In dit onderwerp Verbergen
Inleiding tot geometrische toleranties en Feature Control Frames
Conceptueel proces voor het evalueren van geometrische toleranties
Specificatie versus verificatie
Aanbevolen stappen voor een zorgvuldig onderzoek
Een gefabriceerd onderdeel heeft functionele vereisten. Deze vereisten omvatten vaak de vorm, maat, oriëntatie en locatie van de elementen—het zijn geometrische vereisten. De elementen moeten hetzij alleen of met andere elementen aan de geometrische vereisten voldoen.
Geometrische toleranties geven de geometrische vereisten nauwkeurig op. Een tekening of CAD-model geeft geometrische toleranties als volgt op:
Feature Control Frames (ASME Y14.5)
Tolerantie-indicators (ISO 1101)
Opmerking over terminologie: Feature Control Frames volgens ASME en tolerantie-indicators volgens ISO zijn vergelijkbaar wat betreft uiterlijk en werkwijze. Daarom verwijzen wij naar beide met de term 'Feature Control Frame'. We gebruiken ook de term "Geometrische dimensionering en toleranties" (of kortweg "GD&T-norm). Deze term verwijst naar beide desbetreffende normen (ASME Y14.5 of ISO 1101) ook al is de term volgens ISO “geometrische productspecificaties”,
Voor een Feature Control Frame (FCF) worden getallen en symbolen in rechthoekige kaders gebruikt:
PC-DMIS kan geometrische toleranties volgens iedere norm verifiëren, maar dit gaat het eenvoudigst wanneer de toleranties volgens deze specifieke normen zijn geschreven.
ASME Y14.5 2009/2018
ASME Y14.5.1 2019
ISO 1101 : 2012/2017
ISO 5459 : 2011
ISO 5458 : 1998
ISO 14405-1 : 2010
ISO 17450-3 : 2016
ISO 2692 : 2014
ISO 1660 : 2017
Opmerking over terminologie: Wij noemen de groep ASME-normen kortweg "ASME Y14.5" en de groep ISO-normen "ISO 1101".
Een geometrische tolerantie omvat altijd het volgende:
Een of meer getolereerde elementen
Een tolerantiezone voor elk getolereerd element
Nul of meer referentie-elementen. Deze beperken hoe getolereerde elementen in de tolerantiezone of -zones geoptimaliseerd kunnen worden.
Als u een geometrische tolerantie evalueert, moet u alle basisdimensies (ASME Y14.5) of de theoretisch exacte dimensies (ISO 1101) kennen. Dit zijn de nominale verhoudingen tussen alle elementen in kwestie. Dit betekent dat alle elementen correcte nominale waarden (THEO's) moeten hebben. Als ze onjuist zijn, kan PC-DMIS de geometrische toleranties verkeerd evalueren.
De eenvoudigste manier om u ervan te verzekeren dat de nominale waarden correct zijn, is door het meetprogramma vanuit het CAD-model te construeren.
De groep ASME- en ISO-normen voor GD&T zijn specificatienormen. Geometrische toleranties zijn één type specificatie. De normen definiëren de specificaties—wat de toleranties betekenen—maar ze geven niet aan hoe u kunt bevestigen dat het onderdeel aan de specificaties voldoet.
Bij specificatie wordt perfecte informatie gehanteerd. De specificatie wordt gedefinieerd in termen van het gehele werkelijke oppervlak. Er zijn een oneindig aantal punten met geen enkele meetonzekerheid.
Bij verificatie wordt imperfecte informatie gehanteerd. De verificatie wordt gedefinieerd in termen van de gemeten punten. Dit is een eindig aantal punten met meetonzekerheid. Als u berekeningsopties kiest, is het uw doel om te zorgen dat het resultaat van de verificatieberekening zo dicht mogelijk bij de specificatie ligt. Met andere worden, de specificatie is wat u probeert te meten (de 'te meten grootheid'), terwijl de meting uw beste benadering van de specificatie is. Soms verschilt de beste verificatieberekening sterk van de specificatieberekening.
Door dit verschil tussen specificatie en verificatie komen referenties en tolerantiewaarden gewoonlijk in paren. Er zijn bijvoorbeeld zowel werkelijke referenties als gemeten referenties, evenals werkelijke toleranties en gemeten toleranties:
Werkelijke referenties en werkeljke tolerantiewaarden worden gedefinieerd door de specificatie aan de hand van perfecte informatie over het werkelijke oppervlak.
Gemeten referenties en gemeten tolerantiewaarden zijn benaderingen van werkelijke referenties en tolerantiewaarden gebaseerd op gemeten gegevens.
