产品几何技术规范（GPS）生产过程在线测量第1部分：几何特征（尺寸、表面结构）的在线检测与验证

产品几何技术规范（GPS）生产过程在线测量第1部分：几何特征（尺寸、表面结构）的在线检测与验证

国家标准 GB/40810.1一2021 产品几何技术规范(GPS 生产过程在线测量 第1部分:几何特征(尺寸表面结构)的 在线检测与验证 GeometriealproductspeeifieationsGPS)一 Onlinemeasurementinprocess一Part1:Onlineverifieationof geometriefeatures(sizeandsurfaeetexture) 2021-10-11发布 2022-05-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花警理委员会国家标准
GB;/T40810.1一2021 前 言 本文件按照GB/T1.1一2020<标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草 本文件是GB/T40810(产品几何技术规范(GPS)生产过程在线测量》的第1部分 GB/T40810 已经发布了以下部分 第1部分:几何特征(尺寸、表面结构)的在线检测与验证 -第2部分:几何特征(形位)的在线检测与验证 本文件由全国产品几何技术规范标准化技术委员会(SAC/TC240)提出并归口 本文件起草单位;郑州恩普特科技股份有限公司、中机生产力促进中心,郑州大学苏州天准科技股 份有限公司,杭州长庚测量技术有限公司、西安西谷微电子有限责任公司山东道先为智能科技有限公 司、江苏锐精光电研究院有限公司、中机研标准技术研究院(北京)有限公司 本文件主要起草人;郑鹏、李军伟、明翠新,曹葵康,赵军,郎岩梅,朱悦、白巍、陈刚
GB/T40810.1一2021 引 言 针对生产过程中产品的尺寸、形状、方向、位置等几何精度的数字化测控方法不完善、几何精度的数 字化检验方法和测量不确定度评估方法缺失、过程质量精度测控手段被动落后等关键问题,重点研究产 品几何精度的数字化测量理论、方法和技术,构建符合新一代GPs的几何精度检验操作规范体系和控 制策略 GB/T40810是基于新一代GPs产品几何规范体系,运用数字化在线测量技术,统计学习及分析理 论、先进制造技术,系统集成及管理技术等,通过理论分析、模型映射和仿真模拟/实验验证等手段开展 制定的生产过程在线测量推荐性国家标准 重点解决在线几何特征检验标准规范的系统性、完整性、统 -性问题,为有效解决生产过程中几何特征检测与控制的数字化、自动化和智能化问题奠定了必要的技 术基础 GB/T40810主要用于规范生产过程中几何特征的检测与验证策略及方法,并给出生产过程中(在 线/离线)产品质量精度测量的数字化操作方法与检测规范 为了方便读者使用,将标准分为两个部分 进行编写,两部分内容相互关联又各自独立,共同构成了儿何特征的在线检测与验证规范的内容 GB/T40810由两部分构成 -第1部分儿何特征(尺寸,表面结构)的在线检测与验证 规定了生产过程中儿何特征(尺寸、 表而结构)的在线检渊与验证规范 描述了基于G5的在线要素提取,惦放(表面议差分离 拟合、评估,合格性判断以及缺省操作规范的方法 -第2部分儿何特征(形位)的在线检测与验证 规定了生产过程中几何特征(形状和位置)的 在线检测与验证要求 描述了形位特征在线检验操作及合格性评定规则
GB;/T40810.1一2021 产品几何技术规范(GPS 生产过程在线测量 第1部分:几何特征(尺寸、表面结构)的 在线检测与验证 范围 本文件规定了生产过程中几何特征(尺寸、表面结构)的在线检测与验证(以下简称“检验”)要求 描述了基于GPS的在线要素提取,滤波(表面误差分离,拟合、评估、合格性判断以及缺省操作规范的 方法 本文件适用于生产过程中尺寸.表面结构特征的在线检测与验证 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 其中,注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件 GB/T1182产品几何技术规范(GPs)几何公差形状、方向、位置和跳动公差标注 GB/T1958产品几何技术规范(GPs)儿何公差检测与验证 GB/T3177产品几何技术规范(GPS)光滑工件尺寸的检验 GB/T3505产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法术语、定义及表面结构参数 产品几儿何技术规范(GPs)几何公差基准和基准体系 GB/T17851 “品几何技术规范(GPs)表面结构轮廓法相位修正滤波器的计量特性 GB/T18777 GB/T18778.1产品几何量技术规范(GPS)表面结构轮廓法具有复合加工特征的表面 第1部分:滤波和一般测量条件 GB/T18778.2产品几何量技术规范(GPS)表面结构轮廓法具有复合加工特征的表面 第2部分:用线性化的支承率曲线表征高度特性 GB/T18778.3产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法具有复合加工特征的表面第3 部分:用概率支承率曲线表征高度特性 GB/T18779.1产品几何量技术规范(GPS)工件与测量设备的测量检验第1部分;按规范检 验合格或不合格的判定规则 GBT1s79.2产品几何量技术规范(GPs》工件与测量设备的测量检验第2部分;测量设备 校准和产品检验中GPs测量的不确定度评定指南 GB/T18779.3产品儿何技术规范(GPS)工件与测量设备的测量检验第3部分;关于对测量 不确定度的表述达成共识的指南 GB/T24637.1产品几何技术规范(GPS)通用概念第1部分几何规范和检验的模型 GB/T24637.2产品儿何技术规范(GPS)通用概念第2部分;基本原则、规范、操作集和不确 定度 GB/T24637.3产品几何技术规范(G;PS)通用概念第3部分;被测要素 GB/T33523.2产品几何技术规范(GPS)表面结构区域法第2部分;术语、定义及表面结构
