的图像特征或信息。伪影可能源于各种
原因,如成像设备的效能、物理和生物样品的性质、成像参数的设定等。
6.1.2.6.2 三维重建
在对数据或图像进行重建时,由于算法的不完善或计算的精度不足引入的不确定度。例如,在计算
机断层扫描中,因使用的重建算法未考虑所有的物理效应,导致重建图像与实际情况出现偏差。
6.1.3 测量模型
X射线三维尺寸测量机测量参考标准器的测量模型,如公式(1)所示:
y=x (1)
式中:
y---被测参数的测得值;
x---X射线三维尺寸测量机的示值。
考虑到不确定度来源,y可以由公式(2)表示为:
y=x+a+r+e+w (2)
式中:
a---参考标准器引入的误差;
r---仪器分辨力引入的误差;
e---重复性引入的误差;
w---温度波动引入的误差。
6.1.4 测量不确定度分量的评定
6.1.4.1 参考标准器引入的标准不确定度分量ua
参考标准器引入的标准不确定度分量可利用校准证书中校准值的不确定度进行评定,如公式(3)
所示:
ua=
Ucal
(3)
式中,扩展不确定度Ucal和包含因子k由校准证书给出。
6.1.4.2 仪器分辨力引入的标准不确定度分量ur
按照不确定度评定B类方法进行计算,按照均匀分布,如公式(4)所示:
ur=0.29a (4)
式中:
a---仪器分辨力,单位为微米(μm)。
6.1.4.3 重复性引入的标准不确定度分量ue
软件和计算、测量程序引入的不确定度分量可通过重复性试验利用统计方法进行A类评定。
采用极差法进行计算,如公式(5)所示:
ue=
Xmax-Xmin
C n
(5)
式中:
Xmax---多次重复测量的最大值,单位为微米(μm);
Xmin---多次重复测量的最小值,单位为微米(μm);
C ---极差系数,根据重复测量次数n查表可得。
重复次数大于或等于10时,采用贝塞尔法进行计算,如公式(6)所示:
ue=
i=1
(Xi-X)2
n(n-1)
(6)
式中:
Xi ---单次测量值,单位为微米(μm);
X ---多次重复测量的平均值,单位为微米(μm);
n ---重复测量次数。
注:由仪器分辨力引入的标准不确定度分量ur 和由多次重复测量引入的标准不确定度分量ue 取较大的分量。
6.1.4.4 温度波动引入的标准不确定度分量uw
温度变化对于几何量测量的影响与被测对象的热膨胀系数直接相关。假设测量过程中温度波动最
大为K,则如公式(7)所示:
uw =
α×D×K
kp
(7)
式中:
α ---被测对象的热膨胀系数,单位为负1次方摄氏度(℃-1);
D ---被测尺寸,单位为微米(μm);
K ---被测对象的温度波动范围,单位为摄氏度(℃);
kp ---包含因子。
6.1.5 扩展不确定度UMP
当各不确定度分量之间不存在任何相关性时,扩展不确定度UMP按公式(8)计算:
UMP=k· u2a+u2r+u2e+u2w (8)
6.1.6 测量不确定度报告
报告应明确列出依据GUM法计算的扩展不确定度UMP,若适用还应详述各不确定度分量。示例
见附录A。
6.2 不确定度评定---蒙特卡洛法(MCM)
6.2.1 评定模型的建立
首先,确定X射线三维尺寸测量机测量参考标准器的输出量Y;其次,确定与Y 相关的输入量Xa,
Xr,Xe,Xw;最后,通过对测量过程的评估,建立Y 和Xa,Xr,Xe,Xw 之间的模型,如公式(9)所示:
Y=f(Xa,Xr,Xe,Xw) (9)
式中:
Xa ---X射线三维尺寸测量机在测量过程中引入的误差;
Xr ---X射线三维尺寸测量机分辨力引入的误差;
Xe ---被测对象多次重复测量引入的误差;
Xw---温度效应引入的误差。
6.2.2 MCM输入
Xi 独立时,模型的输入可根据一系列测量值的分析,或根据某些历史数据、校准数据和专家经验之
类的信息所得到的科学判断,作为各Xi 设定概率密度函数gxi(ξi),见表1。
表1 测量模型输入量设定信息
输入量
可获得信息
μ σ ν a b r
设定分布
Xa - Ua,k=ka - - - - N(μ,σ2)
Xr - - - ar br - R(a,b)
Xe Xe,mean Ue,k=ke - - - - N(μ,σ2)
Xw 由αT 和Δt组成
αT - - - αT1 αT2 - R(a,b)
Δt - - - -t1 t1 - R(a,b)
注:表中设定分布依据具体实例,实际分布情况依据具体情况设定。
其中,αT 为被测对象的线膨胀系数;Δt为室内环境温度波动相对于参考温度t0=20℃的偏差。
