几何技术规范(GPS)_01_几何精度设计和保障关键技术_上海大学_李明

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机械产品尺度范围
2013/11/10
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现代几何精度技术的发展
几何产品
形状
精度
体量
通止检测 单一测量 事后调整
状态检测 综合测量 过程控制
传统检测技术
数字测量
基于数字化 的
精度设计 精度分析 设计优化
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几何要素及误差评定流程
设计
公称组 成要素 公称导 出要素
制造
实际 要素
几何数字（坐标）测量
提取
拟合（导出）
评定
提取组 成要素
提取导 出要素
拟合组 成要素
拟合导 出要素
大小 形状 方向 位置
理想模型
实际工件
替代
（CAD）
（含有偏差）
公称要素 （理想的）
实际要素 （非理想）
提取要素 (部分点）
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现代制造业的发展与需求
现代制造发展的需求 提升质量、品质的需求
极端 数字化 全面
精度 复杂
大型 微纳 成本 品质
周期 风险
产品的 几何质量
GPS＆V GD＆T
GPS＆V：Geometrical Product Specification and Verification（几何技术规范与验证） GD＆T： Geometric Dimensioning and Tolerancing （几何尺寸与公差）
百度文库28
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几何规范的解读
2013/11/10
测量的合格评定？
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新一代GPS概念的提出
1993年，丹麦科学家P.Bennich认 为，只有将产品的几何规范与检验(认 证)集成一体才能解决质量问题。
ISO/TC213 ( Dimensional and Geometrical Product Specifications and Verification)
规范不确定度 工程图样规范标注
验收规范
方
过
法
程
图样规范
功能分析与转化 精度控制方法定义
总体设计
部件设计 图样规范 零件设计
装配设计
应用设计
产品制造
精度检验与合格判定 测量不确定度
精度检测与验收 功能检验与验收
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机械精度设计与实现流程
功能要求
检测与控制
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几何技术规范及标准体系
几何精度设计与保障技术
李 明 教授
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GPS/CMM
Geometrical Product Specification and Verification
GD&T
2013.10
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不同测量评定方法的差异问题
传统测量方法
尺寸的局部测量方法
简单工具
几何误差测量方法
平板测量方法
综合功能量规方法
模拟实际应用
ISO/GB，ASME
数字测量方法
坐标测量方法
拟合方法
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ISO/GB
设计质量控制 制造质量控制 检测质量控制
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标准、规范体系 过程控制方法 过程管理与执行
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几何技术规范(标准)
Geometrical Product Specifications
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GB/T18780.1 -2003 （ ISO14660-1）
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拟合要素 （理想的）
导出要素
要素 替代
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几何数字测量的过程与规范
工件实际状况
提取方法
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拟合方法
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2013/11/10
TC 213/WG 6 General requirements for geometrical product specification (GPS) measuring equipment（测量仪器）
TC 213/WG 10 Coordinate measuring machines（坐标测量机） TC 213/WG 12 Size（尺寸） TC 213/WG 14 Vertical GPS principles（原则系列） TC 213/WG 15 GPS extraction and filtration techniques（提取和滤波） TC 213/WG 16 Areal and profile surface texture（区域和表面结构） TC 213/WG 17 Facilitation of GPS implementation（应用贯彻） TC 213/WG 18 Geometrical tolerancing（几何公差） TC 213/AG 1 Strategic planning（战略规划） TC 213/AG 2 Final Auditing Standards Team（最终标准审核） TC 213/AG 11 Underlying global concepts（基本的全局核念） TC 213/AG 12 Mathematical support group（数学支持小组） TC 213/AG 13 Risk handling of GPS（风险管理） TC 213/ SG GD＆T （ASME研究与协调）
工艺和工况约束要求 公差规范与标注
制订测量和控制要求 公差分析和精度设计优化
制订测量与验收规范
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产品设计信息版本释放
工程图样
（公差标注和技术条件）
几何产品测量规范 几何产品验收规范
相关认证规范
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新一代GPS的几何质量控制方法
TPD + GPS=TPS
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GPS标准体系框架的构成
GPS基础标准
（Fundamental GPS Standards）
确定GPS基本结构 和公差基本原则的标 准
GPS综合标准
（Global GPS Standards） 综合概念和规则（涉及或影响几个或全部 GPS 通用标准和补充标准的标准基准温度、通 用术语及定义、通用计量学名词术语及定义）
规范
基于功能测量方法 20