GB/T40810.1一2021 参数 G;B/T38762.1产品儿何技术规范(GPS)尺寸公差第1部分;线性尺寸 JF1001通用计量术语及定义 术语和定义 3 GB/T1182,GB/T1958,GB/T3177、GB/T17851,GB/T18778.1,GB/T18778.2,GB/T18778.3、 GB/T18779.1、GB/T18779.2、GB/T18779.3,GB/T24637.1、GB/T24637.2、GB/T24637. 3、 GB/T33523.2、GB/T38762.1和JF1001界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 在线尺寸测量onlinesizemeasrement 生产过程中进行尺寸特征的测量 3.2 在线尺寸测量系统onlinesizemeasringsystem 由测量装置、驱动器及控制器(或计算机处理系统)等构成的工件尺寸的实时测量系统 3.3 被测要素toleraneelfeature 定义GPs特征的一个或多个几何要素集,或基本被测要素的组合 注1:基本被测要素为完整几儿何要素的最小组成部分 注2:被测要素是给出形状和位置公差的要素 [来源GB/T24637.3一2020,3.3] 3.4 导出要素derivelfeature 对组成要素或滤波要素进行一系列操作而产生的中心的、偏移的、一致的或镜像的几何要素 注:导出要素可从一个公称要素、一个拟合要素或一个提取要素中建立,分别称为公称导出要素、拟合导出要素或 提取导出要素 [来源:GB/T24637.1一2020,3.3.6] 3.5 拟合要素asseiatelfeature 通过拟合操作,由非理想表面模型中或从实际要素中建立的理想要素 [来源:GB/T24637.12020,3.3.8 3.6 检验操作verifieatonoperation 实际规范操作所规定的测量过程或测量设备或两者结合的实施过程的操作 [来源GB/T24637.2一2020,3.1.5 3.7 缺省操作规范defawltspeeifieationoperationm 应用于缺少任何附加信息或修饰符的基本G;PS规范中的规范操作 注缺省(规范)操作可能是一个国家标准缺省,企业标准缺省或图样缺省规范操作 [来源GB/T24637.2一2020,3.1.2幻 3.8 轮廓滤波器potiletter 把轮廓分离成长波和短波成分的滤波器
GB;/T40810.1一2021 [来源GB/T3505一2009,3.1.1] 3.9 proile 原始轮廓primmary 通过入、轮廓滤波器后的总轮廓 注1:确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相交界限的滤波器为入、轮廓滤波器;确定粗糙度与 波纹度成分之间相交界限的滤波器为c轮席滤波器;确定存在于表面上的波纹度与比它更长的波的成分之 间相交界限的滤波器为轮廓滤波器 注2:原始轮廓是进行轮廓滤波和参数计算的数字轮廓处理的基础 [[来源:GB/T3505一2009,3.1.5] 3.10 粗糙度轮廓roughnessprofile 对原始轮廓采用c轮廓滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓 [来源:GB/T3505一2009,3.1.6,有修改 3.11 波纹度轮廓wavinessprofle 对原始轮廓连续应用入和c两个轮廓滤波器以后形成的轮廓,采用入轮廓滤波器抑制长波成 分,而采用入e轮廓滤波器抑制短波成分 [[来源.GB/T3505-2009,3.1.7,有修改 3.12 表面缺陷surfaceeimperfeetonm 在加工、存储或使用期间,非故意或偶然生成的实际表面的单元体、成组的单元体、不规则体 注1:这些单元体或不规则体的类型,明显区别于构成一个粗糙度表面的那些单元体或不规则体 注2:缺陷的可接受性取决于表面的用途或功能,并由适当的项目来确定,即长度、宽度、深度、高度、单位面积上的 缺陷数等 [来源;GB/T15757一2002,2.4] 3.13 误差分离 errorseparation 采用一定的轮廓滤波器将工件表面误差进行分离的操作 3.14 评估evaluation 用于确定某一特征值或其公称值和其极限值的操作 [来源:GB/T24637.1一2020,3.4.2] 一般规定 4.1根据工件的功能要求及设备加工技术要求,确定工件几何特征的在线检验操作集 4.2检验操作主要包括被测要素的在线获取过程和基准的体现过程(针对有基准要求的方向公差或位 置公差),以及对测量结果与公差规范符合性的评估过程 4.3检验操作集是在检验过程中为确定特征值而对被测工件进行的一系列操作的有序集合 4.4依据工艺要求,加工条件、测量条件确定要素操作规范,包括在线要素提取、在线要素滤波、在线要 素拟合操作等;依据过程中几何误差的要求确定控制界限,进行在线评估操作 4.5在线测量系统一般由信号测量单元(传感器)、信号处理单元、控制单元等构成 在线测量系统与 加工系统构成闭环,加工过程中测量系统将测得的几何特征信息反馈给加工系统实现加工自动化 某
