《GPS标准宣讲》PPT课件

现代GPS标准体系-数字化制造规范李晓沛机械科学研究院研究员,2011-5-25,什么是GPS,GeometricalProductSpecifications即宏观和微观几何规范：尺寸和形位公差、表面特征等几何精度规范相关的检验原则、测量器具要求和校准规范基本表达和图样标注的解释不确定度的评定和控制贯穿于产品从制造到应用的全过程：开发、设计、加工、检验、使用、维修、报废,ISO/TC3极限与配合,ISO/TC10/SC5几何公差的表示法,ISO/TC57表面特征及其计量学,初期GPS标准体系,40年代制定,70年代制定,60年代制定,第一代GPS语言,第一代GPS语言,初期GPS体系包括原三个TC颁布的约60多项国际标准，这些GPS标准也称为第一代GPS语言。第一代GPS语言包括产品的尺寸、公差、表面特征、测量原理和仪器标准,是一套传统的产品几何标准与检测规范。它提供了产品设计、制造及检验的技术规范，但没有建立它们彼此之间的联系。,第一代GPS语言的缺陷,以第一代GPS语言为基础制定的设计规范没有考虑生产过程中实际工件的多变性，缺乏表达各种功能和控制要求的图形语言，图纸不能充分地精确表述对几何特征误差控制的要求，而造成功能要求失控；检验过程由于缺乏误差控制的设计信息，使得合格评定缺乏唯一的准则，从而造成测量评估失控。标准体系缺乏功能要求、设计规范及测量评定方法等相关信息之间准确的表达和系统的传递方法，造成设计和功能的不一致，检验与设计的不统一，成为阻碍产品精度进一步提高的直接原因。,ISO/TC213产品尺寸和几何技术规范及认证(检验)DimensionalandGeometricalProductSpecificationsandverification,14.June1996成立,第二代GPS语言,目前，ISO/TC213正在致力于发展基于第二代GPS语言的现代GPS标准体系。现代GPS标准体系将着重于提供一个更加清晰的几何公差定义的和一套宽范围的评定规范体系来满足几何产品功能要求。它将成为信息时代集产品几何设计与检验认证于一体的新型全球规范，标志着标准和计量进入了一个新的时代。,新一代GPS标准体系的特征,GPS标准体系蕴含工业化大生产的基本特征，反映了技术发展的内在要求，为产品技术评估提供了“通用语言”。,GB/Z20308-2006(ISO/TR14638)产品几何技术规范(GPS)总体规划,从总体上给出了产品几何技术规范（GPS）标准体系框架以及GPS的基本概念与ISO/TC213职责范围之内的GPS标准及标准化工作相对应给工业界的GPS用户和其他技术委员会提供与GPS有关的信息，有助于各方面统一对GPS的认识和应用。,GPS标准体系框架的构成,GPS基础标准:确定GPS基本结构和公差基本原则的标准GPS综合标准：综合概念和规则GPS通用标准：GPS标准的主体，包括不同几何特征从设计、制造到检验的一整套标准规范GPS补充标准:是对通用GPS标准在要素特定范畴的补充规定,确定GPS基本结构和公差基本原则的标准,通用原则和定义标准,GPS标准的主体，包括不同几何特征从图样标注、参数定义、检验原则到仪器校准的一整套标准链,基于制造工艺和要素本身类型特定范畴的补充标准,矩阵的“行”是GPS几何特征的分类,矩阵的“列”是不同的技术规范和要求,代表标准链中的“环”,通用的GPS矩阵共包括18个基本几何特征，每个几何特征对应一个标准链，每个标准链包括若干个链环，每个链环至少包括一个标准，它们之间相互关联，并影响着其它链环中的标准。矩阵行、列的布局清楚地表明了GPS标准中“研究对象（几何特征）”与“功能资源”（标准链环）之间的关系，反映了标准体系的协调性。,直线度的标准链结构的示例,Specificationoperator,通用的GPS标准矩阵（行）,尺寸无基准的形状粗糙度轮廓半径有基准的形状波纹度轮廓距离方向、位置原始轮廓角度基准表面缺陷跳动,要素的几何特征,尺寸特征,形位特征,表面轮廓特征,新一代GPS直径尺寸的图样标注,孔的的最大内接尺寸,孔的最小二乘尺寸,孔的最小外接尺寸,示例,ISO14405线性尺寸,ISO286公差体系,ISO1938尺寸的检验,ISO14978计量器具通用要求ISO10360坐标测量机的性能检验,通用GPS标准矩阵一览表（附录）,新一代的GPS标准,GPS基础标准GB/Z20308