[发明专利]一种基于GPS的虚拟量规设计与应用方法

说明书

所属技术领域

本发明属于机械制造业中标准与计量技术领域，主要用于解决几何产品的数字化计量与认证的关键技术问题。特别介绍了一种虚拟量规的设计与应用方法。

背景技术

线性尺寸作为产品的主要几何特征之一，影响着工件/要素的尺寸精度、装配精度，以及产品的整个生命周期，在很大程度上决定着产品的功能和性能特点。传统的线性尺寸规范设计及图样表达，仅仅考虑了功能要求与公差值大小之间的关系，而往往忽视了检验认证方法对功能特征的影响，规范的定义简单且类型单一，已经不能满足现代制造技术和尺寸方面交流的需求；传统的线性尺寸计量体系主要是面向手工环境、实体计量(仪器)系统。随着科学技术和制造水平的不断提高，这种单一的计量系统构建模式受到了挑战，其硬件结构复杂、仪器设计制造及操作维护不便、资源共享较差，功能扩展困难等问题，严重制约着计量水平的发展和计量精度的提高。

现代产品几何技术规范(GPS)以计量数学为基础，着力于解决传统计量认证体系中存在的上述问题，实现几何产品的数字化计量认证及实体计量系统与虚拟计量系统的有机结合。

因此，在几何产品的检验认证中，应用GPS技术设计相应的虚拟计量工具，可以很方便地根据工件测量的需要创建各种形状和尺寸的量规模型，而毋需顾虑制造问题；除存在一定的可忽略不计的量化误差和模型噪声等外，精确的数字量规模型基本上不存在精度问题。这样不仅可以满足线性尺寸精密计量的要求，确保产品的功能特征的实现，而且可以实现虚拟计量，避免实体量规设计、制造和使用维护的麻烦。

发明内容

本发明的目的是为实现几何产品的数字化计量与认证，提出了一种基于GPS的虚拟量规的设计及应用方法。其应用体现在两个方面，一是作为实际零件合格性的评价工具(即工作量规)，用于验证实际形位误差和尺寸误差是否与设计的形位公差和尺寸公差相符合；二是作为轴用工作量规的校对量规，判断实体的轴用工作量规是否可用。

本发明的技术思路是，应用新一代GPS操作技术，实现线性尺寸的数字化计量，运用GPS特征技术实现虚拟量规的设计及应用。

本发明的有益效果是，解决了传统计量仪器存在的一些弊端，以及实体工作量规和校对量规由于设计、制造及使用等带来的误差；解决了实体量规(特别是校对量规)的制造困难，降低了检测的费用。采用新一代GPS中基于计量学的操作技术及特征技术，规范了线性尺寸设计与计量过程的数学描述，提出了线性尺寸实体计量系统与虚拟计量技术的互补的计量认证思路和方法，具有很强的系统性、理论性、集成性、可操作性和技术经济性，为几何产品的检验认证提供了新思路，对于促进标准计量领域的技术进步和现代化有重要意义。

附图说明

具体实施方式

为了保证产品的使用要求，一般同时提出局部线性尺寸和全局线性尺寸检测规范。如果根据产品的功能要求，产品的设计要求采用了包容要求，那么在检验认证阶段必须使局部尺寸不超越最小实体尺寸LMS(least material size)，全局线性尺寸不超越最大实体尺寸MMS(maxium material size)。如果产品的设计要求采用的是最大实体要求，那么在检验认证阶段必须使局部尺寸不超越最小实体尺寸，全局线性尺寸不超越最大实体实效尺寸MMVS(maxium material virtual size)。因此，虚拟通规(全形的)是以拟合要素的方位特征为轴线，以被测零件的MMS(或MMVS)为本质特征所形成的内(或外)圆柱面。虚拟止规(两点式的)是以拟合要素的方位特征为轴线，以被测零件的LMS为本质特征所形成的内(或外)圆柱面。

局部尺寸即是实际测量得到尺寸，而全局线性尺寸需由拟合操作得到。新一代GPS理论中对线性尺寸的检验规定了三种拟合目标：最小二乘拟合、最大内接拟合、最小外接拟合，可根据不同的要求选取不同的拟合目标。其中，全局线性尺寸的最小二乘拟合、最大内接拟合、最小外接拟合的数学模型分别为：

(1)最小二乘数学模型

最小二乘拟合的目标是使余量(理想要素和实际要素之间的法向距离)的平方和最小，其线性规划模型是

(2)最大内接数学模型

最大内接拟合的目标是使理想要素内接于实际要素，且使理想要素的的本质特征值(理想圆柱的直径)最大，其数学模型为：

(3)最小外接数学模型

最小外接拟合的目标是使理想要素外接于实际要素，且使理想要素的本质特征值(理想圆柱的直径)最小，其线性规划模型是