注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

zct617的博客

欢迎博友来这里访问

 
 
 

日志

 
 
关于我

生于扬州,学前随父母去过西安、长沙、桂林、昆明、合川,小学在重庆,中学在上海,50年到北京国立高工读书,并在北京工作,70年来三线工作.82年定居成都.95年退休.游戏智慧是47年随父亲皈依贡戛活佛的法号.一生奉献于我国的计量事业,工作勤勤恳恳,刻苦钻研,事业略有所成.退休后致力于总结多年工作中的经验.子女均自立,一代更比一代强.尽享天伦之乐.

网易考拉推荐

尽快建立完善的几何量误差体系的国际标准  

2008-06-23 08:43:21|  分类: 长度计量 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |

《尽快建立完善的几何量误差休系的国际标准》一文于2003年9月在“中国技术标准发展战略暨国家标准体系建设高层论坛”发表,并获优秀奖。

             

《尽快建立完善的几何量误差休系的国际标准》一文于2003年9月在“中国技术标准发展战略暨国家标准体系建设高层论坛”发表,并获优秀奖。

              尽快建立完善的几何量误差体系的国际标准

                                         张成悌

                    (中国测试技术研究院  成都  610021)

 

 

 

摘   要  现行国际标准只有形状误差和位置误差,而缺少参数误差,对于一阶函数的直线、平面还适用,对于二阶以上的函数如圆柱面、圆锥面…等就有不完善之处。由形状误差、位置误差、参数误差组成的几何量误差体系能对所有几何量误差或技术要求做出解释,因为它们都是由这三项误差组成的。文章介绍了作者在这方面所做的工作。

关键词   几何量误差体系 形状误差 位置误差 参数误差

1.关于几何量误差方面现行国际标准的情况与存在的问题

目前关于几何量误差方面现行的国际标准在形状和位置公差方面的有ISO 1101:1996、

ISO 2692:1996、ISO 2768:1989、ISO 5458:1987、ISO 10578:1992、ISO 5459:1981、ISO 1660:1982,其中ISO 1101:1996是关于形状和位置公差方面的基础标准,它包括了通则、定义、符号和图样等。在另外一个方面的基础标准就是尺寸及公差配合,这方面有ISO 286:1978、ISO 1938:1978、ISO 2768:1989、ISO 1829:1975等。表面粗糙度也是几何量误差方面的一个基础方面,这方面有ISO 468:1982 …等。现在几何量误差方面缺少一个统领整个领域的基础标准,这个基础标准应建立在数学理论基础上。任何一个几何量误差都可分解为参数误差、形状误差和位置误差。一阶函数的(直)线和(平)面只有形状误差和位置误差,没有参数误差;二阶及二阶以上的(曲)线和(曲)面才有参数误差[1][2]。ISO 1101由于缺少参数误差所以它无法统领整个几何量误差领域;ISO 1101由于缺少参数误差观念使得它自身的概念含糊,例如把圆柱度定义为形状误差,而圆柱度是一个综合误差,它是由参数误差(锥度)和形状误差(锥形度)构成的 [4][5][6][7][8][9][10]。也正是这个原因至今在ISO标准中没有圆锥体的形状误差,在一些锥体工具和锥体量规的标准中它们的形状误差只能是圆度和母线直线度,而无法对锥面提出面的形状误差(即锥形度),更无法用最小区域法进行评定。同样的原因把线轮廓度和面轮廓度定义为曲线、曲面的形状误差,而线轮廓度和面轮廓度更只是一个综合误差,它们是由参数误差、形状误差和位置误差组成的。ISO 1101的位置误差的指导思想是将位置误差与形状误差相关联,可以互相补偿,这样虽可以减少一些废品率。但从误差分类学角度看它还不能算是纯正的位置误差,而是一种综合误差,只能是几何量误差中的一种技术要求。作为几何量误差的三大类基本误差之一的位置误差,它是代表实际表面的理想表面与其设计要求的理想表面的特征坐标间的平移与旋转的误差。如果一个表面没有形状误差和参数误差,只有位置误差,通过平移和旋转就能与设计的理想表面完全重合。位置误差可以通过结构设计使其能调整或自动调整而消除,或在加工过程中通过调整或数控修正而消除。在当今数字时代,如果不把位置误差从综合误差中分离出来,就不能进一步提高产品质量和降低成本。