-2006GPS总体规划GPS综合标准GB/T19765-2005GPS产品几何技术规范和检验的标准参考温度GB/T18780.1.2-2003GPS几何要素GB/T18779.1.3-2009GPS工件与测量设备的测量检验GB/T24634-2009GPS尺寸和几何测量器具的通用要求GB/T24637-2009GPS通用概念几何规范和验证的模式,GPS通用标准GB/Z24638-2009GPS线性和角度的尺寸和公差标注（台阶，距离，角度和半径）GB/T24630-2009产品几何量技术规范（GPS）平面度GB/T24631-2009产品几何量技术规范（GPS）直线度GB/T24632-2009产品几何量技术规范（GPS）圆度GB/T24633-2009产品几何量技术规范（GPS）圆柱度GB/T16857.1.6GPS坐标测量机的验收检测和复检检测GB/T24635-2009GPS坐标测量机不确定度评定系列GB/Z24636.1.5GPS统计公差系列,GPS的数字化技术实现数字化制造的基础,新一代GPS用数学作为基础语言结构，以计量数学为根基，整个GPS体系中数学的描述、定义、建模及信息传递“无所不在”，数学系统化的应用是前所未有的。这些都是过去以几何学为基础的技术标准中完全没有的全新概念。,GB/T24637-2009（ISO/TS17450）GPS的数字化技术实现数字化设计与计量的基础,新一代GPS通过表面模型、恒定类、操作等概念的引入，实现几何要素从定义、描述、规范到实际检验评定中数字化控制功能的飞跃，解决了产品实现中数学表达统一规范的难题。,表面模型,设计阶段制造阶段检验阶段,公称表面模型是由设计者所定义的完美形状的表面模型，是一个理想模型。,根据功能要求仿真模拟而得到的；是由无限仿真点集组成的；通过规范算子的操作获得规范特征值（特征极限值或特征允许值）。,根据对实际工件表面的测量而得到的非理想表面模型。是有限测点的集合；通过检验算子的操作获得实际特征值（或实际偏差值）。,表面模型,几何要素,GPS系统的表面模型需要由相应的“要素”和“特征”予以定义和描述。,几何要素,几何要素，即构成工件几何特征的点、线和面，在工件的规范，加工和认证过程中扮演着重要的角色。工件的规范，表现为对具体要素的要求，工件的加工，表现为具体要素的形成，而工件的认证，表现为对具体要素的检验。第一代GPS标准对要素的分类和描述相对简单，但存在很大缺陷，与计算机辅助设计技术和坐标测量技术不相适应，不能满足现代GPS标准体系的要求。,GB/T18780“GPS几何要素”等同采用ISO14660,给出了要素的定义和基本概念GB/T18780分为两部分：GB/T18780.1-2002第1部分：基本术语和定义GB/T18780.2-2003第2部分：圆柱面和圆锥面的提取中心线、平行平面的提取中心面、提取要素的局部尺寸,几何要素基本术语定义,公称组成要素,公称导出要素,实际要素,GB/T18780.1=ISO14660-1,要素,组成要素,导出要素,公称的,实际的,提取的,拟合的,图样,工件,工件的替代,公称组成要素,实际组成要素,提取组成要素,拟合组成要素,公称导出要素,提取导出要素,拟合导出要素,要素,组成要素,导出要素,公称的,实际的,提取的,拟合的,图样,工件,工件的替代,公称组成要素,实际组成要素,提取组成要素,拟合组成要素,公称导出要素,提取导出要素,拟合导出要素,导出,要素,组成要素,导出要素,公称的,实际的,提取的,拟合的,图样,工件,工件的替代,公称组成要素,实际组成要素,提取组成要素,拟合组成要素,公称导出要素,提取导出要素,拟合导出要素,要素,组成要素,导出要素,公称的,实际的,提取的,拟合的,图样,工件,工件的替代,公称组成要素,实际组成要素,提取组成要素,拟合组成要素,公称导出要素,提取导出要素,拟合导出要素,导出,要素,组成要素,导出要素,公称的,实际的,提取的,拟合的,图样,工件,工件的替代,公称组成要素,实际组成要素,提取组成要素,拟合组成要素,公称导出要素,提取导出要素,拟合导出要素,要素,组成要素,导出要素,公称的,实际的,提取的,拟合的,图样,工件,工件的替代,公称组成要素,实际组成要素,提取组成要素,拟合组成要素,公称导出要素,提取导出要素,拟合导出要素,提取,要素,组成要素,导出要素,公称的,实际的,提取的,拟合的,图样,工件,工件的