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1、 现代现代GPSGPS标准体系标准体系 - 数字化制造规范数字化制造规范 李晓沛李晓沛 机械科学研究院研究员机械科学研究院研究员202011-5-2511-5-25 什么是什么是GPS Geometrical Product Specifications 即宏观和微观几何规范：即宏观和微观几何规范：n尺寸和形位公差、表面特征等几何精度规范尺寸和形位公差、表面特征等几何精度规范n相关的检验原则、测量器具要求和校准规范相关的检验原则、测量器具要求和校准规范n基本表达和图样标注的解释基本表达和图样标注的解释n不确定度的评定和控制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：贯穿于产品从制造到
2、应用的全过程： 开发、设计、加工、检验、使用、维修、报废 ISO/TC 3极限与配合极限与配合ISO/TC10/SC5几何公差的表示法几何公差的表示法ISO/TC57表面特征及其计量学表面特征及其计量学初初 期期 GPS GPS 标标 准准 体体 系系4040年代年代制定制定7070年代制定年代制定6060年代制定年代制定第一代第一代GPS语言语言第一代第一代GPS语言语言n初期初期GPSGPS体系包括原三个体系包括原三个TCTC颁布的约颁布的约6060多多项国际标准，这些项国际标准，这些GPSGPS标准也称为第一代标准也称为第一代GPSGPS语言。第一代语言。第一代GPSGPS语言包括产品的
3、尺寸、语言包括产品的尺寸、公差、表面特征、测量原理和仪器标准公差、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。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。范，但没有建立它们彼此之间的联系。 第一代第一代GPSGPS语言的缺陷语言的缺陷n以第一代以第一代GPSGPS语言为基础制定的设计规范没有考虑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生产过程中实际工件的多变性多变性，缺乏表达各种功能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和控制要求的图形语
4、言，图纸不能充分地精确表述对几何特征误差控制的要求，而造成对几何特征误差控制的要求，而造成功能要求失控功能要求失控；n检验过程由于缺乏误差控制的设计信息，使得合格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，从而造成评定缺乏唯一的准则，从而造成测量评估失控测量评估失控。n标准体系缺乏功能要求、设计规范及测量评定方法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，造等相关信息之间准确的表达和系统的传递方法，造成成设计和功能的不一致，检验与设计的不统一设计和功能的不一致，检验与设计的不统一，成，成为阻碍产品精度进一步提高的直接原因。为阻碍产品
5、精度进一步提高的直接原因。ISO/TC 213产品尺寸和几何技术规范产品尺寸和几何技术规范及认证及认证(检验检验)Dimensional and Geometrical Product Specifications and verification14. June 1996 成立成立第二代第二代GPSGPS语言语言n目前，目前，ISO/TC213ISO/TC213正在致力于发展基于第二正在致力于发展基于第二代代GPSGPS语言的现代语言的现代GPSGPS标准体系。现代标准体系。现代GPSGPS标标准体系将着重于提供一个更加清晰的几何公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
6、评定规范体系来满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足几何产品功能要求。它将成为信息时代集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规范，标志着标准和计量进入了一个新的时代。代。新一代新一代GPSGPS标准体系的特征标准体系的特征nGPSGPS标准体系蕴含工业化大生产的基本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，为特征，反映了技术发展的内在要求，为产品技术评估提供了产品技术评估提供了“通用语言通用语言”。功能功能比较比较计量人员计量人员生产人员生产人员设设 计计
7、人人员员规范规范(设计设计)工件工件制造制造实际实际工件工件检验检验测量值测量值GB/Z GB/Z 20308-2006 ( (ISO/TR14638)产品几何技术规范产品几何技术规范(GPS) (GPS) 总体规划总体规划n从总体上给出了产品几何技术规范（从总体上给出了产品几何技术规范（GPSGPS）标准体系框架以及标准体系框架以及GPSGPS的基本概念的基本概念 n与与ISO/TC213ISO/TC213职责范围之内的职责范围之内的GPSGPS标准及标准标准及标准化工作相对应化工作相对应 n给工业界的给工业界的GPSGPS用户和其他技术委员会提供用户和其他技术委员会提供与与GPSGPS有关