MCM试验样本量的大小M 根据公式(10)确定:
M =max(J,104) (10)
式中:
J---大于或等于100/(1-p)的最小整数。
设定 MCM的迭代次数h=1,包含概率p,有效数字ndig。
6.2.3 MCM传播
MCM传播按以下步骤进行:
a) 从N 个输入量Xi 的gxi(ξi)中抽取M 个样本值xi,r,i=1,2,,N,r=1,2,,M;
b) 根据公式(11)对每个样本向量(Xa,r,Xr,r,Xe,r,Xw,r)计算相应Y 的模型值,执行初次蒙特卡
洛试验:
yr=f(Xa,r,Xr,r,Xe,r,Xw,r),r=1,2,,M
(11)
注:由仪器分辨力引入的标准不确定度分量ur 和由多次重复测量引入的标准不确定度分量ue 取较大的分量。
c) 利用M 组离散模型值计算:输出估计值y(h),标准不确定度u(y(h)),包含区间左右端点ylow(h)
和yhigh(h);
d) 如果h=1,h增加1,返回到步骤a);
e) 按公式(12)计算Y 的估计值y(1),y(2),,y(h)的平均值的标准偏差sy:
s2y=
h(h-1)∑
r=1
(y(r)-y)2 (12)
式中:
y=
h∑
r=1
y(r)。
f) 根据公式(12)计算标准不确定度、包含区间左右端点的h 个迭代的平均值的标准偏差sy,
su(y),sylow,syhigh;
g) 利用所有的h×M 个模型值来获得输出量Y 的标准不确定度u(y);
h) 计算u(y)的数值容差δ;
i) 如果迭代过程中2sy,2su(y),2sylow,2syhigh中任意一个值大于δ,则h增加1并返回步骤a),否则
认为所有的计算已达稳定,结束迭代。
注:数值y的相关容差δ主要取决于不确定度的大小和有效位数的选取,将数值y的不确定度u(y)表示为c×10l
的形式。其中,c是ndig位十进制整数,l是整数,ndig表示数值z的有效数字的个数。z的数值容差δ根据公
式(13)取值。
δ=
2×10
l (13)
6.2.4 MCM输出
将6.2.3中的h×M 个模型值按递增次序排序,通过这些排序的模型值得到输出量Y 的分布函数
Gy(η)的离散表示G,利用输出量Y 的分布函数Gy(η)来获得y,u(y)和概率p的包含区间。
6.2.5 报告结果
MCM的报告结果由以下三部分组成:
a) 由G 计算X射线三维尺寸测量机对被测对象的输出量Y 的估计值y 及y 的标准不确定度
u(y);
b) 由G 计算在给定包含概率p时的X射线三维尺寸测量机对被测对象的输出量Y 的包含区间
[ylow,yhigh];
c) 绘制X射线三维尺寸测量机对被测对象的输出量Y 的概率分布,示例见附录B。
7 测量程序的不确定度管理
X射线三维尺寸测量机的不确定度管理是为了制定合适的测量程序,在明确测量任务和指定目标
不确定度的基础上进行,具体实施方法参考GB/T 18779.2。示例见附录C。
附 录 A
(资料性)
测量不确定度评定示例(GUM法)
A.1 概述
本示例给出基于GUM法对X射线三维尺寸测量机量值进行检测时的测量不确定度评定的示例。
A.2 任务与目标不确定度
A.2.1 测量任务
测量任务:使用双球棒对X射线三维尺寸测量机进行检测,测量双球棒特定位置的球心距,其球心
距为20mm。
A.2.2 目标不确定度
指定的目标不确定度为UT=1.5μm。
A.3 原理、方法、程序与条件
A.3.1 测量原理
采用X射线成像结合三维重建的非接触式测量方式,通过多角度投影数据和重建算法生成样品的
三维模型,与参考样品数据进行比较,检测测量设备的准确性。
A.3.2 测量方法
差分法---20mm球心距的标准双球棒与重建算法生成的“未知的”双球棒的球心距的比较。
A.3.3 初始测量程序
初始测量程序如下所述。
a) 设备设置:根据设备操作手册调整X射线三维尺寸测量机的扫描电压、焦点尺寸和分辨力,根
据被测对象的特性进行优化设置,确保探测器的校正和几何对准正常。
b) 样品准备:检查样品表面是否清洁,无杂质或干扰物。将双球棒放置在测量台上,确保其位置
稳定,并与旋转轴倾斜10°以提高成像质量。
c) 样品测量:执行X射线扫描,收集从多个角度的投影数据。利用图像重建算法生成样品的三
维模型。
d) 数据分析:对生成的三维数据进行轮廓分割,提取关键几何特征。比较测量结果与已知标准
值,评定测量不确定度。
A.3.4 初始测量条件
实验室温度:(20±2)℃,温度波动不应超过1℃/h;
