Rozměrové a geometrické specifikace produktu a jejich ověřování

Transkript

1 Rozměrové a geometrické specifikace produktu a jejich ověřování Cílem tohoto referátu je podat zpracovatelům návrhu a vývoje strojního zařízení základní informace o možnostech využívání technických norem zejména při konstruování strojních součástí a celků Úvod Na základě rozměrových a geometrických specifikací produktu uvedených v technické dokumentaci je možné ověřovat tvar, rozměry a vlastnosti povrchu součásti, tedy na základě návrhu v vývoje součásti stanovených požadavků pro zajištění její optimální funkce. Produktem výroby nejsou součástí dokonalé nýbrž součásti vykazující úchylky tedy rozdíly od jmenovitých rozměrů. Uvedené rozdíly jsou potom stanoveny na základě ověřování rozměrových a geometrických specifikací. Tato situace vyvolává potřebu uvést do vzájemného harmonizovaného vztahu: součást podle představy konstruktéra; vyrobenou součást, a výsledky měření vyrobené součásti. Aby bylo dosaženo uvedené návaznosti byla vytvořena v rámci ISO technická komise ISO/TC 213 Rozměrové a geometrické specifikace produktu a jejich ověřování (dále GPS). GPS zahrnuje mezinárodní normy, které: upravují základní pravidla požadavků (základní mezinárodní normy GPS); globální principy a jejich definice (globální mezinárodní normy GPS); doplňkové/komplementární mezinárodní normy GPS), určující geometrické charakteristiky. Geometrickými charakteristikami v pojetí matice všeobecných mezinárodních norem GPS (dále jen matice charakteristik GPS) jsou 1. rozměr 2. vzdálenost 3. poloměr 4. úhel 5. tvar čáry nezávisle na základně 6. tvar čáry závisle na základně 7. tvar povrchu nezávisle na základně 8. tvar povrchu závisle na základně 9. směr 10. poloha 11. obvodové házení 12. celkové házení 13. základny 14. profil drsnosti 15. profil vlnitosti 16. základní profil

2 17. nedokonalosti povrchu 18. hrany Tyto charakteristiky jsou na základě mezinárodních norem GPS členěny (dále uvedeny jako články řetězce): 1 označení ve výrobní dokumentaci; 2 stanovení tolerancí; 3 definice skutečného prvku; 4 způsob hodnocení úchylek; 5 požadavky na měřicí zařízení; 6 požadavky na metrologii. Zároveň mohou mezinárodní normy (dále jen normy) GPS zahrnovat: charakteristiky produktů jako výsledek různých výrobních procesů a charakteristik specifických strojních prvků; různé stupně vývoje produktu, konstrukce, výroba, metrologie, prokazování kvality apod.. Souhrn uvedených požadavků vytvořil předpoklad pro vytvoření obsahu pojmu GPS formou matice GPS. Termíny a definice pro vymezení matice všeobecných mezinárodních norem GPS: řetězec všeobecných mezinárodních norem GPS tvoří přidružené normy týkající se týchž geometrických charakteristik POZNÁMKA Termín řetězec mezinárodních norem se týká jen všeobecných a doplňkových norem GPS. Řetězec mezinárodních norem je charakterizován skutečností, že každá jednotlivá mezinárodní norma, která je součástí řetězce, ovlivňuje ostatní normy takovým způsobem, že její plné pochopení a porozumění je podmíněno znalostí ostatních norem téhož řetězce. Účelem všech řetězců norem je jednoznačně spojit údaj na výkrese (např. označení drsnosti, definice tolerančních mezí bez ohledu na velikost úchylky od ideální geometrie tolerovaných prvků a dalších úchylek od teoreticky správných rozměrů. Každá všeobecná mezinárodní norma článku řetězce je často zaměřena na speciálně vymezenou skupinu uživatelů. Všeobecně se má zato, že určité všeobecné mezinárodní normy náležejí do sféry konstrukce, prokazování kvality atd.. Přínos řetězce všeobecných mezinárodních norem spočívá v tom, že každý článek je nutný ( na úseku konstrukce, prokazování kvality, metrologie atd.) k úplnému pochopení každé jednotlivé normy a to zejména na základě termínů a jejich definic uvedených v jednotlivý článcích řetězce. Uvedený řetězec všeobecných mezinárodních norem tvoří šest výše uvedených článků řetězce. komplexní modelová matice GPS uspořádání norem GPS sestávající ze čtyř hlavních skupin: základní mezinárodní normy GPS; globální mezinárodní normy GPS všeobecné mezinárodní normy GPS, (matice všeobecných mezinárodních norem GPS; doplňkové mezinárodní normy GPS

