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1、第九章 新一代GPS标准体系ISO/TC213 GPSISO/TC213 GPS标准体系的形成与发展标准体系的形成与发展新一代新一代GPSGPS标准体系的构成及规律分析标准体系的构成及规律分析新一代新一代GPSGPS标准体系的理论基础及关键技术标准体系的理论基础及关键技术操作及算子技术；操作及算子技术；不确定度理论及应用技术；不确定度理论及应用技术；GPSGPS的数字化基础的数字化基础ISO/TC 3 极限与配合极限与配合(D)ISO/TC10/SC 5 “尺寸和公差的表示法尺寸和公差的表示法”负责负责 形状和位置公差形状和位置公差(USSR)(USA)ISO/TC 57 表面特征表面特征及其
2、计量学及其计量学ISO的三个TC合并、成立新的技术委员会ISO/TC213ISO/TC213新一代新一代GPSGPSISO组织结构19961996GPS的含义现代产品几何技术规范现代产品几何技术规范GPSGPS（Dimensional Dimensional Geometrical Product Specification and Geometrical Product Specification and Verification Verification ，简称，简称 GPS )GPS )，是是ISO/TC213ISO/TC213针对产针对产 品的设计与制造而规定的一系列宏观和微观的几何品
3、的设计与制造而规定的一系列宏观和微观的几何 技术规范技术规范 , , 主要包括：主要包括：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等GPS贯穿于产品从设计、制造到应用的全过程：-开发、设计、加工、检验、使用、维修、报 废 pp ISO/TC213ISO/TC213的的GPSGPS系列标准，是国际标准中影响最广的重要系列标准，是国际标准中影响最广的重要 基础标准之一，是所有高新技术产品标准的基础，其应用涉及基础标准之一，是所有高新技术产品标准的基础，其应用涉及 国民经济的各个部门和学科。国民经济的各个部门和学科。pp
4、 ISO/TC213ISO/TC213的的GPSGPS系列标准，是所有机电产品系列标准，是所有机电产品“标准与计量标准与计量 ”规范的基础，也是规范的基础，也是制造业信息化制造业信息化的基础。的基础。9.2 新一代新一代GPSGPS标准标准 体系的构成及规律分析体系的构成及规律分析o新一代GPS体系结构GPS 体系基本的GPS标准 Fundamental GPS Standards综合的GPS标准 Global GPS Standards通用的GPS标准 General GPS Standards补充的GPS标准 Complementary GPS StandardsGPS矩阵 矩阵行1通用的
5、GPS标准 General GPS Standards 链环数123456要素几何特征图样 标注公差定义实际 要素比较 认证测量 仪器标定 校准 1.尺寸2.距离3.半径4.角度5.与基准无关的线的形状6.与基准有关的线的形状7.与基准无关的面的形状8.与基准有关的面的形状9.方向10.位置11.圆跳动12.全跳动13.基准14.轮廓粗糙度15.轮廓波纹度16.综合轮廓17.表面缺陷18.棱边综合的GPS标准 Global GPS Standards 补充的GPS标准 Complementary GPS standards 基 础 的 GPS 标 准表面特征尺 寸形 状位 置方 向新一代GPS
6、的体系结构通用的GPS标准 General GPS Standards 链环数123456要素几何特征图样标注公差定义实际 要素比较认 证测量仪 器标定校准1.尺寸2.距离3.半径4.角度5.与基准无关的线的形状6.与基准有关的线的形状7.与基准无关的面的形状8.与基准有关的面的形状9.方向10.位置11.圆跳动12.全跳动13.基准14.轮廓粗糙度15.轮廓波纹度16.综合轮廓17.表面缺陷18.棱边GPS矩阵 矩阵列综合的GPS标准 Global GPS Standards 补充的GPS标准 Complementary GPS standards 基 础 的 GPS 标 准新一代GPS的体
7、系结构图样标注公差定义实际要素比较认证测量仪器标定校准功能 要求规范 设计检验 认证ttff ft?t?给出“功能要求、规范设计、生产加工、检验评定 ”统一系统中的主要组成链环图样标注公差定义比较认证测量仪器标定校准功能要求 规范设计 生产加工 检验认证实际 要素操作算子9-3 新一代GPS标准 体系的 理论基础及关键技术 一、GPS数字化基础及关键技术对偶性原理 操作及操作算子技术-表面模型 -要素（几何要素） -恒定类/度 -特征基 本 概 念不确定度理论及应用技术检验 规范公称Part ofPart ofSet of operations on完美形状Part of Part ofSet
8、 of operations onFiltration ofMaterialRespecting constraints with respect toRepresentingPart ofPart of假想的分界面Filtration ofPart ofPart ofPart ofSet of operations onFiltration ofFiltration of检测Respecting constraints with respect toMaterialRepresentingGPS表面模型GPS数字化基础-表面模型v具有完美形状的 理想表面模型v有限采样点集 组成的非理想表 面
