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        三坐標測量:一致性、可追溯性和測量不確定性

           近年來貿易的急劇全球化使工業界更加關注組件是否符合規范的問題?蛻襞c供應商在產品合規性方面的分歧對所有相關方來說都是代價高昂的。

          在三坐標尺寸計量方面,新的國家和國際標準已經解決了符合幾何尺寸和公差 (GD&T) 規范的問題,認識到測量可追溯性的重要性和三坐標測量不確定性所起的關鍵作用。除了對可追溯性的斷言至關重要之外,特定于任務的測量不確定性評估是商業模型的必要輸入,這些模型能夠影響盈利能力和客戶對產品質量的看法。DMIS 標準在其 5.0 版本中提供了必要的聲明,以適應報告測量不確定性和將一致性規則應用于單個零件的測量數據的結果。

        蔡司三坐標

          GD&T 要求需要評估零件特征特征的復雜 3-D 相互關系。為了應對這一挑戰,有多種工具可供選擇,我們通常將其歸類為“尺寸測量設備”(DME),應用最廣泛的是蔡司三坐標測量機(CMM)。強大的相關數據分析軟件允許將在零件表面采集的原始樣本點轉換為可報告的 GD&T 參數,例如發動機缸體中氣缸的平行度。擺在我們面前的問題是:我們對 DME 報告的值有多大信心?

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          特定任務的測量不確定度

          美國國家標準與技術研究院 (NIST) 的文件明確說明了測量不確定度的重要性:“測量結果只有在附有不確定度的定量說明時才是完整的! 通常不確定性表示為一個值范圍,在指定的置信水平下,被測數量的真實值被認為位于該范圍內。在尺寸計量中,每個 GD&T 參數的特定任務不確定性是必要的。需要這樣的陳述,“這個特定的 75.00 毫米直徑孔(在特定制造條件下生產)的直徑的不確定性在 95% 的置信度下為 ± 0.05 毫米(當使用此特定測量系統確定時,使用此特定測量協議,在這組特定的環境條件)。正如最后一句中的括號短語所暗示的那樣,許多因素都會導致特定于任務的測量不確定性。使 DME 作為測量設備具有吸引力的相同功能和多功能性也使評估這些測量不確定性成為一項艱巨的任務。然而,在我們解決該問題之前,請考慮測量不確定度在 DME 應用中扮演的兩個重要角色。一是計量溯源;第二個是一致性決策?紤]測量不確定度在 DME 應用中扮演的兩個重要角色。一是計量溯源;第二個是一致性決策?紤]測量不確定度在 DME 應用中扮演的兩個重要角色。一是計量溯源;第二個是一致性決策。

          可追溯性

          ISO 將可追溯性定義為“測量結果或標準值的屬性,通過具有規定不確定性的不間斷比較鏈,它可以與規定的參考標準(通常是國家或國際標準)相關聯! 不確定性在完善追溯鏈中的突出作用是顯而易見的。簡單地校準 CMM 并不能使其測量結果可追溯。如果您的 CMM 衍生的 GD&T 測量是可追溯的,您需要在報告中包含可辯護的特定于任務的不確定性評估。

          一致性規則

          最近的標準進一步強調了不確定性評估的重要性,特別是 ISO 14253-1 和 ASME B89.7.3.1,它們為制定決策規則以管理商品的接受或拒絕提供指導。圖 2 顯示,如果決策規則要求規范區域減少測量不確定度以確定可接受值的區域,則更大的不確定性會明顯造成經濟損失。了解您的測量不確定度是可追溯性和一致性的關鍵;找到最小化它的方法也可以提高盈利能力。

          為 CMM 評估特定任務的測量不確定度

          許多因素會導致基于 CMM 的 GD&T 參數測量的不確定性。專家們已經認識到,這些影響的數量及其相互作用的復雜性使得將傳統的“誤差預算”方法應用于測量不確定度對于 CMM 來說在很大程度上是不切實際的。ISO 15530 系列提供了幾種替代方法。這里不打算詳細討論 ISO 引用的五種方法的相對優點,這里只說計算機模擬在多功能性、經濟性、魯棒性和預測特性方面提供了最大的希望。當然,任何模擬只有在對影響被模擬物理條件的重要因素進行綜合處理時才有效。在這里,零件的測量在各種條件下重復模擬。CMM 幾何誤差、傳感器誤差、環境條件等因素的可變性范圍被用于數學模型,使它們的影響反映在 GD&T 參數的結果范圍中 - 與定義的測量不確定度概念完全一致以上。

          迄今為止,有兩個商業軟件系統致力于模擬 CMM 測量,以評估特定任務的測量不確定性。一種(來自德國 PTB 的 VCMM)需要直接結合到 CMM 的操作軟件中,依靠“運行時”實際測量部分來計算不確定性所需的部分數據。迄今為止,它在 CMM 軟件中的實施僅限于少數情況。另一個(MetroSage 的 PUNDIT/CMM)獨立于任何單獨的 CMM 軟件包,使用感興趣零件的 CAD 模型作為零件幾何形狀的基礎,并繪制有關基準、公差、探針系統和采樣策略的信息DMIS 程序或直接用戶輸入。CAD 模型用作虛擬校準零件,允許模擬評估測量偏差以及測量變異性。而且由于 PUNDIT/CMM 不依賴于實際的物理部件,它甚至可以在第一篇文章發表之前就提供有關測量不確定性的見解。它同樣可以預測各種 CMM 的測量不確定度,因此用戶可以安排零件在精度適合任務的 CMM 上進行測量。此外,PUNDIT/CMM 允許用戶修改他們的測量策略以降低測量不確定性,然后輸出新的 DMIS 程序。因此用戶可以在精度適合任務的坐標測量機上安排零件進行測量。此外,PUNDIT/CMM 允許用戶修改他們的測量策略以降低測量不確定性,然后輸出新的 DMIS 程序。因此用戶可以在精度適合任務的坐標測量機上安排零件進行測量。此外,PUNDIT/CMM 允許用戶修改他們的測量策略以降低測量不確定性,然后輸出新的 DMIS 程序。

          DMIS 聲明傳達不確定性和一致性信息

          從其 5.0 版本開始,DMIS 提供新聲明以適應測量不確定性評估和一致性規則。引入了幾個新語句,并在語法中修改了更多語句以允許更廣泛的使用。Input 和 Output 語句都涉及。簡而言之,它們提供以下特定功能:

          在輸入時:

          • 指定要使用的不確定性評估算法

          • 指定要使用的一致性規則

          • 激活/停用不確定性評估以及可選地使用一致性規則

          在輸出時:

          • 指示是否支持指定的不確定性評估算法是否由 DME

          • 指示DME是否支持指定的一致性規則

          • 在 TOL 輸出中報告的一致性狀態:(簡單格式、基于規則的一致性、不一致性或不確定狀態)以及估計平均值測量誤差和擴展不確定度。

          還應該提到的是,當特定 DME 不支持所需的一致性規則時,DMIS 5.0 還允許在 DMIS 程序本身內對決策規則進行特定編碼。標準中提供了用于說明這一點的示例代碼。

          尺寸測量界對測量不確定度的重要性及其在測量可追溯性和一致性決策中的作用的認識正在迅速上升。由于 DMSC 廣泛代表該社區,它已經提供了滿足這一需求所需的工具。

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