3 základní mezinárodní/technické normy GPS stanovují základní pravidla a postupy tolerování a kotování výrobků jedná se následující technické normy ČSN ISO 8015:1994 ( ) Technické výkresy. Základní pravidlo tolerování pren ISO Geometrical product specifications (GPS) - Fundamentals - Concepts, principles and rules (ISO/DIS 14659:2007) globální mezinárodní/technické normy GPS integrují působení několika nebo všech všeobecných a doplňkových norem GPS 1:2003 Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Referenční teplota pro geometrické požadavky na výrobky a jejich ověřování :1997 ( ) Technické výkresy - Terminologie - Část 2: Metody promítání ISO 10579:1993 Technické výkresy kótování a tolerování netuhých součástí (Technical drawings -- Dimensioning and tolerancing -- Non-rigid parts) :2000 ( ) Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Zkoušení obrobků a měřidel měřením - Část 1: Pravidla rozhodování o prokazování shody nebo neshody se specifikacemi :2005 ( ) Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Zkoušení součástí a měřidel měřením - Část 3: Směrnice k dosažení souhlasu při určování nejistot měření ISO/IEC Guide 99:2007 International vocabulary of metrology -- Basic and general concepts and associated terms (VIM) ISO/IEC/FDIS Guide 98-1 Uncertainty of measurement -- Part 1: Introduction to the expression of uncertainty in measurement ISO/IEC Guide 98-3:2008 Uncertainty of measurement -- Part 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM:1995) všeobecné mezinárodní normy GPS matice všeobecných mezinárodních norem GPS přiřazuje jednotlivým mezinárodním normám GPS jednak svislý řetězec charakteristik GPS (1-18) a vodorovný řetězec článků GPS POZNÁMKA Ve vztahu k všeobecným mezinárodním normám GPS přiřazuje matice řady, které se týkají výše uvedených geometrických charakteristik a sloupce vyjadřující kvalifikované požadavky tedy článků řetězce. Každý prvek takto uspořádané množiny je reprezentován přinejmenším jednou normou GPS. Matice je upořádána v logickém sledu požadavků uživatel, poloha jednotlivých norem GPS nemá žádnou prioritu. obsahová náplň všeobecných mezinárodních normy GPS jádro komplexu těchto mezinárodních norem GPS, stanovuje: pravidla zapisování požadavků ve výkresové dokumentaci, termíny a definice spolu s popisem principů měření pro určité vymezené kategorie prvků.

4 doplňkové normy GPS obsahují doplňující pravidla vzhledem k údajům uvedeným ve výkresové dokumentaci spolu s definicemi a principy měření pro určité vymezené kategorie prvků POZNÁMKA Uvedená pravidla závisí na druhu výrobního procesu a popř. na systému a jeho součásti, kterým je strojním vybavení. K doplňkovým patří mezinárodní normy GPS: tolerancí stanovené na základě výrobního procesu (např. obrábění, odlévání, tváření atd.) tolerancí strojních součástí prvků (např. součástí se závitem, ozubených kol, drážkových hřídelů atd.) tolerancí strojních prvků. Pravidlo jednoznačnosti mezinárodních norem GPS Každý řetězec norem GPS obsahuje, za pomoci globálních norem GPS, nutné termíny a jejich definice a pravidla jednoznačného vztahu mezi údajem ve výkresové dokumentaci a geometrickou charakteristikou součásti tedy posuzované hodnoty reprezentující tuto charakteristiku jsou navázány na mezinárodní kalibrační etalony. Pravidlo úplnosti mezinárodních norem GPS Matice všeobecných norem GPS obsahuje za pomoci globálních norem GPS různé možnosti předpisu všech požadovaných geometrických charakteristik. Pravidlo komplementarity mezinárodních norem GPS Každý jednotlivý řetězec norem GPS doplňuje ostatní normy GPS. To zaručuje aby za soustavy norem GPS se daly v úplnosti předepsat a kvantitativně hodnotit předepsaná charakteristiky součástí. Stručně k problematice charakteristik konstrukční charakteristika DC (design characteristic) <např. měřicího vybavení> charakteristika měřicího vybavení, která neovlivňuje měření přímo, ale která může být předmětem zájmu z jiných důvodů, pokud je měřicí vybavení používáno Konstrukční charakteristiky mohou ovlivňovat zaměnitelnost, odečitatelnost dílků stupnice a čtení digitálního výstupu, odolnost proti opotřebení atd. Některé konstrukční charakteristiky mohou ovlivňovat dlouhodobou schopnost vybavení provádět měření (ovlivňující konstrukční charakteristiky), např. jejich odolnost proti opotřebení, jejich odolnost proti okolnímu prostředí atd. Jiné konstrukční charakteristiky nemají vliv na měření (neovlivňující konstrukční charakteristiky). Mezi uvedený druh konstrukčních charakteristik je možno zahrnout: Zaměnitelnost PŘÍKLAD Celkové a detailní rozměry, měřicí rozsah, upínací a nebo montážní systém atd. a příslušná geometrie/ tolerance. Odolnost proti opotřebení PŘÍKLAD Materiál, tvrdost atd. příslušných částí vybavení. Ochrana proti vlivům okolního prostředí PŘÍKLAD Ochrana proti vodě, ochrana proti prachu, ochrana proti elektrickému proudu, ochrana proti korozi. Elektrické požadavky PŘÍKLAD Protokoly rozhraní, napájení atd.