GB/T40810.1一2021 一工序完成后,对工件实施在线测量,并根据获取的几何特征评价工艺能力,从而修正加工过程 4.6在线测量方法包括接触式和非接触式两种 接触式可采用触针式传感器等,非接触式可采用光电 式传感器、图像传感器等 用触针式仪器检验粗糙度的方法见附录A 注;采用光学方法在位检验光学元件平面度的示例见附录B,平板玻璃点状缺陷的示例见附录c. 在线测量的条件包括 -测量条件应在检验规范中规定 实际操作中,所有偏离规定条件并可能影响测量结果的因素 均应在测量不确定度评估时考虑 -测量力的条件为:对于非接触式测量不考虑该因素;对于接触式测量,测量力的实际值应在设 计值的允许变化范围内,例如,内、外圆磨削加工中,测量力的实际值应在推荐设计值(0.7N~ 2.5N)的士15%范围内 当温度在某一范围内变化时,测量值的变化量不应大于其允许值 在线检验时,除非另有规定表面粗糙度、划痕,擦伤.塌边等外观缺陷的影响应排除在外 在线检验前需要进行系统校准 注系统校准是指采用标准器确定测量系统输人和输出的对应关系 4.8在线几何特征测量的方法及操作步骤应依据检验操作集 在线几何特征检验操作集包括提取操 作,滤波操作、评估操作等 采用过程控制工具对生产过程中的几何特征进行分析,如绘制分析用控制图等,从而对几何特征 4.9 进行受控状态判断,并对生产过程进行分析评价和改进加工工艺 4.10在线几何特征测量中,若有测量不确定度评估要求,其评估方法按照GB/T1958的规定进行 4.11表面质量评价的规范内容主要包括 误差成分的分离; 轮廓中线拟合操作; 误差评价参数; 表面质量合格性判定 4.12通过误差分离操作获得的原始轮廓、粗糙度轮廓及表面波纹度轮廓是评定对应轮廓参数的基础 4.13接触式轮廓滤波器截止波长的标称值的推荐值见GB/T6062 粗糙度截止波长Ac、针尖半径和 粗糙度截止波长比率Ae/入、之间的关系见附录D 相位修正滤波器的选择应按GB/T18777的准则 进行 4.14工件表面缺陷检测与验证除评价参数外,还应包括缺陷检出率、误判率,缺陷类型识别准确率等 参数 S 在线要素的提取、检验操作及缺省操作规范 5.1在线要素的提取操作 5.1.1概述 在线提取操作是从无限点集组成的非理想要素中获取离散的有限点集的操作,并用这个点集近似 地表示该非理想要素,以便对这些离散数据进行处理 在对被测要素和基准要素进行在线提取操作时,要规定提取操作方案(点数、位置、分布方式) 如 果图样未规定提取操作方案,则由操作者根据被测工件的功能要求、结构特点和在线提取操作设备的情 况等合理选择 常见的在线要素提取操作方案如图1所示
GB;/T40810.1一2021 矩形栅格法提取方案 三角形栅格法提取方案 平行线提取方案 b D 米字形栅格法提取方案 随机布点法提取方案 极坐标栅格法提取方案 h g 渐开线法提取方案 母线法提取方案 蜘蛛网法提取方案 圆周线法提取方案 螺旋法提取方案 鸟笼法提取方案 k 提取操作方案 图1 以磨削加工为例,不同磨床在主动测量过程中的提取操作示例见附录D. 测量方法的选取应考虑工件功能要求、,结构形状、材料及加工环境等因素 根据是否接触被测要 素,测量方法包括接触式和非接触式测量方法 根据传感器类型测量方式包括;机械式,光学式、超声波 式,电磁式和气动式等 注:圆柱度误差接触式和非接触式在位检验示例见附录E:. 5.1.2在线尺寸特征的提取操作 根据被测工件几何特征及测量方法确定其尺寸特征提取操作方案,并对提取方案可能产生的不确 定度予以考虑 在线尺寸接触式和非接触式测量方法如下 接触式 接触式在线尺寸测量方式,通常分为单点测量和双点测量 单点测量装置可用于端面定位或者用 两个组合起来测量大的直径等;双点测量装置用于测量外径、内径、槽宽、台阶宽等 单点测量及双点测量的测量位置、提取方式不同,算式组合也不同 注1:接触式磨削加工在线尺寸测量系统见附录F 注2:曲轴在位尺寸测量系统的示例见附录G b)非接触式 非接触式在线尺寸测量方式分为点、线阵,面阵测量 非接触式采集信息量与使用测量设备的类型 和性能有关
GB/T40810.1一2021 注非接触式活塞销外径在线测量系统的示例见附录H 5.2在线滤波操作 5.2.1概述 滤波操作是通过降低非理想要素特定频段信息水平而获取所需非理想要素的操作 在线滤波操作 不是一个必选的要素操作,根据图样上或其他技术文件中给出的滤波操作规范进行滤波操作 5.2.2滤波方法及在线应用规范 5.2.2.1滤波方法 滤被方法包括模拟滤波和数字滤波 模拟滤被采用模拟滤波器对初始采集信号进行滤波,如有源 滤波器、无源滤波器 数字滤波采用数字方式进行测量值的滤波,如高斯滤波器等 5.2.2.2在线应用规范 确认图样上或其他技术文件中给出的谴诚操作规范,拨照规定的逃波器类型和滤波器指数进行逃 波操作 示例1:图样公差框格为“o0.01G50-N ,表示需要进行滤波操作 符号G表示采用高斯滤波器,数值50表示 嵌套指数为50UPR.数值后面的“-”表示这是一个低通滤波器 经过对提取截面圆[如图2a)所示]进行滤波后.获得滤 波后的提取截面圆轮廓[如图2b)所示] b) 滤波前 滤波后 图2圆度检验中的滤波操作示意图 符号sw-8表示采用截止波长为8m的样条小波高通滤波器对提取 SW-8” 示例2:图样公差框格为"EE 要素进行滤波,获得滤波后的提取线 示例3;图样公差框格为“[OGB5 符号CB表示采用封闭球形态学滤波器,数值l.5表示球半径为 1.5mm，数值1.5后面的"-”表示这是一个低通滤波器 采用低通滤波器对提取圆柱面进行滤波,获得滤波后的提取圆 柱面 5.2.3在线滤波操作缺省 如果图样或其他技术文件中没有明确给出滤波器及其参数,则不要求进行滤波操作 除非图样上有专门规定，一般不对基准要素的提取要素进行滤波操作 注接触式测量中的探针球型针尖,激光测量中的光斑等,具有形态滤波器的作用 5.2.4在线尺寸特征的滤波操作 通过滤波操作分离并获取有效的尺寸特征信息 为了提高测量系统的抗干扰性能,提高其测量精度,在设计软件时采用数字滤波技术进行采样数据