实验室相对湿度:(50±10)%;
被测双球棒与测量台的温差小于1℃。
A.4 测量模型
X射线三维尺寸测量机测量参考标准器的测量模型如公式(A.1)所示。
y=x (A.1)
式中:
y---被测参数的测得值;
x---X射线三维尺寸测量机的示值。
考虑到不确定度来源,根据公式(A.2),y可以表示为:
y=x+a+r+e+w (A.2)
式中:
a---参考标准器引入的误差;
r---仪器分辨力引入的误差;
e---重复性引入的误差;
w---温度波动引入的误差。
A.5 测量不确定度来源及说明
A.5.1 概述
测量不确定度来源及说明见表A.1。
表A.1 测量不确定度来源及说明
序号 不确定度来源 说明
1 参考标准器 参考标准器校准证书中给出的不确定度
2 仪器分辨力 0.01μm
3 重复性 重复测量量值分散性
4 温度波动 实验室温度对20℃的偏离
A.5.2 合成标准不确定度公式
合成标准不确定度公式见公式(A.3)。
uMP= u2a+u2r+u2e+u2w (A.3)
式中:
ua ---参考标准器引入的标准不确定度;
ur ---仪器分辨力引入的标准不确定度;
ue ---重复性引入的标准不确定度;
uw---温度波动引入的标准不确定度。
A.5.3 标准不确定度分量的评定
A.5.3.1 参考标准器引入的标准不确定度ua
参考标准器校准证书给出的20mm双球棒球心距的校准不确定度为U=0.160μm,k=2,则由参
考标准器引入的标准不确定度见公式(A.4)。
ua=
0.160μm
2 =0.080μm
(A.4)
A.5.3.2 仪器分辨力引入的标准不确定度ur
仪器分辨力为0.01μm,区间半宽度为0.005μm,符合均匀分布,k= 3,则由仪器分辨力引入的标
准不确定度见公式(A.5)。
ur=
0.005μm
≈0.003μm (A.5)
A.5.3.3 重复性引入的标准不确定度ue
在相同实验条件下,对参考标准器进行3次重复性实验(即n=3),采用极差法机型计算。以
20mm双球棒的测量数据为例,实验数据为19.4621mm,19.4619mm,19.4610mm。则由重复性引
入的不确定度见公式(A.6)。
ue=
19.4621mm-19.4610mm
1.69 ≈0.651μm
(A.6)
A.5.3.4 温度波动引入的标准不确定度uw
温度变化对于几何量测量的影响与被测对象测量的热膨胀系数直接相关,参考标准器由红宝石球
及碳纤维材料构成,20℃时其热胀系数分别为6.65×10-6℃-1和-0.5×10-6℃-1。假设检测过程中
温度波动小于2℃,服从正态分布(k=2),以球直径为4mm,最大球心距为20mm计算,则温度波动
引入的标准不确定度见公式(A.7)。
uw =
(6.65×10-6 ℃-1×4mm×2℃)+(0.5×10-6℃-1×20mm×2℃)
0.053μm+0.02μm
2 =0.037μm
(A.7)
A.5.4 主要标准不确定度
主要标准不确定度及计算结果见表A.2。
表A.2 主要标准不确定度及计算结果汇总表
u 类型 标准不确定度/μm 分布 不确定度分量/μm
ua B 0.080 正态 0.080
ur B 0.003 正态 0.003
ue A 0.651 正态 0.651
uw B 0.037 正态 0.037
A.5.5 合成标准不确定度计算
由于参与计算的各项标准不确定度分量之间没有值得考虑的相关性,且ue 与ur 取较大者计算,则
合成标准不确定度见公式(A.8)。
uMP= u2a+u2e+u2w ≈0.66μm (A.8)
A.5.6 扩展不确定度计算
取包含因子k=2,则扩展不确定度见公式(A.9)。
UMP=k×uMP≈1.4μm (A.9)
A.6 评论
因为UMP≤UT,当前的测量不确定度符合目标不确定度。
附 录 B
(资料性)
测量不确定度评定示例(MCM)
B.1 概述
本示例给出基于 MCM对X射线三维尺寸测量机量值进行检测时的测量不确定度评定的示例。
B.2 任务与目标不确定度
B.2.1 测量任务
测量任务:使用X射线三维尺寸测量机对参考标准器进行测量,参考标准器特定位置的长度为
100mm。
B.2.2 目标不确定度
指定的目标不确定度为UT=10μm。
B.3 原理、方法、程序与条件
B.3.1 测量原理
采用X射线成像结合三维重建的非接触式测量方式,通过多角度投影数据和重建算法生成样品的
三维模型,与参考样品数据进行比较,检测测量设备的准确性。