8、的信息，有助于各方面统一对有关的信息，有助于各方面统一对GPSGPS的认识和应用。的认识和应用。 GPSGPS标准体系框架的构成标准体系框架的构成nGPSGPS基础标准基础标准: : 确定确定GPSGPS基本结构和公差基本原则基本结构和公差基本原则的标准的标准nGPSGPS综合标准综合标准： 综合概念和规则综合概念和规则nGPSGPS通用标准通用标准： GPSGPS标准的主体，包括不同几何特标准的主体，包括不同几何特征从设计、制造到检验的一整套征从设计、制造到检验的一整套标准规范标准规范nGPSGPS补充标准补充标准: 是对通用是对通用GPS GPS 标准在要素特定范标准在要素特定范畴的补充规
9、定畴的补充规定基基础础GPS标标准准综合综合GPS标准标准通用通用GPS标准标准补充补充GPS标准标准确定确定GPS基本结构和基本结构和公差基本原则的标准公差基本原则的标准通用原则和定义标准通用原则和定义标准GPS标准的主体，包括不标准的主体，包括不同几何特征从图样标注、同几何特征从图样标注、参数定义、检验原则到仪参数定义、检验原则到仪器校准的一整套标准链器校准的一整套标准链基于制造工艺和要素基于制造工艺和要素本身类型特定范畴的本身类型特定范畴的补充标准补充标准表面特征尺 寸位 置形 状方 向矩阵的矩阵的“行行”是是GPS几何特征的分类几何特征的分类 符符号号标标注注公公差差定定义义要要素素定
10、定义义偏偏差差评评定定测测量量器器具具校校准准要要求求 功能功能要求要求规范规范设计设计认证认证检验检验矩阵的矩阵的“列列”是不同的技术规范和要求是不同的技术规范和要求,代表标准链中的代表标准链中的“环环”通用的通用的GPS矩阵共包括矩阵共包括18个基本几何特个基本几何特征，每个几何特征对应一个标准链，每征，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，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、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列的布局清楚地表明了GPS标准中标准
11、中“研究研究对象（几何特征）对象（几何特征）”与与“功能资源功能资源”（标准链环）之间的关系，反映了标准（标准链环）之间的关系，反映了标准体系的协调性。体系的协调性。直线度的标准链结构的示例直线度的标准链结构的示例 Specification operator567Verification operator通用的通用的GPS标准矩阵（行）标准矩阵（行） 尺寸尺寸 无基准的形状无基准的形状 粗糙度轮廓粗糙度轮廓 半径半径 有基准的形状有基准的形状 波纹度轮廓波纹度轮廓 距离距离 方向、位置方向、位置 原始轮廓原始轮廓 角度角度 基准基准 表面缺陷表面缺陷 跳动跳动 新一代新一代GPSGPS直径尺
12、寸的图样标注直径尺寸的图样标注孔的的最大内接尺寸孔的的最大内接尺寸 孔的最小二乘尺寸孔的最小二乘尺寸 孔的最小外接尺寸孔的最小外接尺寸 示示 例例ISO 14405线性尺寸线性尺寸ISO286公差体系公差体系ISO1938尺寸的检验尺寸的检验ISO 14978ISO 14978 计量器具通用要求计量器具通用要求ISO10360ISO10360 坐标测量机的性能检验坐标测量机的性能检验通用通用GPSGPS标准矩阵一览表（附录标准矩阵一览表（附录）新一代的GPS标准nGPSGPS基础标准基础标准GB/Z 20308-2006 GPS GPS 总体规划总体规划 nGPSGPS综合标准综合标准GB/T
13、 19765 -2005 GPS 产品几何技术规范和检验的产品几何技术规范和检验的标准参考温度标准参考温度 GB/T18780.1.2-2003 GPS 几何要素几何要素GB/T18779.1.3-2009 GPS GPS 工件与测量设备的测量工件与测量设备的测量检验检验GB/T24634 -2009 GPS GPS 尺寸和几何测量器具的通用尺寸和几何测量器具的通用要求要求GB/T 24637-2009 GPS GPS 通用概念通用概念 几何规范和验证的几何规范和验证的模式模式 nGPS通用标准通用标准 GB/Z 24638-2009 GPS GPS 线性和角度的尺寸和公差标注线性和角度的尺寸
14、和公差标注（台阶，距离，角度和半径（台阶，距离，角度和半径 ） GB/T 24630-2009产品几何量技术规范（产品几何量技术规范（GPSGPS）平面度平面度 GB/T24631-2009 产品几何量技术规范（产品几何量技术规范（GPSGPS）直线度直线度 GB/T24632-2009 产品几何量技术规范（产品几何量技术规范（GPSGPS）圆度圆度 GB/T24633-2009 产品几何量技术规范（产品几何量技术规范（GPSGPS）圆柱度圆柱度 GB/T16857.1.6 GPS GPS 坐标测量机的验收检测和复检检坐标测量机的验收检测和复检检测测 GB/T 24635-2009 GPS G