Helaas zijn er geen verificatienormen voor GD&T, dus het is erg moeilijk om een zinvolle vergelijking te maken tussen verschillende softwarepakketten die bedoeld zijn om dezelfde specificatie te evalueren. Verschillende softwarepakketten gebruiken verschillende algoritmen om een benadering van de werkelijke referenties en tolerantiewaarden te krijgen, dus krijgen ze verschillende gemeten referenties en verschillende gemeten waarden.
De werkelijke rechtheid van een lijn is bijvoorbeeld gebaseerd op perfecte informatie over het oppervlak. De gemeten rechtheid is gebaseerd op de gemeten punten. De gemeten rechtheid kan kleiner zijn dan de werkelijke rechtheid als de werkelijke hoogste en laagste punten niet worden gemeten. Aan de andere kant kan de gemeten rechtheid groter zijn dan de werkelijke rechtheid als de onzekerheid van de gemeten punten groot is.
Hieronder ziet u een illustratie van de werkelijke rechtheid van een oppervlak. De gehele dwarsdoorsnede van het werkelijke oppervlak moet tussen twee evenwijdige lijnen liggen, waarbij de afstand tussen de lijnen minimaal is. De afstand tussen de lijnen is de werkelijke waarde.
Hieronder ziet u een illustratie van de gemeten rechtheid van een oppervlak. De gemeten punten op de dwarsdoorsnede van het oppervlak moeten tussen twee evenwijdige lijnen liggen. De afstand tussen de lijnen is de gemeten waarde. De dunne ononderbroken lijn geeft het werkelijke oppervlak weer (perfecte informatie), terwijl de kleine stippen de gemeten oppervlaktepunten weergeven (imperfecte informatie). In dit geval werden te weinig punten gemeten, en is de gemeten waarde dus kleiner dan de werkelijke waarde.
Volgens de specificatie van ISO 5459 : 2011 wordt een primair referentievlak gedefinieerd als een beperkt min-max vlak. Dit vlak is aan de buitenzijde van het materiaal. Het maakt contact met ten minste één hoogste punt, en minimaliseert de afwijkingen van de laagste punten (nadat het oppervlak gefilterd is).
Als we bij de verificatie onze punten compact hebben gemeten (veel punten) en we een veel kleinere meetonzekerheid hebben dan de vormfout, dan is het beste algoritme in deze verificatiesituatie het min-max algoritme. Dat algoritme zorgt ervoor dat ons gemeten referentievlak zo goed mogelijk overeenkomt met het gespecificeerde referentievlak. Aan de andere kant, als bij de verificatie onze gemeten punten een grotere meetonzekerheid hebben dan de vormfout (dit komt veel voor), dan moeten we waarschijnlijk een gewone (niet-beperkte) kleinste-kwadraten-algoritme gebruiken. Dit is omdat de gemeten vormfout in feite bijna geheel een meetfout is, en contact met de hoogste punten het referentievlak dus ver van het werkelijke oppervlak zou plaatsen. In dit geval is gewone kleinste kwadraten een betere keuze.
Hieronder ziet u een voorbeeld van een primair referentievlak dat een vormfout heeft. De werkelijke door ISO 5459 : 2011 gespecificeerde referentie wordt weergegeven door de dunne rechte lijn.
Hieronder ziet u een voorbeeld van dat primaire referentievlak, dat gemeten is door een sensor, waarbij ieder gemeten punt een grote meetonzekerheid heeft. De ononderbroken golflijn geeft het werkelijke oppervlak weer. Als u de specificatieberekening gebruikt (beperkte min-max nadat leegten zijn uitgefilterd), is de gemeten referentie heel ver af van de werkelijke referentie, zoals te zien is aan de dunne rechte lijn.
Hieronder ziet u een voorbeeld van dezelfde primaire referentie, met dezelfde gemeten punten, maar met gebruikmaking van gewone (niet-beperkte) kleinste-kwadraten-berekening. Deze gemeten referentie is een veel betere benadering van de werkelijke referentie.
Vaak zult u bij de verificatie andere algoritmen moeten gebruiken dan bij de specificatie worden gebruikt. Daarom geven opdrachten voor geometrische tolerantie u berekeningsopties waarmee u kunt bepalen welke algoritmen voor de verificatie worden gebruikt. U vindt het misschien lastig om de beste berekeningsopties te kiezen. De enige manier om er werkelijk zeker van te zijn dat u de beste berekeningsopties hebt gekozen, is om zorgvuldig onderzoek te doen.
Neem diverse werkelijke onderdelen die de verschillende fouten laten zien die het fabricageproces kan produceren.