B.3.2 测量方法
差分法---100mm参考标准器长度值与重建算法生成的参考标准器长度值的比较。
B.3.3 初始测量程序
初始测量程序如下所述。
a) 设备设置:根据设备操作手册调整X射线三维尺寸测量机的扫描电压、焦点尺寸和分辨力,根
据被测对象的特性进行优化设置。确保探测器的校正和几何对准正常。
b) 样品准备:检查样品表面是否清洁,无杂质或干扰物。将参考标准器放置在测量台上,确保其
位置稳定,并与旋转轴倾斜10°以提高成像质量。
c) 样品测量:执行X射线扫描,收集从多个角度的投影数据。利用图像重建算法生成样品的三
维模型。
d) 数据分析:对生成的三维数据进行轮廓分割,提取关键几何特征。比较测量结果与已知标准
值,评定测量不确定度。
B.3.4 初始测量条件
实验室温度:(20±2)℃,温度波动不应超过1℃/h;
实验室相对湿度:(50±10)%;
被测参考标准器与测量台的温差小于1℃。
B.4 测量模型
X射线三维尺寸测量机的测量不确定度的评定过程因为其复杂的测量系统,会受到诸多因素的影
响。因此,在本示例中仅建立黑箱模型,考虑各个常规的因素的总体影响,建立经验测量模型,则参考温
度下被测对象的长度测量值可表示为公式(B.1):
lSD=l(ESD1)+l(ESD2)+l(ESD3)+l(ESD4) (B.1)
式中:
lSD ---被测对象在参考温度20℃时的长度测量值;
l(ESD1)---由X射线三维尺寸测量机在测量过程中引入的误差;
l(ESD2)---仪器分辨力引入的误差;
l(ESD3)---多次重复测量量值分散性引入的误差;
l(ESD4)---由温度效应引入的误差。
公式(B.1)中,在X射线计量学中,大量重复测量往往耗费时间较长,因此本示例采用X射线三维
尺寸测量机应用相同的测量策略重复10次测量被测对象,得到符合正态分布的测量值数组,并以此作
为长度测量值的基准lSD1参数进行计算,具体见公式(B.2):
l(ESD3)=μ+σ×Nv (B.2)
式中:
μ ---长度测量值的均值;
α ---长度测量值均值的标准差;
Nv ---正态分布随机数组。
此外,在公式(B.1)中,对温度效应所作的修正本身可以分解公式(B.3):
l(ESD4)=αSD×ΔtSD×μ (B.3)
式中:
αSD ---被测对象的线膨胀系数;
ΔtSD ---室内环境温度波动相对于参考温度t0=20℃的偏差;
μ ---长度测量值的均值。
公式(B.1)为本示例的测量模型,模型输出量为lSD,输入量为μ,l(ESD1),l(ESD2),l(ESD3),
l(ESD4),αSD,ΔtSD,σ,Nv。
B.5 各输入量概率分布说明
根据长度测量值的测量模型,公式(B.1)各输入量的概率分布与相关信息,对分布的设定进行了总
结,见表B.1。
表B.1 测量输入概率分布及可获得信息
输入量
可获得信息
μ σ ν a b r
设定分布
lSD1 - - - -4μm 4μm - N(a,b)
lSD2 - - - -0.5μm 0.5μm - R(a,b)
lSD3 100mm 1.712μm - - - N(μ,σ2)
lSD4 由αSD4和ΔtSD4组成
αSD4 - - - 10.5×10-6℃-1 - - -
ΔtSD4 - - - -2℃ 2℃ - R(a,b)
注:表中设定分布依据具体实例,实际分布情况依据具体情况设定。
B.6 报告结果
根据表B.1概率分布信息,设定蒙特卡洛试验样本量 M,包含因子k以及有效数字,根据6.2的运
算流程,应用自适应 MCM得到lSD的估计值为100mm、标准不确定度为3.1μm,约定包含因子k=2
的区间为[99.9939,100.0060]mm,具体结果见表B.2,结果的概率分布见图B.1。
表B.2 测量结果的不确定度评定
方法 M lSD/mm u(y)/μm 包含区间
自适应 MCM 8.67×106 100.0000 3.1 [99.9939,100.0060]
图B.1 X射线测量机测量参考标准器的概率分布
B.7 评论
因为UMP≤UT,当前的测量不确定度符合目标不确定度。
附 录 C
(资料性)
不确定度评定结果的应用
不确定度评定结果能够为判断测量方法的可行性提供依据,通过本文件评定的测量不确定度可评
判X射线三维尺寸测量机用于特定检测任务时的可行性。
测量方法的可行性评估用扩展不确定度UMP(k=2)与特征公差T 的比值描述,其符号为gpp,将
gPP与其允许的极限值Gpp进行比较,如果g......
|