15、PS 坐标测量机不确定度评定系列坐标测量机不确定度评定系列 GB/Z 24636.1 .5 GPS GPS 统计公差系列统计公差系列GPSGPS的数字化技术的数字化技术实现数字化制造的基础实现数字化制造的基础n新一代新一代GPSGPS用数学作为基础语言结构，以计用数学作为基础语言结构，以计量数学为根基，量数学为根基，整个整个GPSGPS体系中数学的描述、体系中数学的描述、定义、建模及信息传递定义、建模及信息传递“无所不在无所不在”，数学，数学系统化的应用是前所未有的。这些都是过去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以几何学为基础的技术标准中完全没有的全新
16、概念。新概念。GB/T 24637-2009 （ISO/TS 17450ISO/TS 17450）GPSGPS的数字化技术的数字化技术实现数字化设计与计量的基础实现数字化设计与计量的基础新一代新一代GPSGPS通过表面模型、恒定类、操作通过表面模型、恒定类、操作等概念的引入，实现几何要素从定义、描述、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，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。解决了产品实现中数学表达统一规范的难题。表面表面模型模型设计阶段设计阶段 制造阶段制造阶段 检验阶段检验阶段公称表面模公称表面模型是由
17、设计型是由设计者所定义的者所定义的完美形状的完美形状的表面模型，表面模型，是一个理想是一个理想模型。模型。根据功能要求仿真模根据功能要求仿真模拟而得到的；是由无拟而得到的；是由无限仿真点集组成的；限仿真点集组成的；通过规范算子的操作通过规范算子的操作获得规范特征值（特获得规范特征值（特征极限值或特征允许征极限值或特征允许值）。值）。 根据对实际工根据对实际工件表面的测量件表面的测量而得到的非理而得到的非理想表面模型。想表面模型。是有限测点的是有限测点的集合；通过检集合；通过检验算子的操作验算子的操作获得实际特征获得实际特征值（或实际偏值（或实际偏差值）。差值）。 表表 面面 模模 型型几何要素
18、几何要素 GPSGPS系统的表面模型需要系统的表面模型需要由相应的由相应的“要素要素”和和“特征特征”予以定义和描述予以定义和描述。几何要素几何要素n几何要素，即构成工件几何特征的点、线和面，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，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。认证，表现为对具体要素的检验。n第一代第一代GPSGPS标准对要素的分类和描述相对简
19、单，但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，不能满足现代量技术不相适应，不能满足现代GPSGPS标准体系的要标准体系的要求。求。 GB/T18780 “GPS 几何要素几何要素”等同采用等同采用ISO14660ISO14660n给出了要素的定义和基本概念给出了要素的定义和基本概念GB/T18780分为两部分分为两部分：nGB/T18780.1- 2002 第第1 1部分部分：基本术语和定：基本术语和定义义nGB/T18780.2 - 2003 第第2 2部分部分：圆柱面和圆锥：圆柱面和圆锥面的提取中
20、心线、平行平面的提取中心面、提面的提取中心线、平行平面的提取中心面、提取要素的局部尺寸取要素的局部尺寸 几何要素几何要素基本术语定义基本术语定义公称组成公称组成要素要素公称导出公称导出要素要素实际实际要素要素提取组提取组成成要素要素提取导出提取导出要素要素拟合组拟合组成成要素要素拟合导出拟合导出要素要素GB/T18780 .1 = ISO14660-1要要 素素 组成要素组成要素导出要素导出要素公称的公称的实际的实际的提取的提取的拟合的拟合的图样图样工件工件工件的工件的替代替代公称组成要素公称组成要素实际组成要素实际组成要素提取组成要素提取组成要素拟合组成要素拟合组成要素公称导出要素公称导出要
21、素提取导出要素提取导出要素拟合导出要素拟合导出要素点、线或面点、线或面面面或或面面上上的的线线要要 素素组成要素组成要素导出要素导出要素公称的公称的实际的实际的提取的提取的拟合的拟合的图样图样工件工件工件的工件的替代替代公称组成要素公称组成要素实际组成要素实际组成要素提取组成要素提取组成要素拟合组成要素拟合组成要素公称导出要素公称导出要素提取导出要素提取导出要素拟合导出要素拟合导出要素由由一一个个或或几几个个组组成成要要素素得得到到的的中中心心点点、中中心心线线或或中中心心面面导出导出要要 素素组成要素组成要素导出要素导出要素公称的公称的实际的实际的提取的提取的拟合的拟合的图样图样工件工件工件