替代,公称组成要素,实际组成要素,提取组成要素,拟合组成要素,公称导出要素,提取导出要素,拟合导出要素,导出,要素,组成要素,导出要素,公称的,实际的,提取的,拟合的,图样,工件,工件的替代,公称组成要素,实际组成要素,提取组成要素,拟合组成要素,公称导出要素,提取导出要素,拟合导出要素,拟合,要素,组成要素,导出要素,公称的,实际的,提取的,拟合的,图样,工件,工件的替代,公称组成要素,实际组成要素,提取组成要素,拟合组成要素,公称导出要素,提取导出要素,拟合导出要素,导出,几何要素新分类GB/T18780-2003=ISO14660-1,公称组成要素,公称导出要素,实际要素,设计制造检验评定公称要素实际要素提取要素拟合要素,尺寸要素GB/T18780.1-2002=ISO14660-1,由一定大小的线性尺寸或角度尺寸确定的几何形状。注：尺寸要素可以是圆柱形、球形、两平行对应面、圆锥形或楔形。,GPS几何要素（GB/T18780.2=ISO14660-2）,第2部分：圆柱面和圆锥面的提取中心线、平行平面的提取中心面、提取要素的局部尺寸（GB/T18780.2-2003）,术语和定义(1),圆柱面的提取中心线提取导出要素圆锥面的提取中心线提取中心面,圆柱面的提取中心线,定义：圆柱面的各横截面中心的轨迹4。横截面的中心是拟合圆5的圆心6横截面垂直于由提取表面得到的拟合圆柱面2（其半径可能与公称半径不同）的轴线3。,圆柱面的提取中心线,缺省规定的约定：拟合圆是最小二乘圆；拟合圆柱面是最小二乘圆柱面。,术语和定义（2）,提取圆柱面的局部直径提取要素的局部尺寸两平行提取表面的局部尺寸,提取圆柱面的局部直径,定义：要素上（5）两对应点的距离（8）。两对应点之间的连线通过拟合圆6的圆心7横截面垂直于由提取表面1得到的拟合圆柱面2的轴线3,提取圆柱面的局部直径,拟合圆柱面的局部直径缺省规定的约定：拟合圆是最小二乘圆拟合圆柱面是最小二乘圆柱面,GB/T18780.1是GPS综合标准,新一代GPS语言提出了针对要素的六种操作.用数字化语言支持了CAx的应用.使得在实际加工中“要素”的体现更科学、规范和统一,解决生产过程中对传统公差的可操作性差的问题.分离提取滤波拟合集成构建,要素的操作GB/T24637-2009,分离,用来从非理想表面模型或实际表面获得与公称要素相应的非理想要素，也用来获得理想要素的有限部分或非理想要素的有限部分。,提取,采用特定的方法，从一个要素获取有限点，用这些点来描述该要素。,滤波,采用特定规则，从非理想要素中获取想要的特征。用来提炼粗糙度、波纹度、结构和形状等。,a)波度轮廓b)粗糙度轮廓.c)没过滤的轮廓,拟合,依据一定准则，使理想要素逼近非理想要素。一理想圆柱与非理想要素拟合，其准则为：使非理想要素与理想圆柱各点距离平方和最小；最大化内切圆柱的直径；最小化外接圆柱的直径；等等,非理想要素,理想圆柱,采用“最大内切圆柱”准则拟合,集成,可以对理想要素集成，也可对非理想要素集成。集成操作改变了被集成要素的恒定度和类型。例如：两个柱面被集成（如建立公共基准时），集成后的要素为棱柱类别。两个要素间方位特征成为集成要素的本质特征,构建,被构建的要素和构建后的要素都为理想要素。,PL1：理想平面1,PL2：理想平,操作与操作算子的应用,规范:,被测轴线,基准平面,垂直度误差评定/检验-体现被测轴线的操作集合,分离,拟合,构建,分离,拟合,集成,垂直度误差评定/检验-体现基准平面的操作集合,分离:,拟合:,评定结果,规范,一致性比较-检验GB/T18779（ISO14253）,GPS系统的对偶性原理及操作技术,新一代GPS系统,功能要求,GPS规范设计,产品技术文件,生产,实际工件（实际表面模型）,工件检验,产品性能,特征值及其极限值的计算,操作算子不确定度管理,GPS不确定度,GPS不确定度理论及其拓展应用,设计者,测量人员,新一代GPS把不确定度的概念推广到测量领域以外，利用“不确定度”误差传递原理,把产品的功能、规范和测量评定量化集成，以节约资源，降低成本。