GB;/T40810.1一2021 预处理 通过滤波消除或减弱干扰和噪声的影响，提高测量的可靠性和精度 考虑到加工系统自身的 特点,可选用不同的滤波算法 注:数字滤波算法示例见F.3 5.2.5误差分离操作 5.2.5.1误差分离方法 在线进行误差分离操作推荐采用高斯滤波器,其特性见附录 图3给出了不同轮廓的传输特性 100 粗随度轮席 波纹度轮廓 50 波长 图3不同轮廓的传输特性 粗糙度轮廓分离操作:采用由入、A组成的带通滤波器滤掉高频和低频成分,提取获得粗糙度 轮廓 波纹度轮廓分离操作;采用由Ae-A组成的带通滤波器滤掉高频和低频成分,提取获得波纹度 轮廓 原始轮廓分离操作;采用短波长滤波器入、滤掉高频成分,提取获得原始轮廓 5.2.5.2误差分离操作流程 表面误差分离操作流程如图4所示 粗糙度轮廓 轮廓记录 提取 滤波 操作 操作 被测表面 波纹度轮帛 轮席滤波器 被测工件 轮席记录 提取要素 表面缺陷 原始轮席 轮记录 图4误差分离操作流程示意图 5.3在线拟合操作 5.3.1概述 依据特定准则用理想要素道近非理想要素的操作 拟合操作过程实质上是一个目标约束优化的过 程,目的是通过目标约束优化,完成非理想要素到替代理想要素的转换,从而实现对非理想要素特征的 描述和表达 5.3.2拟合方法及在线应用规范 拟合操作使用的拟合准则给出了特征目标和约束 约束决定了特征值或者对特征给出了极限 约 束可应用于本质特征、理想要素间的方位特征或理想要素和非理想要素间的方位特征 用理想要素拟
GB/T40810.1一2021 合非理想要素 对于尺寸特征,根据图样规范,采用不同的拟合准则得到不同尺寸特征类型的尺寸特征值 拟合准 则包括最小二乘GO,最大内切 GX 最小外接 GN )以及最小区域准则Gc 对于形状误差,获得理想要素位置的拟合操作方法有最小区域法C(切比雪夫法、最小二乘法G、 最小外接法N和最大内切法X等 对于方向和位置误差,理想要素的方向和位置由基准(和理论正确 尺寸)确定,基准拟合方法见5.3.3 示例1:以圆柱为例,应用拟合准则得到圆柱的直径,也可用于评定圆柱度形状误差 在线拟合准则可为 -非理想要素的各点到理想圆柱面的距离的平方和为最小(最小二乘法) 内切圆柱面的直径最大(最大内切法,如图5所示) 外接圆柱面的直径最小最小外接法); 两同轴线圆柱面之间半径差值最小(最小区域法》. 图5拟合操作示例 示例2图样公差框格为"oO.O G50-N ”,按图样规范,符号N表示对滤波后的提取截面圆采用最小外接法进 行拟合,获得提取截面圆的拟合导出要素(圆心),进而评估获得其圆度误差值 5.3.3基准拟合方法 对基准要素进行拟合操作以获取基准或基准体系的拟合要素时,该拟合要素要按一定的拟合方法 与实际组成要素相接触,且保证该拟合要素位于其实际组成要素的实体之外,可用的拟合方法有最小外 接法、最大内切法、实体外约束的最小区域法和实体外约束的最小二乘法 5.3.4拟合操作的缺省操作规范 拟合操作的缺省操作规范如下 对获得理想要素位置的拟合操作缺省;如图样上无相应的符号专门规定,加工中在线获得理想 a 要素位置的拟合方法一般缺省为最小二乘法;加工后获得理想要素位置的拟合方法一般缺省 为最小区域法 b 对于有方向或位置公差要求的被测要素,缺省情况下,方向或位置公差规范是对被测实际提取 组成要素或导出要素的要求 对基准要素的拟合操作缺省;如图样或技术文件中无专门规定或说明,拟合方法一般缺省规定 为;最小外接法(对于被包容面),最大内切法(对于包容面)或最小区域法(对于平面、曲面等); 缺省规定也允许采用实体外约束的最小二乘法(对于包容面、被包容面、平面,曲面等),若有争 议,则按一般缺省规定仲裁， 5.3.5表面质量评价中的拟合操作应用 对于原始轮廓的形状误差检验,理想要素的形状由理论正确尺寸或/和参数化方程定义,理想要素 的位置由对被测要素的提取要素进行拟合得到 拟合的方法有最小区域法(切比雪夫法),最小二乘法、 最小外接法和最大内切法等 如果工程图样上无相应的符号专门规定,加工中在线获得理想要素位置 的拟合方法一般缺省为最小二乘法;加工后获得理想要素位置的拟合方法一般缺省为最小区域法
GB;/T40810.1一2021 对于粗糙度、波纹度轮廓误差成分,依据评定长度和拟合原则分别进行拟合操作,得到相应轮廓中 线,即粗糙度轮廓中线、波纹度轮廓中线 各误差成分的拟合轮廓中线作为参数评定的基准 中线的拟 合缺省为最小二乘法 5.4测量数据预处理 5.4.1粗大误差剔除 对于异常因素造成的测量数值超出正常测量误差范围,采用拉伊达准则、肖维纳准则等实现数据粗 大误差的剔除 5.4.2非连续工件表面测量数据处理 对于实际加工过程中常遇到测量如齿轮、带键槽轴等断续表面的情况,为了保证系统的测量精度和 测量效率,测量断续表面时应进行相应的数据处理,见F.4 5.5在线评估操作 5.5.1在线尺寸特征的评估操作 通过对测量得到的尺寸特征信息进行必要的相关操作(如拟合等),从而得到尺寸特征值 根据图 样规范要求,获得对应尺寸特征类型的尺寸值 如,10士0.1CS轴尺寸为最小外接尺寸 如果无规 范修饰符时,则缺省为两点尺寸 5.5.2表面质量评价 5.5.2.1 表面形状误差 原始轮廓的形状误差包括平面度误差,圆度误差,圆柱度误差、轮廓度误差等,其评定应符合最小条 件原则.