22、的工件的替代替代公称组成要素公称组成要素实际组成要素实际组成要素提取组成要素提取组成要素拟合组成要素拟合组成要素公称导出要素公称导出要素提取导出要素提取导出要素拟合导出要素拟合导出要素由由技技术术制制图图或或其其他他方方法法确确定定的的理理论论正正确确组组成成要要素素公称组成要素公称组成要素要要 素素组成要素组成要素导出要素导出要素公称的公称的实际的实际的提取的提取的拟合的拟合的图样图样工件工件工件的工件的替代替代公称组成要素公称组成要素实际组成要素实际组成要素提取组成要素提取组成要素拟合组成要素拟合组成要素公称导出要素公称导出要素提取导出要素提取导出要素拟合导出要素拟合导出要素一一个个或或几
23、几个个公公称称组组成成要要素素导导出出的的中中心心点点、轴轴线线或或中中心心面面导出导出公称导出要素公称导出要素要要 素素组成要素组成要素导出要素导出要素公称的公称的实际的实际的提取的提取的拟合的拟合的图样图样工件工件工件的工件的替代替代公称组成要素公称组成要素实际组成要素实际组成要素提取组成要素提取组成要素拟合组成要素拟合组成要素公称导出要素公称导出要素提取导出要素提取导出要素拟合导出要素拟合导出要素由接近实际（组成）要由接近实际（组成）要素所限定的工件实际素所限定的工件实际表面的组成要素部分。表面的组成要素部分。实际组成实际组成要素要素要要 素素组成要素组成要素导出要素导出要素公称的公称的
24、实际的实际的提取的提取的拟合的拟合的图样图样工件工件工件的工件的替代替代公称组成要素公称组成要素实际组成要素实际组成要素提取组成要素提取组成要素拟合组成要素拟合组成要素公称导出要素公称导出要素提取导出要素提取导出要素拟合导出要素拟合导出要素按规定方法，由实际按规定方法，由实际组成要素提取有限数组成要素提取有限数目的点形成的实际组目的点形成的实际组成要素的近似替代。成要素的近似替代。提提取取提取组成提取组成要素要素要要 素素组成要素组成要素导出要素导出要素公称的公称的实际的实际的提取的提取的拟合的拟合的图样图样工件工件工件的工件的替代替代公称组成要素公称组成要素实际组成要素实际组成要素提取组成要
25、素提取组成要素拟合组成要素拟合组成要素公称导出要素公称导出要素提取导出要素提取导出要素拟合导出要素拟合导出要素由一个或几个提取组成由一个或几个提取组成要素得到的中心点、中要素得到的中心点、中心线或中心面心线或中心面导出导出提取导出提取导出要素要素要要 素素组成要素组成要素导出要素导出要素公称的公称的实际的实际的提取的提取的拟合的拟合的图样图样工件工件工件的工件的替代替代公称组成要素公称组成要素实际组成要素实际组成要素提取组成要素提取组成要素拟合组成要素拟合组成要素公称导出要素公称导出要素提取导出要素提取导出要素拟合导出要素拟合导出要素按规定的方法由提取按规定的方法由提取组成要素形成的具有组成要
26、素形成的具有理想形状的组成要素理想形状的组成要素拟拟合合拟合组成要拟合组成要素素要要 素素组成要素组成要素导出要素导出要素公称的公称的实际的实际的提取的提取的拟合的拟合的图样图样工件工件工件的工件的替代替代公称组成要素公称组成要素实际组成要素实际组成要素提取组成要素提取组成要素拟合组成要素拟合组成要素公称导出要素公称导出要素提取导出要素提取导出要素拟合导出要素拟合导出要素由一个或几个拟合组成由一个或几个拟合组成要素导出的中心点、中要素导出的中心点、中心线或中心平面心线或中心平面导出导出拟合导出要拟合导出要素素几何要素新分类几何要素新分类GB/T18780 -2003 = ISO14660-1公
27、称组成公称组成要素要素公称导出公称导出要素要素实际实际要素要素提取组成提取组成要素要素提取导出提取导出要素要素拟合组成拟合组成要素要素拟合导出拟合导出要素要素 设计设计 制造制造 检验检验 评定评定公称要素公称要素 实际要素实际要素 提取要素提取要素 拟合要素拟合要素尺寸要素尺寸要素GB/T 18780.1-2002 = ISO 14660-1n由一定大小的线性尺寸或角度尺寸确由一定大小的线性尺寸或角度尺寸确定的几何形状。定的几何形状。 注：尺寸要素可以是圆柱形、球形、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。两平行对应面、圆锥形或楔形。GPS GPS 几何要素几何要素（G
28、B/T18780.2 = ISO14660-2）第第2 2部分：圆柱面和圆锥面的提取中部分：圆柱面和圆锥面的提取中心线、平行平面的提取中心面、心线、平行平面的提取中心面、提取要素的局部尺寸提取要素的局部尺寸（GB/T 18780.2- 2003GB/T 18780.2- 2003） 术术 语语 和和 定定 义义 ( 1 ( 1 ) ) 圆柱面的提取中心线圆柱面的提取中心线提取导出要素提取导出要素 圆锥面的提取中心线圆锥面的提取中心线 提取中心面提取中心面 圆柱面的提取中心线圆柱面的提取中心线定义：定义：圆柱面的各横截面中心的轨迹圆柱面的各横截面中心的轨迹4 4。-横截面的横截面的中心中心是拟合
