基于新一代GPS体系的圆度误差评定研究

　　精密轴系零件广泛应用于现代工业生产制造中,其中圆度误差是该类零件的重要几何精度指标之一,它直接影响零部件的配合精度、旋转精度、引起振动、产生噪声等。准确地评定圆度误差,不但可作为零件验收的依据,还可以用来分析误差产生的原因,为提高零件加工精度和装配精度提供可靠的保证。由于传统的圆度误差评定方法是基于几何学的误差描述及评定模式,其评定过程效率低、可操作性差、随意性大;数学描述缺乏,不便于计算机的表达、处理和数据传递;特别是在精密测量和超精密测量中,测量基准和评定基准统一性的确定问题更为突出。

　　针对传统几何公差体系存在的问题, ISO/TC213基于/系统、规范、科学、实用0的基本思想,建立了新一代产品几何技术规范(Geometrical ProductSpecification and Verification, GPS)标准体系。该体系以计量数学为基础,利用基于对偶性的非理想表面模型和共性/操作0技术[1],实现了产品几何特征规范值(公差值)确定和实际工件几何特征值(实际偏差值)认证的数字化统一。新一代GPS标准提供了一个更加丰富、清晰的交流工具和一套更大范围的评定工具来满足产品几何功能的要求,较好地解决了基于几何学的误差评定和标准的争议等问题,从而为误差评定的数字化、规范化和高效化提供了可靠的保证。作者在深入研究新一代GPS体系的数字化理论及关键技术基础上,探讨了操作算子技术在圆度误差计量认证过程中的应用,给出了圆度误差计量的操作算子构成,并以圆度仪测量阶梯轴的圆度误差为例进行实例分析。

　　1 新一代GPS操作及算子技术

　　新一代GPS标准体系为了清晰定义、协调统一几何产品的规范和验证,提出了操作的概念[2-3]。操作是为体现要素、获取规范值和特征值而对表面模型或实际工件表面所进行的特定数字化处理方法。操作包括要素操作和估值操作,要素操作的目的是体现理想要素或非理想要素,包括分离、提取、滤波、拟合、集成、构建6种操作;估值操作的目的是用来确定公称值、特征规范值、特征值。为获得特征规范值或特征值而使用的一组有序操作的集合,称为一个操作算子。在规范设计阶段,为获得特征规范值而对表面模型应用的一组有序操作称为规范算子;在检验认证阶段,为获得特征值依照规范阶段的规范算子对实际工件表面应用的一组有序操作,称为检验算子。操作算子技术贯穿于几何产品的规范、评定过程,是工件进行规范和认证的必要基础。

　　下面将进一步阐述GPS操作及算子技术在圆度误差评定中的应用[4-5]。

　　1.1 分离

　　分离是用来获取有界要素的操作。它可以用来从实际表面获取某个非理想要素,也可以用来获取理想要素或非理想要素的一部分。其目的是从整个模型中获取需要研究的要素或从整个要素中获取需要研究的一部分。图1为分离操作的示例。