详细评定过程应符合GB/T1958的规定 5.5.2.2表面粗糙度 表面粗糙度评价参数主要包括;轮廓参数、幅度参数、间距参数,曲线和相关参数 参数定义及评定 按照GB/T3505描述的方法进行 5.5.2.3表面波纹度 表面波纹度评价参数主要包括;轮廓参数、幅度参数、间距参数,曲线和相关参数 参数定义及评定 按照GB/T3505描述的方法进行 5.5.2.4表面缺陷 表面缺陷评价参数主要包括:表面缺陷长度,表面缺陷宽度、混合表面缺陷深度、表面缺陷总面积 等 表面缺陷类型包括;凹缺陷,凸缺陷、混合表面缺陷、区域缺陷 在线表面缺陷评价还包括缺陷检出 率,缺陷类型识别准确率等技术参数 GB/T15757给出了参数的定义及评定的方法 附录C给出了 平板玻璃点状缺陷的检验示例 5.6尺寸特征的补偿操作 由于在线测量系统及加工设备存在系统误差,会引起工件的加工尺寸误差 通过对尺寸误差的统
GB/T40810.1一2021 计分析,在后续的加工中进行适时尺寸补偿以消除影响 注1:补偿的方式可采用内部补偿或外部补偿 注2:内部补偿由操作者直接输人给测量控制器,由测量控制器补偿尺寸值 注3:外部补偿由操作者直接在加工设备(数控机床)软件系统中修改补偿值 5.7在线数据传输 将在线测量得到的儿何特征信息以某一特定的数据格式实时传输给加工设备或系统,数据格式主 要有BCD,二进制等 5.8合格评定 按测量任务和规范要求进行在线几何特征的合格性评定,将测量结果与该过程的特征规范要求进 行符合性比较判定 6 几何特征的统计受控判断 采用过程控制工具对生产过程中的几何特征进行统计分析,如绘制分析用控制图等,从而对几何特 征进行统计受控状态的判断,并对生产过程进行分析评价 注1:若过程控制采用预报模型进行在线几何特征预报,可超前预判几何特征是否受控,并实施自动补偿 注2:统计受控状态是指当过程仅受随机因素影响时,过程处于统计控制状态 0
GB;/T40810.1一2021 附 录 A 资料性 用触针式仪器检验粗糙度的方法 用触针式仪器检验粗糙度应确定截止波长,取样长度等相关参数,并符合相应的方法 表A.1给 出了用触针式仪器检验粗糙度的方法 表A.1用触针式仪器检验粗糙度的方法 当工业产品文件或图样的技术条件中已规定取样长度时,截止波长e应与规定的取样长度值 粗糙度轮廓参数 相同 测量中确定截止 若在图样或产品文件中没有出现粗糙度的技术规范或给出的粗糙度规范中没有规定取样长度、 波长的基本原则 可按下面给出的方法选择截止波长 没有指定测量方向时,工件的安放应使其测量截面方向与得到粗糙度幅度参数(RaR:)最 大值的测量方向一致,该方向垂直于被测表面的加工纹理,对于无方向性的表面,测量截面 可是任意的 b 应在被测表面可能产生极值的部位进行测量,这可通过目测来估计 应在表面这一部位均 粗糙度轮廓参数 匀分布的位置上分别测量,以获得各个独立的结果 的测量 为了确定粗糙度轮廓参数的测得值,应首先观察表面并判断粗糙度轮廓是周期性的还是非 周期性的 若没有其他规定,应以这一判断为基础,按“非周期性粗糙度轮廓参数测量程序” 或"周期性粗糙度轮廓参数副量醒序"执行 如果采用特殊的测量程序,必须在技术文件和 测量记录中加以说明 对于具有非周期性粗糙度轮廓的表面,应遵循下列步骤进行测量 根据需要,可采用目测.粗糙度比较样块比较,全轮廓轨迹的图解分析等 方法来估计被测表面的粗糙度轮廓参数Ra、Rz、Relmax或轮廓单元平 均宽度Rsm的数值 利用a)中估计的粗糙度轮席参数Ra.R=,Rs1max或Rm的数值,按照 表A.2、表A.3或表A.4预选取样长度 用测量仪器按b)中选取的取样长度,完成Ra,Re、 Rzlmax或Rsm的 次预测量 x或Rm的数值与表A.2,表A.3或表 将测得的Ra、R心、R必lmax！ A,4中 预选取样长度所对应的Ra、R、Re1max或Rsm的数值范围相比较,如 非周期性粗糙 果测得值超出了预选取样长度对应的数值范围,则应按测得值对应的取 粗糙度轮廓参数 度轮廓参数测 样长度来设定,即把仪器调整至相应的较高或较低的取样长度 然后应 的测量程序 量程序 用这一调整后的取样长度测得一组数值,并再次与表A.2,表A.3或表A." 的测 中的数值相比较 此时,测得值应达到表中建议的 得值和取样长度的 组合 如果以前在d 更短的取样长度,则把取样长度调至更 d评定时没有采用过 短些获得一组Ra.R-,或R的数值,检查这些数值与取样长度组合是 否满足表 ,表A.3或表A.4的规定 d)中最后的设定与表A.2,表A.3或表A.4相符,则设定的取样长度 和Ra,Rc,Relmax或Rsn的数值二者是正确的 若e)也产生一个满足 A.3或表A.4规定的组合,则这个较短的取样长度设定值和相 表A.2、表 应的Ra,R、Relmax或Rsm的数值是最佳的 用上述步骤中预选出的截止波长(取样长度)完成一次所需参数的测量 g 1
