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三坐标测量:一致性、可追溯性和测量不确定性

   近年来贸易的急剧全球化使工业界更加关注组件是否符合规范的问题。客户与供应商在产品合规性方面的分歧对所有相关方来说都是代价高昂的。

  在三坐标尺寸计量方面,新的国家和国际标准已经解决了符合几何尺寸和公差 (GD&T) 规范的问题,认识到测量可追溯性的重要性和三坐标测量不确定性所起的关键作用。除了对可追溯性的断言至关重要之外,特定于任务的测量不确定性评估是商业模型的必要输入,这些模型能够影响盈利能力和客户对产品质量的看法。DMIS 标准在其 5.0 版本中提供了必要的声明,以适应报告测量不确定性和将一致性规则应用于单个零件的测量数据的结果。

蔡司三坐标

  GD&T 要求需要评估零件特征特征的复杂 3-D 相互关系。为了应对这一挑战,有多种工具可供选择,我们通常将其归类为“尺寸测量设备”(DME),应用最广泛的是蔡司三坐标测量机(CMM)。强大的相关数据分析软件允许将在零件表面采集的原始样本点转换为可报告的 GD&T 参数,例如发动机缸体中气缸的平行度。摆在我们面前的问题是:我们对 DME 报告的值有多大信心?

蔡司三坐标

  特定任务的测量不确定度

  美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的文件明确说明了测量不确定度的重要性:“测量结果只有在附有不确定度的定量说明时才是完整的。” 通常不确定性表示为一个值范围,在指定的置信水平下,被测数量的真实值被认为位于该范围内。在尺寸计量中,每个 GD&T 参数的特定任务不确定性是必要的。需要这样的陈述,“这个特定的 75.00 毫米直径孔(在特定制造条件下生产)的直径的不确定性在 95% 的置信度下为 ± 0.05 毫米(当使用此特定测量系统确定时,使用此特定测量协议,在这组特定的环境条件)。正如最后一句中的括号短语所暗示的那样,许多因素都会导致特定于任务的测量不确定性。使 DME 作为测量设备具有吸引力的相同功能和多功能性也使评估这些测量不确定性成为一项艰巨的任务。然而,在我们解决该问题之前,请考虑测量不确定度在 DME 应用中扮演的两个重要角色。一是计量溯源;第二个是一致性决策。考虑测量不确定度在 DME 应用中扮演的两个重要角色。一是计量溯源;第二个是一致性决策。考虑测量不确定度在 DME 应用中扮演的两个重要角色。一是计量溯源;第二个是一致性决策。

  可追溯性

  ISO 将可追溯性定义为“测量结果或标准值的属性,通过具有规定不确定性的不间断比较链,它可以与规定的参考标准(通常是国家或国际标准)相关联。” 不确定性在完善追溯链中的突出作用是显而易见的。简单地校准 CMM 并不能使其测量结果可追溯。如果您的 CMM 衍生的 GD&T 测量是可追溯的,您需要在报告中包含可辩护的特定于任务的不确定性评估。

  一致性规则

  最近的标准进一步强调了不确定性评估的重要性,特别是 ISO 14253-1 和 ASME B89.7.3.1,它们为制定决策规则以管理商品的接受或拒绝提供指导。图 2 显示,如果决策规则要求规范区域减少测量不确定度以确定可接受值的区域,则更大的不确定性会明显造成经济损失。了解您的测量不确定度是可追溯性和一致性的关键;找到最小化它的方法也可以提高盈利能力。

  为 CMM 评估特定任务的测量不确定度

  许多因素会导致基于 CMM 的 GD&T 参数测量的不确定性。专家们已经认识到,这些影响的数量及其相互作用的复杂性使得将传统的“误差预算”方法应用于测量不确定度对于 CMM 来说在很大程度上是不切实际的。ISO 15530 系列提供了几种替代方法。这里不打算详细讨论 ISO 引用的五种方法的相对优点,这里只说计算机模拟在多功能性、经济性、鲁棒性和预测特性方面提供了最大的希望。当然,任何模拟只有在对影响被模拟物理条件的重要因素进行综合处理时才有效。在这里,零件的测量在各种条件下重复模拟。CMM 几何误差、传感器误差、环境条件等因素的可变性范围被用于数学模型,使它们的影响反映在 GD&T 参数的结果范围中 - 与定义的测量不确定度概念完全一致以上。

  迄今为止,有两个商业软件系统致力于模拟 CMM 测量,以评估特定任务的测量不确定性。一种(来自德国 PTB 的 VCMM)需要直接结合到 CMM 的操作软件中,依靠“运行时”实际测量部分来计算不确定性所需的部分数据。迄今为止,它在 CMM 软件中的实施仅限于少数情况。另一个(MetroSage 的 PUNDIT/CMM)独立于任何单独的 CMM 软件包,使用感兴趣零件的 CAD 模型作为零件几何形状的基础,并绘制有关基准、公差、探针系统和采样策略的信息DMIS 程序或直接用户输入。CAD 模型用作虚拟校准零件,允许模拟评估测量偏差以及测量变异性。而且由于 PUNDIT/CMM 不依赖于实际的物理部件,它甚至可以在第一篇文章发表之前就提供有关测量不确定性的见解。它同样可以预测各种 CMM 的测量不确定度,因此用户可以安排零件在精度适合任务的 CMM 上进行测量。此外,PUNDIT/CMM 允许用户修改他们的测量策略以降低测量不确定性,然后输出新的 DMIS 程序。因此用户可以在精度适合任务的坐标测量机上安排零件进行测量。此外,PUNDIT/CMM 允许用户修改他们的测量策略以降低测量不确定性,然后输出新的 DMIS 程序。因此用户可以在精度适合任务的坐标测量机上安排零件进行测量。此外,PUNDIT/CMM 允许用户修改他们的测量策略以降低测量不确定性,然后输出新的 DMIS 程序。

  DMIS 声明传达不确定性和一致性信息

  从其 5.0 版本开始,DMIS 提供新声明以适应测量不确定性评估和一致性规则。引入了几个新语句,并在语法中修改了更多语句以允许更广泛的使用。Input 和 Output 语句都涉及。简而言之,它们提供以下特定功能:

  在输入时:

  • 指定要使用的不确定性评估算法

  • 指定要使用的一致性规则

  • 激活/停用不确定性评估以及可选地使用一致性规则

  在输出时:

  • 指示是否支持指定的不确定性评估算法是否由 DME

  • 指示DME是否支持指定的一致性规则

  • 在 TOL 输出中报告的一致性状态:(简单格式、基于规则的一致性、不一致性或不确定状态)以及估计平均值测量误差和扩展不确定度。

  还应该提到的是,当特定 DME 不支持所需的一致性规则时,DMIS 5.0 还允许在 DMIS 程序本身内对决策规则进行特定编码。标准中提供了用于说明这一点的示例代码。

  尺寸测量界对测量不确定度的重要性及其在测量可追溯性和一致性决策中的作用的认识正在迅速上升。由于 DMSC 广泛代表该社区,它已经提供了满足这一需求所需的工具。

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