Meet alle onderdelen compact met veel dwarsdoorsneden, en gebruik apparatuur die veel minder meetonzekerheid biedt dan de vormfout.
Kies berekeningstypen die een goede benadering van de specificatie geven.
Meet dezelfde onderdelen op de manier waarop u verwacht de onderdelen werkelijk bij de productie te zullen meten. Gebruik dezelfde sensoren en meetstrategieën die u van plan bent te gebruiken.
Kies een grote verscheidenheid van berekeningstypen, en vergelijk hoe goed die berekeningstypen uw compacte en uiterst nauwkeurige metingen benaderen. Dan kunt u de combinatie van berekeningstypen kiezen die de specificatie het dichtst benadert.
Gewoonlijk hangt de beste berekeningsoptie af van de verhouding tussen uw meetonzekerheid en uw vormfout. Als de meetonzekerheid veel groter is dan de vormfout, dan kunt u de werkelijke vormfout toch niet met uw sensor meten, en kunt u het beste iets eenvoudigs zoals gewone kleinste kwadraten kiezen voor de berekeningstypen voor referenties en elementen. Aan de andere kant, als de meetonzekerheid veel minder is dan de vormfout, kunt u het beste berekeningstypen kiezen die een goede benadering van de specificatie geven.
Hoe u berekeningstypen moet kiezen staat volledig los van de vraag of uw sensor in staat is om uw specificaties te verifiëren. Dat complexe onderwerp wordt niet in deze documentatie besproken. Het is echter van kritiek belang dat verificatietechnici sensoren en meetstrategieën kiezen die nauwkeurig genoeg zijn om met de gekozen berekeningstypen de specificatie te verifiëren.
Er is een verschil tussen beschouwde elementen en getolereerde elementen.
Een beschouwd element is een gemeten oppervlak dat het gecontroleerde oppervlak weergeeft. U meet de beschouwde elementen in uw meetroutine. Een beschouwd element is, in de termen van ISO 1101, een meting van een reëel integraal element. Als u de opdracht Geometrische tolerantie gebruikt, kiest u de beschouwde elementen voor elke tolerantie.
Het getolereerde element is wat in de tolerantiezone gaat. Het tolerantie-element is soms het oppervlak van het beschouwde element. Soms is het iets dat is afgeleid van het oppervlak van het beschouwde element. Het kan bijvoorbeeld de as van de niet-gerelateerde werkelijke passende omhullende zijn, (ASME Y14.5) of de geëxtraheerde mediaanlijn (ISO 1101). Zie "Getolereerd element verkrijgen" voor meer informatie.
De werkelijke evaluatie van een geometrische tolerantie bestaat uit diverse fasen:
Meting van de oppervlakken van de beschouwde elementen en de oppervlakken van de referentie-elementen
Berekening van de referenties in volgorde van hiërarchische voorrang
Productie van het getolereerde element uit het beschouwde element indien nodig
Evaluatie van elk getolereerd element binnen de betreffende tolerantiezone. Dit hangt af van de beperkingen van de referenties.
Rapporteren van het geëvalueerde resultaat
In de meeste gevallen bent u verantwoordelijk voor fase 1 van dit evaluatieproces. De opdracht Geometrische tolerantie van PC-DMIS behandelt de andere fasen op een wijze die voldoet aan ASME YH14.5 of ISO 1101.
Omdat u verantwoordelijk bent voor fase 1 van dit evaluatieproces, moet u de oppervlakken compact genoeg en met genoeg dwarsdoorsneden meten zodat de gemeten referenties en gemeten waarden de werkelijke referenties en de werkelijke waarden dicht kunnen benaderen. Dit betekent dat u een grondig begrip moet hebben van de specificaties, de sterke en zwakke kanten van uw meetapparatuur en de soorten fouten die uw fabricageproces kan produceren.
Met PC-DMIS 2020 R2 is de opdracht Geometrische tolerantie geïntroduceerd. Hiervoor had PC-DMIS wat FCF-capaciteiten die oudere normen ondersteunden en die beperkter waren.
Opmerking over terminologie: In deze documentatie wordt naar de oude capaciteiten verwezen als "XactMeasure". Dit is omdat bij eerdere versies van PC-DMIS in de titelbalk van het dialoogvenster Feature Control Frame "XactMeasure" stond. Bij de actuele opdracht Geometrische tolerantie staat "Geometrische tolerantie".
Er zijn diverse vergelijkingen met vroegere werkwijzen in deze documentatie. De capaciteiten en het gedrag van XactMeasure worden vergeleken met de capaciteiten en het gedrag van de opdracht Geometrische Tolerantie.