GB/T40810.1一2021 表A.1用触针式仪器检验粗糙度的方法(续) 对于具有周期性粗糙度轮廓的表面应遵循下列步骤进行测量 用图解法估计被测粗糙度表面的参数Rsm的数值; a 周期性粗糙度 b 按估计的Rs的数值,由表A.4确定推荐的取样长度作为截止波长值; 粗糙度轮廓参数 轮廓参数测量 必要时,如在有争议的情况下,由表A.4选定的截止波长测量Rsm值; c 的测量程序 程序 d 如果按e)得到的R的数值,由表A.4查出的取样长度比b)确定的取样 长度较小或较大,则应采用较小或较大的取样长度作为截止波长值" 用上述步骤中确定的截止波长(取样长度)完成一次所需参数的测量 表A.2测量非周期性轮廓的R值的粗糙度取样长度 粗糙度取样长度/mm 粗糙度评定长度n Ra/m n/mm 0.006GB;/T40810.1一2021 录 附 B 资料性) 平面光学元件在位检验示例 平面光学元件在位测量系统构成 B.1 平面光学元件在位测量系统由信号测量单元(干涉仪、测量架、精调机构、信号处理单元(主控计算 机)及控制单元(机床控制台)等组成,如图B.1所示 磨床和检测装置采用分离式结构集成一体共用同一个工作平台,相互独立运动 工件在检测时可 保持在其加工位置实现在位检测 龙门测量架可沿导轨纵向移动(X轴线),检测时靠近磨床,加工时 远离磨床,中间加设隔离装置 干涉仪通过精调机构吊装在测量架上,可沿测量架横梁移动(Y轴线) 与工作平台的X向移动结合,组成了可实现扫描的二维移动系统 精调机构可调节干涉仪与被测面之 间Z向的距离 由于干涉仪孔径有限,光学元件尺寸大于干涉仪孔径时,采用多孔径干涉拼接技术进 行检测 电箱 机床控制台 干涉仪 被测工件 工作台 主控计算机 干涉仪计算机 图B.1平面光学元件在位测量系统示意图 B.2 平面光学元件在位平面度误差检验操作示例 B.2.1 预备工作 清洁被测工件表面,移动工作台和割量架,调整干涉仪使出射光对准被测件中心孔径 B.2.2被测要素测量与评估 被测要素测量与评估包括以下内容 分离;根据图样规范要求,确定被测工件表面及测量界限 aa 提取;根据图样规范要求,考虑工件的功能特征、结构特征及加工工艺等,采用多孔径测量方式 b 对被测表面进行提取,并通过多孔径拼接算法获得被测工件的提取平面 误差分离;根据图样规范要求,采用滤波器对提取平面进行滤波,获得误差分离后的平面轮廓 d 拟合;根据图样规范要求,缺省情况下,采用最小区域法对误差分离后的平面轮廓进行拟合,得 到拟合平面 13
GB/T40810.1一2021 评估:平面度误差值为提取表面上的最高峰点、最低谷点到拟合平面的距离值之和 B.2.3合格评定 将得到的平面度误差值与图样上给出的平面度公差值进行比较,判定被测表面的平面度是否合格 14
GB;/T40810.1一2021 录 附 C 资料性) 平板玻璃点状缺陷检验示例 平板玻璃点状缺陷测量系统的构成 C.1 平板玻璃点状缺陷测量系统由信号测量单元(图像采集系统、信号处理单元(工业PC机)及控制 单元(PIC)等构成,如图C.1所示 合理布置光源位置,为图像采集提供均匀的光照环境 相机采集透过玻璃的光线信号,通过图像数 据处理与分析系统传人计算机,计算机接收图像采集处理后的信息,并对检测信息进行数据存储、统计 分析和管控 玻璃板 信号测量 信号处理 光源 控制单元 单元 单元 图c.1平板玻璃点状缺陷测量系统构成图 平板玻璃点状缺陷检测要求 平板玻璃点状缺陷检测要求如表c.1所示,详细技术描述见GB/T36404 表C.1检测要求 玻璃厚度D 缺陷核心尺寸L 缺陷检出率 误判率 缺陷类型识别准确率 % % mm mmm 0.10.3 98 85 0.1L0.3 90 585 85 >15 L>0.5 >95 C3检验工作 c.3.1预备工作 调整光源位置及图像采集系统参数 c.3.2被测要素测量与评估 被测要素测量与评估包括以下内容 分离;根据图样规范要求,确定被测工件表面及测量界限 b 提取;根据图样规范要求,考虑平板玻璃的加工工艺及点状缺陷特征等,使用图像采集系统采 集被测工件表面数字图像信息; 15
GB/T40810.1一2021 误差分离;根据图样规范要求,对提取的图像信息进行滤波操作,分离获得表面缺陷信息; c d 评估;根据检测要求,对表面缺陷信息进行各评价参数计算、统计分析 C.3.3检测结果输出及合格评定 检测结果输出及合格评定包括以下内容 输出缺陷的核心尺寸、位置分布、类型及数量,玻璃板质量等级信息 a b 根据生产需要给出不同时间段的缺陷统计数据 将缺陷检测结果与质量规范要求进行符合性比较判定 16
GB;/T40810.1一2021 录 附 D 资料性) 磨削加工在线几何误差提取方案示例 磨削加工在线几何误差提取方案见图D.1 加工方式 工件形状与测量项目 测量装置 外径连续 外圆磨床 外径连续+端面定位 申心 曲轴磨床 曲轴测量 内圆连续 内圆磨 A- 气动螺旋式 圩磨床 图D.1磨削加工在线几何误差提取方案 17
GB/T40810.1一2021 录 附 资料性) 典型形位误差在位检验示例 E.1轧辑在位圆柱度误差接触式测量系统的构成 轧在位圆柱度误差接触式测量系统由信号测量单元(触针式传感器、弓形测量架)、信号处理单元 工业PC机)及控制单元(PIC)等构成,如图E.1所示 信号测量 信号处理 单元 单元 被测轧辑 控制单元 图E.1轧辑在位圆柱度误差接触式测量系统构成图 测量装置安装于磨床滑动拖板,并随滑动拖板沿被测轧辐轴向运动完成在位测量 测量装置结构 及剥量方式为在弓形谢量架两端相对安装了两个群量传感器,两剖头的中心钱处在同一直线上,并面 直被测轧辐的中心线 测量时,弓形测量架沿平行于轧轭中心线的方向移动,分段测量被测轧辐 E.2轧辑在位圆柱度误差非接触式测量系统的构成 轧锯在位圆柱度误差非接触式测量系统由信号测量单元(图像采集系统入,信号处理单元(工业 机)及控制单元(PLc)等构成,图像采集系统包括图像传感器(如工业ccCD)、数据采集卡等,如图E.2 所示 信号测量 信号处理 单元 单元 图像 信息 被测扎制 控制单元 光源 图E.2轧辑在位圆柱度误差非接触式测量系统构成图 光源由发光体组成,发光均匀,光能利用率高,光源布置有利于圆柱度误差的测量 图像采集系统 由相机和镜头构成,相机采集信号并传输给计算机 计算机进行图像数据处理及相应的检验操作,并对 检验信息进行数据存储、统计分析和管控 可根据相关标准及图样技术要求,输出圆柱度误差评定 结果 18