29、圆是拟合圆5 5的圆心的圆心6 6-横截面横截面垂直于垂直于由提取表面得到的由提取表面得到的拟合圆柱面拟合圆柱面2 2（其（其半径可能与公称半径不同）的半径可能与公称半径不同）的轴线轴线3 3。圆柱面的提取中心线圆柱面的提取中心线缺省规定缺省规定的约定的约定：-拟合圆是拟合圆是最小二乘最小二乘圆；圆；-拟合圆柱面是拟合圆柱面是最小二乘最小二乘圆柱面。圆柱面。术术 语语 和和 定定 义（义（2 2） 提取圆柱面的提取圆柱面的 局部直径局部直径提取要素的局部尺寸提取要素的局部尺寸 两平行提取表面的两平行提取表面的 局部尺寸局部尺寸 提取圆柱面的局部直径提取圆柱面的局部直径提取圆柱面的局部直径提取圆
30、柱面的局部直径定义：定义：要素上（要素上（5 5）两对应点的距离（两对应点的距离（8 8）。n两对应点之间的连线两对应点之间的连线通过通过拟合圆拟合圆6 6的的圆心圆心7 7n横截面横截面垂直于垂直于由提取表面由提取表面1 1得到的得到的拟合拟合圆柱面圆柱面2 2的的轴线轴线3 3提取圆柱面的局部直径提取圆柱面的局部直径提取圆柱面的局部直径提取圆柱面的局部直径拟合圆柱面的局部直径拟合圆柱面的局部直径缺省规定缺省规定的约定的约定：n拟合圆拟合圆是是最小二乘最小二乘圆圆n拟合圆柱面拟合圆柱面是是最小二乘最小二乘圆柱面圆柱面 GB/T18780.1是GPS综合标准 新一代新一代GPSGPS语言提出了
31、针对要素的六种操作语言提出了针对要素的六种操作. . 用数字化语言用数字化语言支持了支持了CAx的应用的应用. .使得在实际加工中使得在实际加工中“要素要素”的体现更科学、的体现更科学、规范和统一规范和统一, ,解决生产过程中对传统公差的可操作性差的问解决生产过程中对传统公差的可操作性差的问题题. 分离分离 提取提取 滤波滤波 拟合拟合 集成集成 构建构建 要要 素素 的的 操操 作作 GB/T 24637-2009分分 离离n用来从非理想表面模型或实际表面获得与公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
32、非理想要素的有限部分要素的有限部分或非理想要素的有限部分。提提 取取n采用特定的方法，从一个要素获取有限采用特定的方法，从一个要素获取有限点，用这些点来描述该要素点，用这些点来描述该要素。滤滤 波波n采用特定规则，从非理想要素中获取想要的采用特定规则，从非理想要素中获取想要的特征。特征。n用来提炼粗糙度、波纹度、结构和形状等。用来提炼粗糙度、波纹度、结构和形状等。a)a)波度轮廓波度轮廓 b)b)粗糙度轮廓粗糙度轮廓.c)c)没过滤的轮廓没过滤的轮廓 拟拟 合合n依据一定准则，使理想要素逼近非理想要素。依据一定准则，使理想要素逼近非理想要素。n一理想圆柱与非理想要素拟合，其准则为：一理想圆柱与
33、非理想要素拟合，其准则为：n使非理想要素与理想圆柱各点距离平方和最小；使非理想要素与理想圆柱各点距离平方和最小；n最大化内切圆柱的直径；最大化内切圆柱的直径；n最小化外接圆柱的直径；等等最小化外接圆柱的直径；等等非理想要素非理想要素理想圆柱理想圆柱采用采用“最大内切圆柱最大内切圆柱”准则拟准则拟合合集集 成成n可以对理想要素集成，也可对非理想要素集成。可以对理想要素集成，也可对非理想要素集成。n集成操作改变了被集成要素的恒定度和类型。集成操作改变了被集成要素的恒定度和类型。n例如：两个柱面被集成（如建立公共基准时），集成例如：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。后的要素
34、为棱柱类别。n两个要素间方位特征成为集成要素的本质特征两个要素间方位特征成为集成要素的本质特征构构 建建n被构建的要素和构建后的要素都为理想要被构建的要素和构建后的要素都为理想要素。素。PL1：理想平面理想平面1PL2：理想平理想平操作与操作算子的应用操作与操作算子的应用规范:被测轴线被测轴线基准平面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垂直度误差评定/ /检验检验-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: 比比 较较评定结果评定结果规范规范 一致性比较一致性比较-检验检验 GB/T18779（ISO 14253）表面模型表面
35、模型（模拟真实表面，（模拟真实表面，连续结构）连续结构）实际表面实际表面（测量所得表面，（测量所得表面，离散结构）离散结构）一致性比较一致性比较规范特征规范特征Specification characteristics要素运算要素运算理想和（或）非理想特征理想和（或）非理想特征分离（分离（PartitionPartition）提取（提取（ExtractionExtraction）滤波（滤波（FiltrationFiltration）拟合（拟合（AssociationAssociation）集成（集成（CollectionCollection）构构建建（ConstructionConstruct
36、ion）规规范范操操作作估值估值 Evaluation测量结果测量结果(Result of measurement)要素运算要素运算理想和（或）非理想特征理想和（或）非理想特征物理分割物理分割（PartitionPartition）物理提取（物理提取（Extraction）滤波（滤波（Filtration）拟合（拟合（Association）集成（集成（Collection）构建（构建（Construction）检检验验操操作作评估评估 EvaluationGPSGPS系统的对偶性原理及操作技术系统的对偶性原理及操作技术新一代新一代GPS系统系统 设计（公称表面模型）设计（公称表面模型）设计（