在光学行业与机械行业之间对平晶的检定有很长时间的争论,光学行业认为平晶就是一种光学平面对板,是一种曲率半径为无穷大的光学对板,应与其它光学对板的检验方法和技术要求不应有什么区别。在光学对板的技术要求中,N是反映与曲率半径误差有关的检验项目,它对光学放大倍数及光学筒长有影响,而△N是非球形的形状误差,它对光学成像质量有很重要的影响。在光学行业中有时会出现△N大于N的现象,而机械行业无法理解。在机械行业中认为平晶是检验平面度的标准量具,用干涉法检验平晶时,N就是平面度误差,而△N就是局部平面度,因此△N只能小于或等于N,绝不会出现△N大于N的现象。在两个行业之间对同一个测量结果会评定出不同的结论,就是因为对同一被测表面一个认为平面是无穷大的球面(二阶表面),另一个认为是平面(一阶表面),得到不同结果是很自然的。把平晶从平面对板中区分出来,给以平面度的要求,这样就解决了两个行业间的长期分歧。

由于ISO 1101是建立在一阶函数基础上,它在解决二阶或二阶以上的问题时就显得无能为力了。

2. 几何量误差体系标准的主要内容

   首先是确定标准的适用范围,从构成机器零件的单元——型面(体)(Feature)开始,到机器零件,零件与零件间,零件与部件间,部件与部件间,直到整台机器的几何量的要素、参数、特性等。以及有关术语的注释。这部分称为总则或通则。

    第二部分是标准的主体,即几何量误差体系的构成,三项基本误差的定义。从其状态来分又有实体几何量误差,运动件几何运动的几何量误差,数控运动的数控几何量误差。

型面是构成机器零件的元素,一个零件由若干型面构成。例如钢球是单一型面的零件。在构成零件的若干型面中有主导(体)型面、基准型面、辅助型面之分。对于零件的几何量误差,就是指前二种型面的几何量误差。在零件设计时每个型面都应有自己的定义域及其定义函数。定义函数在其定义域内应连续可微。用特征函数代表实际型面时,特征函数是定义函数的同族函数,同族函数具有相同的数学特征。实际型面至特征函数在指定方向的最大偏离为最小。此最大偏离为该实际型面的形状误差,特征函数与定义函数在参数上的差异为参数误差,特征函数与定义函数的特征点和特征线(例如圆心、焦点、对称点、对称轴线等)在位置上和方向上的差异是位置误差。型面自身只存在形状误差和参数误差。在两个或两个以上的型面(含基准型面)之间才存在位置误差。实际型面上的特征点,其对特征函数的偏离相等且为最大;若用两个特征函数包容实际型面时,两特征函数在指定方何的距离为最小,此距离为形状误差,实际型面上的特征点也是两特征函数上的点。

定义函数是实际型面的数学模型,如何从实际型面的数据中求解特征函数,实际上就是要找出实际型面上的特征点。它的未知数个数等于参数误差的个数与位置误差的个数之和。它的方程数是未知数个数加1,实际型面上的特征点的点数是方程个数加1。合理设计测量方案,可以使未知数个数减小到最少,而简化计算。为了使多元高阶函数有解,应在测量时的坐标尽量与定义函数的坐标一致,实现测量小误差化,将高阶函数用一阶的近似方程代替,得到方程的解。还要检验实际型面上的所有点对特征函数的偏离是否都小于或等于实际型面上特征点的偏离。满足后,还应用判别式检查结果是否满足最小条件。最终得到参数误差、位置误差和形状误差。有时会出现解在一定区域内有无穷多个解,而形状误差大小不变,而位置误差有变化。这时应明确确定位置误差的方法,取平均值或取最大值或取最小值。用最小二乘法确定位置误差其重复性较好,不会因某个点测量误差大而影响位置误差的大小。如果形状误差小于位置误差的三分之一,在确定位置误差时可以不考虑形状误差的影响。