GB;/T40810.1一2021 E.3轧辑在位圆柱度误差检验操作 E.3.1 预备工作 测量时需进行调整工作(调整测量架、传感器位置等)以及标定工作,以满足测量稳定可靠和测量精 度要求 E.3.2被测要素测量与评估 被测要素测量与评估包括以下内容 分离:根据图样规范要求,确定被测轧辐圆柱面及其测量界限 b 提取;根据图样规范要求,考虑轧辐功能及结构特征等,在被测轧辗圆柱面上采用一定的提取 方案进行测量,得到提取圆柱面 滤波:根据图样规范要求,采用一定滤波器对提取圆柱面进行滤波,获得滤波后的提取圆柱面 d 拟合;根据图样规范要求,缺省情况下,采用最小区域法对滤波后的提取圆柱面进行拟合,得到 被测圆柱面的拟合导出要素轴线 评估-圆柱度误差值为提取圆桂面上各点到拟合导出要素(轴线)的最大.最小距离值之差 E.3.3合格评定 将得到的圆柱度误差值与图样上给出的公差值进行比较,判定被测件的圆柱度是否合格 19
GB/T40810.1一2021 附录 F 资料性) 磨削加工在线尺寸测量系统及关键检验操作 F.1磨削加工在线尺寸测量系统构成 在线尺寸测量系统主要由信号测量单元、信号处理单元和控制单元等构成 信号测量单元包括测 头,测量装置本体和测头进退油缸,信号处理单元和控制单元功能由主动测量控制器实现,如图F.1所示 测量装置采用电感式位移传感器,其结构可是单臂式或双臂式,在磨削加工中,当温度在20C一40 内变化时,测量值的变化量不应大于3.0m 驱动装置驱动测头进人或退出测量工位,通过对前后微 调机构的调整,可使触头测量触点对准工件中心或合适位置 数控磨床控制系统 测量装置本体 主动测量 测头 控制器 渊头进退油缸 砂轮架 图F.1磨削加工在线尺寸测量系统 在线尺寸测量系统在加工过程中直接实时测量工件尺寸,加工过程和测量过程同时进行,测量系统 将工件尺寸变化量随时传递给数控磨床控制系统 F.2提取操作中的测量算式 在磨削加工在线尺寸测量中,采用接触式尺寸测量推荐选用的算式有6种,每一个算式表达式对应 一个特定的输出尺寸值,算式表达式如表F.1所示 其中,G1和G:2分别表示传感测头1和传感测头" 的测量值 表F.1算式表达式 算式表达式 序号 G1 G2 G1-(G2 G1十G2 Gl十G2)/2 Gl-G2)/2 20
GB;/T40810.1一2021 F.3滤波操作中的数字滤波方法示例 在磨削加工在线尺寸测量中,考虑到加工系统自身的特点,可选用去极值平均滤波、平均值滤波和 滑动平均滤波 去极值平均滤波:每个通道连续采样n次,去掉最大值和最小值,再求余下采样值的平均值,如 a 式(F,1)所示 D=Ds一DM Dn/n一2) (F.1 式中 输出结果; Dm -"次连续采样的数值之和; D 次连续采样中的最大值; )Mx n次连续采样中的最小值 DM 平均值滤波;连续采样"次,然后将n次采样值的平均值作为一次采样数据输出如式(F.2) b 所示 F.2) =Dsum/n 滑动平均滤波;顺序存放通道n采样数据,将这些数据求和取平均,求和结果减去平均值与平 滑系数的乘积,与第n+1次采样的数据求和,最后再取平均值,如式(F.3)所示 D=D3 **## (F.3 人sm一DA×a十D/" 式中: -n次连续采样的平均值 D 平滑系数，一般取0.5~2; 第n十1次采样值 D F.4断续表面数据处理示例 在线测量过程中,测量装置连续采集n次数据并进行平均滤波后,作为一次结果输出,设定采集n次 数鹅所需时间，为一个采样朋期 在躺刚加工状态及条件不堂的情况下一个采样周烟工件尺寸变化 值应为Al,对应测量装置电压值变化为Au.,即在经过每一个采样周期后,工件尺寸的变化量相等 测 量装置测得的电压变化线的斜率为 “-" 人= (F.4 式中,/为设定时间,其值由现场磨削加工情况确定,设在t时间段内测量装置检测到的电压变化 值为Aui;设测量装置的倍率值为K,尺寸变化值和电压值之间的关系为 Ad=K×Au (F.5 可得出一定加工条件下的一个采样周期内工件尺寸变化量为: Ad=Aui×1,×K/t F.6 实现步骤如下 计算一个采样周期内尺寸变化理论值Al,设当前测量装置实际测得的尺寸值为de,上次尺寸 输出值为d,令c=d-dt b)将c的绝对值和Al进行比较,当lel>Al时,即当前数据为断续表面数据,则判定需要进行 差值修正 当c>0时.,令d一Ad作为当前输出值进行输出;当c<0时.,令d十Ad作为输出值输出 F.5尺寸特征受控判断示例 在磨削加工在线尺寸测量中,考虑不同加工阶段状态,设定尺寸控制界限范围,即连续变化的允许 21
GB/T40810.1一2021 误差值的上、下界限(UCL、LCL) 以精磨阶段为例,如图F.2所示为过程中的尺寸控制界限示意图 e 人 o 时间序列 图F.2过程中的尺寸控制界限示意图 F.6尺寸预测模型框架示例 以数控磨床加工过程尺寸特征的预报为例,其预测模型框架如图F.3所示 驱动装置 尺寸信息 尺寸预报 数控磨床 主动量仪 模块 信号点补调 补调值超限 报 在线尺寸预测模型框架 图F.3 22