37、公称表面模型）设计（公称表面模型）功能要求功能要求GPS规范设计规范设计 制造制造制造制造（皮肤表面模型）（皮肤表面模型）（皮肤表面模型）（皮肤表面模型）产品技术文件产品技术文件生生产产实际工件实际工件（实际表面模型）（实际表面模型） 检验、认证检验、认证检验、认证检验、认证 （检验表面模型）（检验表面模型）（检验表面模型）（检验表面模型）工件检验工件检验产品性能产品性能特征值及其极限值特征值及其极限值的计算的计算功能控制环功能控制环操作算子操作算子不确定度管理不确定度管理GPS GPS 不不 确确 定定 度度 Verification/Measurement 认证认证/测量测量 Specif
38、ication 规范规范 Function 功能功能 Implementation Uncertainty 执行不确定度执行不确定度 Method Uncertainty 方法不确定度方法不确定度 Specification Uncertainty 规范不确定度规范不确定度 Correlation Uncertainty 关联不确定度关联不确定度 MeasurementUncertainty 测量不确定度测量不确定度 ConformanceUncertainty 符合不确定度符合不确定度 TotalUncertainty 总体不确定度总体不确定度 用用来来描描述述给给定定的的规规范范与与产产品
39、品功功能能的的适适合合程程度度由由于于图图样样标标注注不不明明确确或或影影响响测测量量结结果果所所有有必必要要条条件件的的规规范范给给定定的的不不完完整整所所造造成成相相同同的的规规范范使使用用不不同同的的测测量量方方法法所所产产生生的的不不确确定定度度操操作作过过程程和和测测量量器器具具内内在在误误差差产产生生的的不不确确定定度度GPSGPS不确定度理论及其拓展应用不确定度理论及其拓展应用Verification/Measurement 认证认证/测量测量 Specification 规范规范 Function 功能功能 Implementation Uncertainty 执行不确定度执行
40、不确定度 Method Uncertainty 方法不确定度方法不确定度 Specification Uncertainty 规范不确定度规范不确定度 Correlation Uncertainty 关联不确定度关联不确定度 MeasurementUncertainty 测量不确定度测量不确定度 ComplianceUncertainty 符合不确定度符合不确定度 TotalUncertainty 总体不确定度总体不确定度 设计者设计者测量人员测量人员新一代新一代GPSGPS把不确定度的概念推广到测量领域以外，把不确定度的概念推广到测量领域以外，利用利用“不确定度不确定度”误差传误差传递原理递
41、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。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。 基于基于GUM的的GPS测量不确定度测量不确定度 计量器具和工件的测量检验计量器具和工件的测量检验nISO 14253-1 （GB/T18779.1-2002） 第第1部分部分： 按规范检验合格或不合格的判定规则按规范检验合格或不合格的判定规则nISO/TS14253-2 (GB/T18779.2-2004) 第第2部分部分： 测量设备校准和产品检验中的测量不确定度评定测量设备校准和产品检验中的测量不确定度评定指南指南nISO/TS 14253-3 (GB/T18
42、779.3-2009) 第第3部分部分： 在在测量不确定度测量不确定度表述上表述上达成一致性达成一致性协议协议的指南的指南 产品几何量技术规范（产品几何量技术规范（GPSGPS） 工件与测量设备的测量检验工件与测量设备的测量检验第第1 1部分：部分：按规范检验合格或不合格的按规范检验合格或不合格的判定规则判定规则GB/T 18780.1- 2002idt ISO 14253-1: 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，应考虑评定得到的按规范判定合格与否，应考虑评定得到的测量不确定度（测量不确定度（U）判定规则的应用判定规则的应用 n测量不确定度始终由进行测量并提供合格与不
43、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。合格证明的一方考虑。 n供方检验合格供方检验合格: : 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）。明（在合格区）。n顾客检验不合格顾客检验不合格： 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）。定不合格（在不合格区）。产品几何量技术规范（产品几何量技术规范（GPSGPS） 工件与测量设备的测量检验工件与测量设备的测量检验第第2 2部分部分：测量设