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几何技术规范（GD＆T）案例
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工程图样的三维标注
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产品设计流程及设计环节的相互关系
用户 市场
技术发展
概念设计
环境引起的误差
温度、湿度、重力。。。
影响几何精度的因素无处不在
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设计与实际工件关系
2013/11/10
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实际工件状况－－尺寸要素
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使用过程:方便替换
缩短维修时间和节约费用
生产制造:专业化协调生产 提高产品质量和生产效率
装配过程:缩短装配时间 提高效率
产品设计:简化设计过程 加速产品更新换代
技术支撑：规范、标准、管理
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基于CAD技术的产品设计
理想的几何型状 理想的装配关系 理想的使用工况
功能和 结构设计
公差
加
装
设计
工
配
尺寸工程
检测
性能 测试
容差设计
加工能力 控制能力
数据稳定
研发流程 集成平台 应用工具 系统管理
品质 产品质量
成本
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产品几何质量从何而来？
质量是检验出来的？ 质量是制造出来的？ 质量是设计出来的！ 质量是管理出来的！
理想的应用环境 公称模型（理想模型）＋理想工况
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几何精度设计评定方法
圆锥面 锥顶点
圆柱面
球面 线
中心面 （中心平面）
轴线 （中心线） 素线
(截面)圆 球心 （中心点）
点
平面
组成要素 导出要素 尺寸要素
几何精度 控制对象
外形 功能 性能
机械设计
系统模型 工件模型 装配定义
精度设计
几何功能转换 公差规范标注 产品验收规范
设计任务书
虚拟样机
实施规范
健壮和可靠性设计
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几何精度设计流程与方法
虚拟样机功能和性能要求 确定精度等级、进行精度分配
误差控制及公差设计 制造过程控制要求
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新一代GPS标准体系的特征
功能
设计 人员
验证
数字化
（CAD、GD＆T）
规范化
（流程、管理）
信息化
（平台、接口）
协同化
（同步、认证）
规范
（设计）
实际 工件
测量 结果
工件 制造
检验
生产人员
测量人员
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不同测量评定结果的比对问题
要求实现同一测量任务，采用不同测量系统时，测 量结果的可比性。
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测量评定结果比对的要求
规范
数字测量方法
测量结果
规范
重复性 再现性
准确性
数字测量方法
规范
基于几何测量方法 上海大学 李明 (robotlib@shu.edu.cn)
GPS通用标准
（General GPS Standard）
SAC/TC240 “全国产品几何技术 规范标准化技术委员会”
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GB/Z 20308 2006
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ISO/TC213设置的工作组
TC 213/WG 2 Datums and datum systems（基准和基准体系） TC 213/WG 4 Uncertainty of measurement and decision rules（不确定度）
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2013/11/10
几何规范的核心和应用
ISO/GB 基于几何
基于计量数学
（GPS）
GPS：Geometrical Product Specification and Verification
ASME 基于实际应用和综合功能量规
（GD＆T） Geometric Dimensioning and Tolerancing
大小、形状 方向、位置 表面结构
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设计
需求
工件 部件 产品
功能
制造 部装 总装
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批量生产的互换性要求
互换性(Interchangeability) 同一规格工件，不需要作 任何挑选和附加加工，就可以装配到所需的部位上，装配 后并能满足使用要求。
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什么是尺寸的功能要求
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功能描述
两点尺寸（局部尺寸） 由球定义的局部尺寸 最小二乘尺寸（局部尺寸） 最大内接拟合圆 最小外接拟合圆 圆周直径（计算尺寸） 面积直径（计算尺寸） 体积直径（计算尺寸） 最大尺寸 最小尺寸 平均尺寸 中间尺寸 中间范围尺寸 范围尺寸 a:可支持全局和局部尺寸
CAD模型
大小 方向
误差
形状 位置
表面 结构
实际工件
精度设计
公差带
实际要素
功能基准
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基准构建
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工件的实际状况对精度的影响
加工造成的误差
测量带来的误差
人、机、物、环、法……
装配引起的误差
变形、应力。。。
使用引起的误差
变形、精度保持性。。。
设计：公称要素 工件：实际要素
评定 控制
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实际工件安装状况－－实效状态
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设计：公称模型 工件：实际状况
评定 控制
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实际工件状况－－表面结构
工件：表面实际状况(微观）
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制造 过程
基于几何 老的GPS标准体系
基于计量数学 现代GPS标准体系
几何技术规范（GPS）标准体系
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精度 检测
合格判定
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2013/11/10
产品精度设计与保障流程
总不确定度
功能需求
GPS
标 准 体 系
功能转换及风险管理 相关不确定度
误差控制与公差设计 符合不确定度