GB;/T40810.1一2021 附 录 G 资料性) 曲轴在位尺寸测量系统及检验操作示例 G.1曲轴在位尺寸测量系统构成 曲轴在位测量系统由信号测量单元、信号处理单元和控制单元等构成 其中,信号测量单元包括测 量装置和支撑装置 信号处理单元和控制单元功能通过测量控制器实现 测量装置实现多通道、多方位采集数据;液压驱动装置实现测量装置的收张及移动;伺服运动机构 实现测量装置X轴及Y轴方向的精确运动;测量控制器实现AD转换、数字信号处理及计算、人机交 互、驱动装置及伺服系统的控制以及与磨床控制系统的通讯等 测量装置可根据机床具体结构和被测轴径的高度位置是否变化而安装在不同的位置,如图G.la 所示为测量装置及驱动原理示意图,测量装置装在X、,Y向导轨上面,可分别沿x、Y向移动 在测量装 置旁安装有支撑装置,该支撑装置在被测轴径加工时与被测轴径接触,起到支撑作用,不妨碍测量装置 沿轴径轴向的测量 如图G.1b)所示为一个可调节底座,测量装置安装在底座上,该底座可带动测量装置沿Z方向的移 动和沿X方向的转动进行测量装置的高度和角度调节,调憋测量装置使测头跟随被测轴的中心面位 置,实现曲轴上各轴段直径的测量 支撑转置 测量装置 导轨 测量装 测量装置 测量系统的底座 a 图G.1曲轴在位尺寸测量系统示意图 G.2曲轴在位尺寸检验操作 曲轴在位尺寸检验操作包括以下内容 提取操作 根据图样规范要求确定提取方案 采用曲饷装夹装置及机床数控系统调整曲轴与 a 主轴的相角变化量,实现磨床带动曲轴绕曲轴轴心旋转 调整测量系统底座及测量装置的位 置,确保两个测头能够正确测量被测轴段,旋转曲轴并对被测轴段进行直径测量 b 滤波操作 根据图样规范要求,采用相应数字滤波器对测量数据进行滤波处理,以消除或减弱 干扰和噪声的影响 测量数据预处理 采用特定准则进行粗大误差的判断和剔除 c 评估操作 根据图样规范要求.,计算获得被测轴段直径值 d 合格评定 根据测量结果判断其是否符合该磨削工序对其尺寸公差的要求 e 23
GB/T40810.1一2021 附 录 资料性 活塞销外径在线测量系统及检验操作示例 H.1活塞销外径在线测量系统构成 H.1.1测量系统基本构成 活塞销外径在线测量系统主要由信号测量单元(外径测量装置)、信号处理单元(工业PC机)和控 制单元(PIc等)构成,渊量系统的辅助机构包括传送机和吹干惧构 H.1.2活塞销传送机构 加工后的活塞销经前级传送装置传送到本系统的传送轨道上 为了防止活塞销因摩擦产生划痕 传送轨道由两条圆柱状皮带组成 活塞销由皮带支撑,在电机驱动控制下匀速运动,如图H.la)所示 H.1.3活塞销吹干机构 活塞销吹干机构是为了将活塞销在无心磨床内加工时带来的磨削液、磨削残渣等污物去除,以防止 在测量时因工件表面的不透明污迹带来的测量误差 采用高压气枪将活塞销表面快速吹干,将污水及 残渣吹净 如果工件表面有透明的水溃,不会对激光光幕测量带来影响 吹干机构如图H.1b)所示 H.1.4外径测量装置 活塞销通过传送带传送到检测位置,匀速通过激光外径测量仪的激光光幕的测量区域,激光束与活 塞销的轴线垂直,通过控制其垂直度保证测量定位精度,如图H.lc)所示 激光测量仪实现对活塞销外 径的高、高精度扫描测量 传送机构 吹干机构 外径测量装置 a b 图H.1活塞销外径在线测量系统示意图 H.2活塞销外径在线检验操作 H.2.1提取操作 根据图样规范要求,确定提取方案 话塞销外径在线测量系统采用澈光外径测量仪实现活塞销外 径的连续自动测量,即按一定的采样间隔实现沿活塞销轴向的外径高密度扫描测量 24
GB;/T40810.1一2021 H.2.2滤波操作 根据图样规范要求,采用相应数字滤波器对测量数据进行滤波处理 H.2.3测量数据预处理 采用特定准则进行粗大误差的判断和剔除 H.2.4评估操作 根据图样规范要求,计算被测活塞销外径的最大值、最小值、平均值、直径变动量 H.2.5合格评定 将测量结果与设定的公差值进行比较,判断活塞销是否超差,并根据检验结果和分选要求,将不合 格的活塞销分选处理 25
GB/T40810.1一2021 附 录 资料性 轮廓滤波器特性 相位修正轮廓滤波器的加权函数 .1 符合高斯密度分布的相位修正滤波器加权函数(见图I.1)如式(I.1)所示: e[太] I.1 s(.r= a 式中: 相对加权函数中心的位置; -轮廓滤波器的截止波长(co是cut-off的缩写) n2 常数,a= =0.4697 s(m× 人 xA 图L.1轮廓滤波器的加权函数 .2传输特性 1.2.1长波轮廓成分的传输特性 滤波器的特性如图1.2所示,是加权函数经傅里叶变换确定的 中线的滤波特性符合式(1.2) =e一-[一] I.2 l0 式中 滤波前正弦波粗糙度轮廓的幅值; a a 滤波后这个正弦轮廓的幅值; 轮廓滤波器的截止波长; 入 正弦轮廓的波长 26

产品几何技术规范（GPS）生产过程在线测量第1部分：几何特征（尺寸、表面结构）的在线检测与验证GB/T40810.1-2021

作为制造业的重要组成部分，产品质量是企业发展和市场竞争力的关键。而产品的几何特征，例如尺寸、形状、位置以及表面结构等，直接影响着其性能和可靠性。因此，在生产过程中对产品几何特征进行在线测量是至关重要的。 最近发布的GB/T40810.1-2021标准中，详细规定了产品几何技术规范（GPS）生产过程在线测量第1部分：几何特征（尺寸、表面结构）的在线检测与验证。该标准涵盖了从测量设备的选型到测量数据的处理与分析等方面，为制造业提供了完整的在线测量解决方案。 在实际生产过程中，通过采用在线测量技术，可以实现对产品几何特征的快速、精确测量和检验，从而及时发现并修正生产过程中的问题，提高产品质量，减少浪费。同时，由于在线测量可以自动化和数字化，还可以大幅度提高生产效率和降低人工成本。 总之，在线测量技术作为一种先进的生产控制手段，已经成为现代制造业的不可或缺的部分。通过遵守最新的GB/T40810.1-2021标准，企业可以更好地实现对产品几何特征的在线测量与验证，进而提高产品质量和市场竞争力。

产品几何技术规范（GPS）生产过程在线测量第1部分：几何特征（尺寸、表面结构）的在线检测与验证的相关资料

和产品几何技术规范（GPS）生产过程在线测量第1部分：几何特征（尺寸、表面结构）的在线检测与验证类似的标准