44、备校准和产品检验中测量设备校准和产品检验中GPSGPS测量的不确定度评定指南测量的不确定度评定指南 GB/T 18779.2- 2004idt ISO/TS 14253-2: 1999适用范围适用范围n适适用用于于工工业业生生产产GPSGPS领领域域中中测测量量标标准准和和测测量量设设备备的的校校准准以以及及工件工件GPSGPS特征量的测量特征量的测量。 n以以测测量量不不确确定定度度表表示示指指南南（GUMGUM）和和JJF-1059:1999JJF-1059:1999测测量量不不确确定定度度评评定定和和表表示示为为基基础础的的用用于于评评定定测测量量结结果果不确定度的实用性逼近程序。不确定
45、度的实用性逼近程序。n目目的的是是给给出出完完成成不不确确定定度度报报告告所所需需的的全全部部信信息息，并并为为测测量量结结果果及及其其不不确确定定度度（顾顾客客和和供供方方之之间间的的关关系系）的的国国际际、国国内比对提供基础。内比对提供基础。 JJF 1130-2005几何量测量设备校准中的不确定度评定指几何量测量设备校准中的不确定度评定指南南 产品几何量技术规范（产品几何量技术规范（GPSGPS） 工件与测量设备的测量检验工件与测量设备的测量检验第第3 3部分：部分：在在测量不确定度测量不确定度表述上表述上达成达成一致性一致性协议协议的指南的指南 GB/T 18779.3- 2009id
46、t ISO/TS 14253-3: 2002主主 要要 内内 容容n由于测量不确定度对产品的合格或不合格判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。的会在不确定度的评价上存在争议。 n该部分标准描述了如何使供方和客户方就不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。确定度表达上达成一致性意见的过程。 n当客户或供方在测量不确定度表述上有疑问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时，应用测量不确定度表述的不确定度概算程序。程序。
47、 产品几何量技术规范（产品几何量技术规范（GPSGPS）产品几何量技术规范和检验的标准产品几何量技术规范和检验的标准参考温度参考温度 GB/T 197652005 idt ISO1：2002 产品几何量技术规范和检验的产品几何量技术规范和检验的标准参考温度为标准参考温度为2020 n该该标准是综合的标准是综合的GPSGPS标准，它影响全部标准，它影响全部1818种几何特种几何特征的所有链环。规定了征的所有链环。规定了GPSGPS领域的标准参考温度，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是确定技术规范数值和检验值的基础. . n标准参考温度适用于标准参考温度适用于GPSGPS规范，
48、即在标准参考温度规范，即在标准参考温度下确定和规范全部下确定和规范全部GPSGPS特征。因此，当进行工件几特征。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参考温度将会在测量结果中产生误差和测量不确定度。定度。nISO/TS 16015:2003 “GPSISO/TS 16015:2003 “GPS由于热影响产生的由于热影响产生的系统误差和长度测量的测量不确定度系统误差和长度测量的测量不确定度”。 GPSGPSGPSGPS的新旧两种计量体系的新旧两种计量体系的新旧两种计量体系的新旧两种计量体系n
49、传统计量体系：传统计量体系： 基于实物计量器具的计量体系基于实物计量器具的计量体系；n数字化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。基于取样点和计算机软件分析的计量体系。三坐标测量机三坐标测量机 数字化测量仪器的精典产品数字化测量仪器的精典产品 国国际际标标准准化化组组织织ISOISO自自19941994年年至至今今相相继继发布了发布了ISO10360ISO10360系列六个标准系列六个标准. . 为为了了能能够够对对坐坐标标测测量量机机进进行行符符合合要要求求的的性性能能检检测测和和验验收收，在在上上述述标标准准和和规规范范中中定定义义了了坐坐标标测测量量机机的的主主
50、要要性性能能指指标标：长长度度测测量量示示值误差和探测误差，并规定了其测量方法。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。国供认的有效方法。坐标测量机坐标测量机CMMCMM的性能评定标准的性能评定标准（验收检验和周期复检）（验收检验和周期复检）nISO 10360-1 第第1 1部分部分: :词汇词汇 (GB/T16857.1-2001)nISO 10360-2