,基于GUM的GPS测量不确定度计量器具和工件的测量检验,ISO14253-1（GB/T18779.1-2002）第1部分：按规范检验合格或不合格的判定规则ISO/TS14253-2(GB/T18779.2-2004)第2部分：测量设备校准和产品检验中的测量不确定度评定指南ISO/TS14253-3(GB/T18779.3-2009)第3部分：在测量不确定度表述上达成一致性协议的指南,产品几何量技术规范（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,GB/T18780.1-2002idtISO14253-1:1998,尺寸的合格区、不合格区和不确定区,按规范判定合格与否，应考虑评定得到的测量不确定度（U）,判定规则的应用,测量不确定度始终由进行测量并提供合格与不合格证明的一方考虑。供方检验合格:供方检验应评估其测量不确定度，对交付的全部工件或测量设备应提供按规范检验合格的证明（在合格区）。顾客检验不合格：顾客检验应评估其测量不确定度，并按规范判定不合格（在不合格区）。,产品几何量技术规范（GPS）工件与测量设备的测量检验第2部分：测量设备校准和产品检验中GPS测量的不确定度评定指南,GB/T18779.2-2004idtISO/TS14253-2:1999,适用范围,适用于工业生产GPS领域中测量标准和测量设备的校准以及工件GPS特征量的测量。以测量不确定度表示指南（GUM）和JJF-1059:1999测量不确定度评定和表示为基础的用于评定测量结果不确定度的实用性逼近程序。目的是给出完成不确定度报告所需的全部信息，并为测量结果及其不确定度（顾客和供方之间的关系）的国际、国内比对提供基础。JJF1130-2005几何量测量设备校准中的不确定度评定指南,产品几何量技术规范（GPS）工件与测量设备的测量检验第3部分：在测量不确定度表述上达成一致性协议的指南,GB/T18779.3-2009idtISO/TS14253-3:2002,主要内容,由于测量不确定度对产品的合格或不合格判定起着重要的作用，供方和客户方不可避免的会在不确定度的评价上存在争议。该部分标准描述了如何使供方和客户方就不确定度表达上达成一致性意见的过程。当客户或供方在测量不确定度表述上有疑问时，应用测量不确定度表述的不确定度概算程序。,产品几何量技术规范（GPS）产品几何量技术规范和检验的标准参考温度,GB/T197652005idtISO1：2002,产品几何量技术规范和检验的标准参考温度为20,该标准是综合的GPS标准，它影响全部18种几何特征的所有链环。规定了GPS领域的标准参考温度，是确定技术规范数值和检验值的基础.标准参考温度适用于GPS规范，即在标准参考温度下确定和规范全部GPS特征。因此，当进行工件几何要素或测量器具计量特性的测量时，偏离标准参考温度将会在测量结果中产生误差和测量不确定度。ISO/TS16015:2003“GPS由于热影响产生的系统误差和长度测量的测量不确定度”。,GPS的新旧两种计量体系,传统计量体系：基于实物计量器具的计量体系；数字化计量体系：基于取样点和计算机软件分析的计量体系。,三坐标测量机数字化测量仪器的精典产品,国际标准化组织ISO自1994年至今相继发布了ISO10360系列六个标准.为了能够对坐标测量机进行符合要求的性能检测和验收，在上述标准和规范中定义了坐标测量机的主要性能指标：长度测量示值误差和探测误差，并规定了其测量方法。应该指出，用上述方法检出的是测量机的坐标测量精度，仅仅是指空间两点之间的长度测量示值误差和探测误差，也是世界各国供认的有效方法。,坐标测量机CMM的性能评定标准（验收检验和周期复检）,ISO10360-1第1部分:词汇(GB/T16857.1-2001)ISO10360-2第2部分:测量线性尺寸的CMMs(GB/T16857.2-2006)ISO10360-3第3部分:配置转台的轴线为第四轴的CMMs(GB/T16857.3-2009)ISO10360-4第4部分:在扫描模式下测量的CMMs(GB/T16857.4-2003)ISO10360-5第5部分:多探针系统的CMM(GB/T16857.5-2005）ISO10360-6第6部分:计算高斯拟合要素的误差评定（GB/T16857.6-2006）,应用,验收检测在供方和顾客签订了下列合同：购货合同；维护合同；修理合同；改造合同；升级合同。按制造商规定的长度测量示值误差和探测误差的允许值验收。,应用,复检检测在企业内部质量保证体系中，用于测量尺寸的坐标测量机的性能。顾客规定长度测量示值误差和探测误差的允许值和规定其具体应用限定。,但是，坐标测量机的测量任务是多样的，简单地使用长度测量示值误