5 Speciální provozní vlastnosti PŘÍKLAD Zvedací/zdvihací zařízení, vyrovnávací zařízení. Provozní omezení PŘÍKLAD Maximální rychlost pohybu, teplotní rozsah, stabilita napájení a dodávky vzduchu. metrologická charakteristika MC (metrological characteristic) <např. měřicího vybavení> charakteristika měřicího vybavení, která může ovlivnit výsledky měření Metrologická charakteristika je vyjádřena v číselných hodnotách a může být vyhodnocena v jiné jednotce, než která je výsledkem měření skutečným měřicím vybavením. Měřicí vybavení má obvykle několik metrologických charakteristik. Metrologické charakteristiky mohou být předmětem kalibrace Metrologické charakteristiky měřicího vybavení jsou důležité pro sledování chyb a příspěvků nejistoty pocházejících z měřicího vybavení a pro vyhodnocení nejistoty měření při použití měřicího vybavení. Vliv jednotlivé metrologické charakteristiky na nejistotu měření je závislý na procesu měření (verifikační operátor). Vědomí existence skutečné metrologické charakteristiky a velikosti její hodnoty smí sloužit jako základna pro návrh procesu měření a volbu měřicího vybavení. Opakovatelnost metrologických charakteristik je důležitou informací, pokud se hodnotí nejistota měření. Charakteristika jednotlivých článků řetězce GPS Článek 1 označení ve výrobní dokumentaci obsahuje skupinu všeobecných technických norem GPS, na základě kterých jsou upraveny zápisy charakteristik součástí ve výkresové dokumentaci; zápis je často zakódované formě pomocí normalizovaných značek, které opakovaně vymezují určité geometrické charakteristiky, stanovují označení, jeho význam a pravidla pro používání Článek 2 stanovení tolerancí obsahuje skupinu všeobecných technických norem GPS, které stanovují číselné hodnoty ve vztahu k označení v technické dokumentaci zároveň tyto technické normy stanovují pravidla kódovaných/symbolických zápisů v slovním nebo matematickém srozumitelném vyjádření ve vztahu k jednotkám SI např. rozměr v mm atd.. POZNÁMKA Do této skupiny patří odvozování charakteristik na základě geometrie součástí, tedy stanovení teoreticky správného prvku s příslušnými tolerancemi. V některých případech proto mohou být teoreticky mezní hodnoty stanoveny na základě ČSN EN :1996 Soustava tolerancí a uložení ISO - Část 1: Základní ustanovení, úchylky a uložení (ISO 286-1:1988) a ČSN EN :1996 Soustava tolerancí a uložení ISO - Část 2: Tabulky základních tolerancí a mezních úchylek pro díry a hřídele (ISO 286-2:1988) 4288:1999 Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Struktura povrchu: Profilová metoda - Pravidla a postupy pro posuzování struktury povrchu a případnými modifikacemi těchto technických norem.