51、 第第2部分部分:测量线性尺寸的测量线性尺寸的CMMs (GB/T16857.2-2006)nISO 10360-3 第第3部分部分:配置转台的轴线为第四轴的配置转台的轴线为第四轴的CMMs (GB/T16857.3-2009)nISO 10360-4 第第4部分部分:在扫描模式下测量的在扫描模式下测量的CMMs (GB/T16857.4-2003)nISO 10360-5 第第5部分部分:多探针系统的多探针系统的CMM (GB/T16857.5 -2005）nISO 10360-6 第第6部分部分:计算高斯拟合要素的误差评定计算高斯拟合要素的误差评定 （GB/T16857.6 -2006）应
52、应 用用 验收检测验收检测在供方和顾客签订了下列合同：在供方和顾客签订了下列合同：n购货合同；购货合同；n维护合同；维护合同；n修理合同；修理合同；n改造合同；改造合同；n升级合同。升级合同。按按制造商规定的制造商规定的长度测量示值误差和探测误差的长度测量示值误差和探测误差的允许值验收。允许值验收。应应 用用 复检检测复检检测n在企业内部质量保证体系中，用于测量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。尺寸的坐标测量机的性能。n顾客规定顾客规定长度测量示值误差和探测误差长度测量示值误差和探测误差的的允许值和规定其具体应用限定。允许值和规定其具体应用限定。 但是，坐标测量机的测量
53、任务是多样但是，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差和探测的，简单地使用长度测量示值误差和探测误差不能简单地替代所有其他测量任务的误差不能简单地替代所有其他测量任务的测量不确定度。测量不确定度。 为此，为此，ISOISO根据欧洲实验室认可组织根据欧洲实验室认可组织的技术指南的技术指南EAL-G17 “EAL-G17 “坐标测量机的校准坐标测量机的校准” ” 提出了提出了“面向任务面向任务”的测量不确定度的测量不确定度概念。概念。坐标测量机的不确定度评定标准坐标测量机的不确定度评定标准 nISO/TS 15530-1ISO/TS 15530-1 总则总则 nISO/TS 15
54、530-2ISO/TS 15530-2应用应用专家评定系统的不确定度评估专家评定系统的不确定度评估nISO/TS 15530-3 ISO/TS 15530-3 应用己校准的工件或标准应用己校准的工件或标准 （GB/TGB/T 24635.3-200924635.3-2009） nISO/TS 15530-4 ISO/TS 15530-4 应用应用计算机模拟的不确定度评估计算机模拟的不确定度评估 nISO/TS 15530-5 ISO/TS 15530-5 应用应用统计方法的不确定度评估统计方法的不确定度评估 nISO/TS 15530-6 ISO/TS 15530-6 应用应用未校准工件的不确
55、定度评估未校准工件的不确定度评估 nGB/Z 24636.1-2009 GPS GPS 统计公差统计公差 第第1 1部分部分: : 术语、定义和基本念术语、定义和基本念nGB/Z 24636.2-2009 GPS GPS 统计公差统计公差 第第2 2部分：部分：统计公差值及其图样标注统计公差值及其图样标注nGB/Z 24636.3-2009 GPS GPS 统计公差统计公差 第第3 3部分：部分：零件批（过程）的统计质量指标零件批（过程）的统计质量指标nGB/Z 24636.4-2009 GPS GPS 统计公差统计公差 第第4 4部分：部分： 基于给定置信水平的统计公差设计基于给定置信水平的
56、统计公差设计nGB/Z 24636.5-2011 GPS GPS 统计公差统计公差 第第5 5部分：部分：装配批（孔、轴配合）的统计质量指标装配批（孔、轴配合）的统计质量指标统计公差系列统计公差系列标准标准 全球全球 GPSGPS的应用贯彻的应用贯彻 nGPSGPS在全球的推广应用将是在全球的推广应用将是TC213TC213今后的重要任务今后的重要任务 , ,决定决定起草关于贯彻技术产品规范的国际模式及起草关于贯彻技术产品规范的国际模式及应用指南的技术报告应用指南的技术报告ISO/TRISO/TR 23605 23605ISO/TR 23605技术产品规范的国际模式及应用指南技术产品规范的国际
57、模式及应用指南为为GPS体系的应用提供索引和体系的应用提供索引和GPS路标路标roadmap，并创，并创建指南库，以帮助全球工业界应用建指南库，以帮助全球工业界应用GPS。 A Output - traditionalOutput - newGPS标准将对我国制造业产生重大影响标准将对我国制造业产生重大影响nGPSGPS系列标准将对我国制造业的产品设计，生产过系列标准将对我国制造业的产品设计，生产过程质量控制和产品验收带来全新观念。产品的功程质量控制和产品验收带来全新观念。产品的功能要求将更好更确切的体现在图纸上，生产过程能要求将更好更确切的体现在图纸上，生产过程质量控制和产品验收将会更规范，更体现产品的质量控制和产品验收将会更规范，更体现产品的功能要求和最终质量目标和成本目标。我国的工功能要求和最终质量目标和成本目标。我国的工程设计、制造、质量管理和检测认证将推向更高程设计、制造、质量管理和检测认证将推向更高水平水平。