对常用的技术要求进行分析,它们哪些是单一误差,哪些是综合误差。例如全跳动是由

参数误差、位置误差和形状误差三种误差组成,当你设计这个要求时是为了检查零件的哪一项功能,如果检查的目的是控制被测表面的轴线与基准轴线间的位置误差,那么就要对零件的形状误差和参数误差(锥度)进行控制,如果是圆柱体即应对零件的圆柱度进行控制,限制在一定范围,因为它们将构成测量误差的一部分。对于测量仪器则应对测头的运动轨迹与基准轴线间的位置误差及其运动轨迹的形状误差以及测量头的误差等提出要求。有人设计一种仪器,用于检测零件的圆柱度。而其测量原理却是测量全跳动,仪器本身的上述误差应提出很高要求外,在软件上必需能将其位置误差从数据中分离出去,而得到圆柱度;若能将锥度从圆柱度中分离出去则可以得到圆柱体的形状误差——锥形度。基准轴线是由仪器的顶尖和零件的顶尖孔构成,它们的形状误差在它们旋转时将构成基准轴线位置的变动,这也是仪器的一种测量误差。

表面粗度和波度是形状误差的一部分。形状误差可以分为宏观形状误差和微观形状误差(即表面粗度),波度是一种介于宏观形状误差和微观形状误差之间由工艺引起的形状误差。宏观形状误差和微观形状误差之间应如何划分。若是以波距的大小或长度来划分,那么对大尺寸表面与小尺寸表面就不能用相同波距来划分宏观形状误差和微观形状误差。宏观形状误差和微观形状误差应有相类似的表征参数,如支承系数或支承面积[3]。

几何量误差体系标准应是产品几何技术规范(Geometrical Product Specifications,简称GPS)的基础标准(Fundamental GPS standards)。

3. 实施制订几何量误差体系标准的可行性论证

作者在二十世纪七十年代我国正在制订GB 1182 形状和位置公差标准时,向当时国标起草工作组指出现行的国际标准并不完善,我们的国家标准可以比国际标准更完善,不必照搬国际标准。当时正是改革开放初期,国家标准正全面向国际标准靠拢,这个意见没有被采纳。作者于1984年IMEKO TC.14在日本东京组织的生产中质量控制计量学国际讨论会上撰文”几何型体的几何量误差定义的探讨”[1],并指出轮廓度不是纯形状误差,而是一种综合误差;若将线轮廓度符号加在一个圆上,根据定义它将包含尺寸公差和形状误差,而不是圆度的概念。同时还指出圆柱度不是纯形状误差,也是一个综合误差,它是由形状误差和锥度误差(一种参数误差)组成的。作者更于1988年10月在美国休斯顿召开的第十一届IMEKO计量大会上宣读了“论型体的几何量误差”[2]一文,该文对型体的几何量误差作了全面阐述,并对生产中的一些问题作了详尽的解释。更进一步指出一切型体的几何量误差或几何方面的技术要求都可分解为三种误差,即参数误差、形状误差和位置误差。并建议尽快制订一个全面的几何量误差体系的国际标准。该文获四川省科协1991年优秀论文奖。作者还于1992年在德国赫姆尼茨(Chemnitz)技术大学召开的第八届表面学国际讨论会上撰文“建议制订型体几何量误差的国际标准”[3],大声疾呼尽快制订关于几何量误差的ISO国际标准。并指出宏观形状误差与微观形状误差(表面粗度)应有相似的技术参数。

