基于新一代几何产品技术规范的圆柱体直径的测量方法研究

　　0 引言

　　几何产品技术规范(dimensional and geo-metrical product specifications,GPS)是机械制造业的重要基础标准,对于零件,其尺寸、形位误差和表面粗糙度等对产品的性能有着重要的影响,因此,由国际标准化组织的ISO/TC3(极限与配合,尺寸公差及相关检测)、TC10/SC5(几何公差及相关检测)和TC57(表面纹理及相关检测)等独立的技术委员会制定了一系列国际标准,即第一代GPS标准。第一代GPS标准存在的主要问题是图纸技术的规范不完整,设计、制造和检验标准的基础理论不统一,设计、制造以及计量工程师之间没有共同的技术语言,无法进行有效的沟通,其主要原因是国际标准化组织的上述技术委员会在制定相关GPS标准中缺乏有效的协调与合作。

　　第一代GPS标准是建立在几何学意义上的。随着生产技术和工艺水平的不断提高,第一代GPS标准已不适应产品质量和生产效率进一步提高,以及生产成本进一步降低的现代化生产的需要。而新一代GPS标准以计量数学为基础,因此,对设计人员提出了更高的要求,要求设计人员在设计过程中,不仅能根据零件的功能要求对产品零件的尺寸、形位和表面粗糙度等给出合理的参数,而且还能了解相应的测量与评定方法。对于精度要求较高或具有配合要求的圆柱体的直径,采用老一代GPS标准标注时,若没有包容要求等一些特殊要求,只需在公称直径后面加注上下偏差即可,而新一代GPS标准根据不同使用要求,在圆柱体直径尺寸和上下偏差后面则要求标注测量或评定方法的符号用以表示两点尺寸、球定义的局部尺寸、最小二乘直径、最大内接直径、最小外接直径、圆周直径、面积直径、体积直径、最小统计直径、最大统计直径、平均统计直径和包容要求等。

　　两点尺寸可用两点法直接测得,球定义的局部尺寸需用特定方法获得,圆周直径、面积直径和体积直径均是计算尺寸,其余为全局尺寸,也通过计算得到。

　　1 圆柱体直径原始数据的获取

　　GPS规定的圆柱体直径除两点尺寸可用千分尺、光学比较仪、万能测长仪和内径千(百)分表等传统长度测量量具或仪器直接得到外,其他直径的测量则需用有限的测点代表被测圆柱体的实际要素。被测圆柱体的实际要素可用截面法(图1)测量,部分直径亦可用螺旋线法(图2)测得的数据代表实际要素。

　　目前,新一代GPS标准所规定的圆柱体各种直径的定义,对现有圆柱体直径测量仪器提出了挑战。尽管三坐标测量机可以测量圆柱体的尺寸和形位误差[1,2],但由于它不是圆柱体直径和形位误差测量的专用设备,测量精度相对较低,而用圆(柱)度仪测量圆柱体形位误差时,不管采用的是截面法还是螺旋线法,测得的并非是测头绕回转工作台轴线的绝对尺寸,只是在回转过程中测头相对于某值的变动量。因此,目前国内外还未见到能满足基于新一代GPS的圆柱体直径测量要求的仪器。