9、模型（离散）v无限仿真点集 组成的非理想表 面模型（连续）几何要素的术语、定义 举例公称组成要素公称导出要素实际(组 成)要素提取组成 要素提取导出 要素拟合组成 要素拟合导出 要素GB/T18780.1 = ISO14660-1理想要素的类型恒 定类 一个恒定种类是被同一恒定度定义的、 “特征特征”保持保持不变的一组理想要素理想要素的一个恒定度是理想要素的替代，因此要素特征保持一致复合 体棱柱回转转体 螺旋体 圆圆柱体 平面球无沿直线的 移动Tx1个绕直线的 旋转Rx1个沿直线的 平移同时 绕直线的 旋转 Tx,Rx2个沿直线的 平移，绕 直线的旋 转 Tx,Rx2个绕直线的 旋转，与 直线
10、垂直 的平面内 平移 TX， TY， Rz3个绕一点 的旋转RX， RY， Rz3个本质特征和方位特征 本质特征本质特征intrinsic intrinsic characteristiccharacteristic是理想要素的特征，它 是理想要素参数方程的参数，如圆柱的直径，圆锥的顶角 ，两直线的夹角。方位特征方位特征situation situation characteristiccharacteristic是定义两个要素之间的 方向和位置的特征。它有理想要素之间的方位特征和非理 想要素之间的方位特征。GPS数字化基础-特征特征操作与操作算子的应用举例:被测轴线基准平面体现被测轴线的操作
11、集体现被测轴线的操作集 合合分离分离拟合集成要素的操作体现基准平面的操作集合体现基准平面的操作集合分离:拟合:要素的操作比 较评定结果规范一致性比较-估值要素的操作三、估值操作（3）误差评定结果 f操作与操作算子分离分离拟合集成一、体现被测要素的操作算子（1）二、体现基准要素的操作算子（2）分离2-1拟合2-2垂直度误差检验认证-操作算子一致性比较名义设计功能要求名义模型操作理想要素-分离- 集成- 构建估值名义要求设计意图 （规范过程） 非理想表面模 型（肤面模型）无限点集的几何表 达遵从设计意图制造出的工件的检验 （检验/认证过程） 实际工件非理想表面模型实际存在的要素有限点 集操作理想和
12、/或非理想要素- 分离- 提取- 过滤- 拟合- 集成- 构建操作理想和/或非理想要素- 实体分离- 实体提取- 过滤- 拟合- 集成- 构建估值估值规范的特征值测量结果（实际的特征值 ）规 范 算 子检 验 算 子国家“十五”项目（2002BA906A20-032002BA906A20-03）GPSGPS不确定度及应用不确定度及应用符合不确定度测量不确定度GPS 不确定 度的关 系功能要求 规范设计 检验认证方法不确定度执行不确定度相关不确定度规范不确定度总不确定度国家“十五”项目（2002BA906A20-032002BA906A20-03）设计工程师设计工程师负责相关不确定度和 规范不确
13、定度；计量工程师计量工程师则对测量 不确定度负责。（生产加工）（生产加工）Total-uncertainty nCorrelation-uncertaintynSpecification- uncertaintynMeasurement- uncertaintySpecificationMeasurementComplianceCompliance-uncertainty -uncertaintyd2000h2000hFunction相关不确定度相关不确定度30 h7ERa1.6总不确定度总不确定度应用示例分析应用示例分析国家“十五”项目（2002BA906A20-032002BA906A20
14、-03）oISO 14253-1 第1部分：按规范检验合格或不合格的判定规则oISO/TS 14253-2 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oISO/TS 14253-3 第3部分：测量值不确定度完善性的评估程序基于GUM的GPS测量不确 定度 计量器具和工件的测量检 验国家“十五”项目（2002BA906A20-032002BA906A20-03）测量不确定度的技术经济 性规范区域 规范内规范外规范外规范下限规范上限非重合区非重合区重合区不确定度不确定度规范设计阶段检验评定阶段合格区合格区不合格区不合格区 测量不确定度既减小合格区、也减小不合格区 国家“十五”项目（
15、2002BA906A20-032002BA906A20-03）ISO 14253-1 按规范检验合格或不合格的判定规则给定测量过程的不确定度的管 理 (PUMA)国家“十五”项目（2002BA906A20-032002BA906A20-03）ISO 14253-2 ：测量 任务 UR测量 原理UEN 是否可能或需要 改变最终 测量 不确 定度 UEN改变假设、模型 或改进知识等测量 方法测量 程序测量 条件NOYes 给定测量过程不确定 度模型假设、 知识等不确定 度分量xuUEN= kxu不确定度概算测圆度原理：与理想特征圆比较；方法：工作台回转式或主轴回转式；程序：工件安装、定心准直、测量、评定条件：仪器校准、温度、人员、安装调整等。不确定度评定： 因素分析、假设分布、 评定模型A/B、初步评估 UE1 、比较判断： UE1 UR？以决定是否继 续变因素迭代，直至求 出UEN。测量不确定度的管理流程 (PUMA)国家“十五”项目（2002BA906A20-032002BA906A20-03）ISO 14253-2 ：NOYesYesYesYesYesYes or NoYes or NoYes or NoNo测量任务 目标不确定度 UT测量原理测量 方法测量 程序测量 条件测量 模型假设、 知识等不确定 度分量UEN= kuUENUT改变UEN的 可能性改变UEN的