早期的ISO国际标准是根据国际社会对某一方面的需求而制订的,因此不同的标准对某个同一问题有不同的阐述,有时甚至是互相矛盾的。由于这些标准是由不同的技术委员会制订的,这些问题长期得不到解决。国际标准化组织第213技术委员会(ISO/TC213)终于在1996年成立,负责产品几何技术规范(GPS)的制订。ISO/TC213是由原来的ISO/TC3、ISO/TC10、ISO/TC57等技术委员会合并改组建成的,它的建立就是要把几何产品规范(GPS)建成一个完整的体系,在各个规范之间形成统一的指导思想,克服过去不同规范之间的一些相关问题互相矛盾的现象,使之能得到协调解决。ISO/TC213的秘书国是荷兰。我国机械科学研究院(CSBTS)是其成员单位,在该院下设有全国产品尺寸和几何技术规范标准化技术委员会(CSBTS/TC240)。该委员会负责我国产品的有关几何的标准与国际标准(GPS)接轨,并派员参加国家计量检定规程几何量计量技术委员会,协调检定规程与标准一致。国际标准化组织第213技术委员会第九次全会确定了要对GPS体系进行修订决议,修订的目的是要使完整的GPS体系是产品开发的一种先进的和非常必要的工具。这是一个改进工程学的工具。对GPS标准的修改可以使企业能减少经费开支,适应世界经济市场竞争的需要。对GPS体系修改的基础是要建立在通用的、常规的和传统的使用经验的基础上。在保留现有技术内容的基础上开发出一个更广阔的领域。使GPS规范更加完善,可以避免因规范不完善而付出昂贵代价,从而降低生产成本。要改进产品质量,要满足产品功能要求,就要正确执行修订后的GPS体系,GPS标准是控制几何特性的语言,它自身的发展只能是建立在运用一套通用的科学计算和修正的基础上,并有一定的逻辑性。这样才能适用于所有类型规范。今后就是要使GPS语言丰富起来,从而能表达出与满足工件功能必要条件相关的更广阔的范围。正确执行修正后的GPS体系,能在规范(技术要求)、制造业和检验之间在经济上使财力资源得到最合理的分配。它关系到全球化竞争中企业的生死存亡。修正后的GPS体系语言将更丰富、更精确、更详细、更实用。要求制订几何量误差体系国际标准与GPS的精神是一致的,是会得到ISO/TC213的支持的。文献[11]在其体会中写道“参加国际(标准)会议使我们更加了解发达国家的先进技术和强有力的标准机构,国外大集团公司均将ISO标准的制、修订工作作为争夺国际市场的一个主要手段,所以政府都积极资助本国的标准机构,并派公司和企业代表参加每次国际标准会议。…”

我国是世界机械加工基地,世界机械加工大国,在GPS的领域内我国应积极发挥机械加工大国的作用,制订或修订更多的GPS标准或规范,开发出更多有自主知识产权的产品或专利。现在我国也有经济实力对一些基础标准进行支持。建议成立一个由机械院(ISO/TC213成员单位)牵头,中国计量科学研究院、中国测试技术研究院及有关院校参加的GPS国际标准研究中心,负责制订国际标准的起草或修订计划,并负责安排实施,对他国提出的国际标准进行研究,并提出中国对该标准的意见。我相信几何量误差体系的理论会为更多国家所接受的。

 

参考文献

⒈张成悌 (Zhang cheng-ti) “Discussion of the Definition of Geometrical Quantity Error of a Geometrical Feature”Proceedings of IMEKO TC14 International symposium on Metrology for Quality Control in Production Tokyo 1984 pp.221-225

⒉张成悌 (Zhang cheng-ti) “On geometrical quantity error of a feature”11th IMEKO world congress  Houston USA 1988.10. No:C pp.143-159

⒊张成悌 (Zhang cheng-ti) “Suggest to lay a International Standard for Geometrical Quantity Error of Geometrical Feature”Ⅷ. Internationales Oberfl?chen Kolloquium Technischen Universit?t Chemnitz  Feb.1992 Band 1 pp.34-39

4. 张成悌.论圆柱度(一).实用测试技术,1998.2

5. 张成悌.论圆柱度(二).实用测试技术,1998.3

6. 张成悌.论圆柱度(三).实用测试技术,1998.4

7. 张成悌.给定锥度的锥形度最小二乘评定.工具技术,1999.9

8. 张成悌.圆锥面和圆柱面锥形度的最小二乘评定.实用测试技术,2000.4

9. 张成悌.圆柱度最小区域评定的最小增量原则.实用测武技术,2000.6

10. 张成悌. 锥形度的最小区域评定法. 计量技术,2001.6

11. 王欣玲、景绿路 参加ISO/TC213第九次全会简报 CSBTS/TC240工作通报2000.(2).3~5

  评论这张
 
阅读(275)| 评论(1)
推荐 转载

历史上的今天

在LOFTER的更多文章

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017