6 Článek 3 definice skutečného prvku obsahuje skupinu všeobecných technických norem GPS, které stanovují definice charakteristik nebo parametrů skutečného prvku spolu s udáním doplňkových definic k správnému teoretickému vymezení prvku tak, aby byl jednoznačně určen tedy převeden ze světa ideálního do neideálního skutečného a tím mohla být jednoznačně vymezena i tolerance ve výkresové dokumentaci za předpokladu měření na základě množiny bodů, kterými je prvek určen Článek 4 způsob hodnocení úchylek obsahuje skupinu všeobecných technických norem GPS, které stanovují podrobné požadavky na posuzování a hodnocení úchylek skutečné součásti ve vztahu k hodnotám předepsaným ve výkresové dokumentaci. POZNÁMKA Prakticky to znamená, že skupina těchto technických norem GPS musí stanovit podrobná pravidla jak porovnávat výsledky měření s předepsanými hodnotami, aby bylo možno rozhodnout o shodě případně neshodě součásti s požadavky (specifikacemi). Předpokladem je, uvažování nejistoty měřicího postupu a měření. Teoreticky nekonečný počet bodových údajů měření požadovaný definicí skutečného prvku je možné snížit na omezený počet. Všeobecné technické normy GPS uvedené v tomto článku stanovují konvenčně pravou hodnotu charakteristiky GPS, která je uvedena ve výkresové dokumentaci. Článek 5 požadavky na měřicí vybavení obsahuje skupinu všeobecných technických norem GPS, která popisuje měřicí vybavení nebo typy měřicích přístrojů nebo strojů POZNÁMKA Technické normy této skupiny vymezují charakteristiky měřidel, a jejich vliv na nejistotu měření za předpokladu jejich použití spolu s udáním dovolených mezí chyb jejich charakteristik. Článek 6 požadavky na měřicí vybavení obsahuje skupinu všeobecných technických norem GPS, která stanovuje zejména kalibrační postupy a ověřování funkčních požadavků měřidel v návaznosti na jednotku SI metr.

7 Členění technických norem GPS z pohledu ISO/TR 14638:1995 Geommetrické specifikace produktu (GPS) Základní program (Geometrical product specification (GPS) Masterplan) Globální mezinárodní normy GPS (Tyto normy ovlivňují několik nebo všechny články řetězce) Základní mezinárodní normy GPS Matice všeobecných mezinárodních norem GPS Články řetězce GPS Charakteristiky GPS 1 rozměr 2 vzdálenost 3 poloměr 4 úhel 5 tvar čáry nezávisle na základně 6 tvar čáry závisle na základně 7 tvar povrchu nezávisle na základně 8 tvar povrchu závisle na základně 9 směr 10 poloha 11 obvodové házen 12 celkové házení 13 základny 14 profil drsnosti 15 profil vlnitosti 16 základní profil 17 nedokonalosti povrchu 18 hrany Matice doplňkových mezinárodních norem GPS A. Tolerance pro specifické postupy A1. Obrábění A2. Odlévání A3. Svařování A4. Řezání za tepla A5. Tváření A6 Pokovování a nanášení povlaků A7 Nátěry B. Mezinárodní normy strojních součástí B1. Závitové součásti B2. Ozubená kola B3. Drážková spojení

8 Přehled všeobecných mezinárodních norem GPS Označení Rok zavedení do ČSN Třídicí znak Název Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Zkoušení obrobků a měřidel měřením - Část 1: Pravidla rozhodování o prokazování shody nebo neshody se specifikacemi Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Zkoušení součástí a měřidel měřením - Část 2: Pokyn k zjišťování odhadu nejistot měření v GPS, při kalibraci měřicího zařízení a při ověřování výrobků Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Zkoušení součástí a měřidel měřením - Část 3: Směrnice k dosažení souhlasu při určování nejistot měření Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Souřadnicové měřicí stroje (CMM): Metody určování nejistoty měření - Část 3: Použití kalibrovaných součástí nebo etalonů ČSN Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Systematické chyby a příspěvky k nejistotě měření u měření délky v důsledku teplotních vlivů Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Obecné pojmy - Část 2: Základní zásady, specifikace, operátory a nejistoty Geometrické specifikace výrobků (GPS) - Všeobecné pojmy a požadavky na měřicí vybavení pro GPS Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Referenční teplota pro geometrické požadavky na výrobky a jejich ověřování Geometrické specifikace výrobků (GPS) - Geometrické tolerování - Tolerance tvaru, orientace, umístění a házení ČSN ISO 1119 ČSN ISO Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Geometrické prvky - Část 1: Všeobecné termíny a definice Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Geometrické prvky - Část 2: Zjištěná střední čára válce a kužele, zjištěná střední plocha, místní rozměr zjištěného prvku Geometrické specifikace výrobků (GPS) - Geometrické tolerování - Požadavek maxima materiálu (MMR), požadavek minima materiálu (LMR) a požadavek reciprocity (RPR) Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Řady kuželů a úhlů kuželů Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Řady úhlů a sklonů prizmat

9 Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Přímost - Část 1: Slovník a parametry přímosti Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Přímost - Část 2: Operátory specifikace Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Rovinnost - Část 1: Slovník a parametry rovinnosti Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Rovinnost - Část 2: Operátory specifikace Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Kruhovitost - Část 1: Slovník a parametry kruhovitosti Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Kruhovitost - Část 2: Operátory specifikace Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Válcovitost - Část 1: Slovník a parametry válcovitosti Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Válcovitost - Část 2: Operátory specifikace Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Geometrické tolerování - Tolerování polohy Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Struktura povrchu: Profilová metoda; povrchy mající stratifikované funkční vlastnosti - Část 1: Filtrace a všeobecné podmínky měření Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Struktura povrchu: Profilová metoda; povrchy mající stratifikované funkční vlastnosti - Část 2: Výškové charakteristiky využívající křivku lineárního materiálového poměru Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Struktura povrchu: Profilová metoda; Povrchy mající stratifikované funkční vlastnosti - Část 3: Výškové charakteristiky využívající pravděpodobnostní křivku materiálu Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Struktura povrchu: Profilová metoda - Parametry metody motif Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Struktura povrchu: Profilová metoda - Metrologické charakteristiky fázově korigovaných filtrů Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Struktura povrchu: Profilová metoda - Pravidla a postupy pro posuzování struktury povrchu Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Struktura povrchu: Profilová metoda - Termíny, definice a parametry struktury povrchu Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Nedokonalosti povrchu - Termíny, definice a parametry Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Označování struktury povrchu v technické dokumentaci výrobků

10 Geometrické specifikace produktů (GPS) - Rozměrové a geometrické tolerance tvarovaných součástí - Část 1: Slovník Geometrické specifikace produktů (GPS) - Rozměrové a geometrické tolerance tvarovaných součástí - Část 3: Všeobecné rozměrové a geometrické tolerance a přídavky na obrábění pro odlitky Geometrické specifikace výrobků (GPS) - Délková měřidla - Konstrukční a metrologické charakteristiky mechanických číselníkových úchylkoměrů Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Přejímací a periodické zkoušky souřadnicových měřicích strojů (CMM) - Část 1: Slovník Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Přejímací a periodické zkoušky souřadnicových měřicích strojů (CMM) - Část 2: Souřadnicové měřicí stroje používané pro měření lineárních rozměrů Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Přejímací a periodické zkoušky souřadnicových měřicích strojů (CMM) - Část 3: Souřadnicové měřicí stroje s osou otočného stolu jako čtvrtou osou Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Přejímací a periodické zkoušky souřadnicových měřicích strojů (CMM) - Část 4: Souřadnicové měřicí stroje používané v režimu měření skenováním Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Přejímací a periodické zkoušky souřadnicových měřicích strojů (CMM) - Část 5: Souřadnicové měřicí stroje používající snímací systémy s vícenásobnými snímacími doteky Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Přejímací a periodické zkoušky souřadnicových měřicích strojů (CMM) - Část 6: Odhad chyb při výpočtu prvků přiřazených metodou nejmenších čtverců Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Struktura povrchu: Profilová metoda; Měřicí etalony - Část 1: Hmotné míry Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Struktura povrchu: Profilová metoda; Měřicí etalony - Část 2: Softwarové měřicí etalony Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Struktura povrchu: Profilová metoda - Jmenovité charakteristiky dotykových (hrotových) přístrojů Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Struktura povrchu: Profilová metoda - Kalibrace dotykových (hrotových) přístrojů Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Etalony délek - Koncové měrky