3. Mai 2019
Seit der ersten Veröffentlichung der Y14.5, damals noch unter dem Namen ASA, sind mehr als 80 Jahre vergangen. Die Y14.5 und Form und Lage haben sich zum wichtigsten Mittel für die Kommunikation von Produktanforderungen für mechanische Komponenten und Baugruppen praktisch aller Produktarten entwickelt. Zwar gibt es mehrere verschiedene Versionen von Form und Lage, die von verschiedenen Nationen veröffentlicht wurden. Es gibt zwei Standards, die in der globalen Industrie und in den globalen Lieferketten vorherrschend sind. Dies sind die ISO- und ASME-Systeme. Es gibt einige bemerkenswerte Unterschiede in den ISO- und ASME-Spezifikationen von Form und Lage.
Während es in den USA Unternehmen gibt, die sich für die Verwendung der ISO-Norm entscheiden, ist das in den USA gegründete System von Form und Lage (Y14.5), das heute unter der American Society of Mechanical Engineers (ASME) veröffentlicht wird, rund um den Globus häufiger zu finden. Selbst in Westeuropa, wo ISO Form und Lage verbreiteter ist, ist ASME Y14.5 oft die Form und Lage-Schulung und -Anwendung, die Fachleute verwenden. Soziale Medien, die ASME-Liste der zertifizierten Fachleute für geometrische Bemaßung und Tolerierung (Form und Lage-GDTP) und persönliche Erfahrungen aus einem Jahrzehnt Form und Lage-Schulung wurden kombiniert, um zu zeigen, wo diese beiden Form und Lage-Normen dominieren.
- Konzepte - ASME behauptet, dass es zwei Arten von Größen gibt, die für die meisten Größenmerkmale berichtet werden müssen; lokale Größe (oder gegenüberliegende Punkte) und die Gegenhüllkurve. Im Vergleich dazu berichtet ISO nur die lokale Größe. Das zugehörige Merkmal (Passungszylinder, parallele Ebenen usw.) wird für bestimmte geometrische Toleranzen verwendet, nicht aber die berichtete Größe.
- Anwendungen - Die Positionstoleranz ist in beiden Versionen weit verbreitet, aber ASME behält sich die Verwendung von Positionstoleranzen nur für die Lokalisierung von Merkmalen der Größe vor. Die ISO verwendet Positionstoleranzen nicht nur für die Lokalisierung von Merkmalen der Größe, sondern auch für nominell ebene Merkmale.
- Mathematik - ASME definiert tatsächliche Passungshüllen in Bezug auf die kleinste Größe, die um ein äußeres Merkmal kontrahiert werden kann, oder die größte Größe, die innerhalb eines inneren Merkmals ausgedehnt werden kann, so dass sie mit der/den Oberfläche(n) an den höchsten Punkten zusammenfällt. Das bedeutet, dass ein Anpassungsalgorithmus mit maximalem Einschluss und minimalem Umfang auf die während der Inspektion erfassten Daten angewendet werden muss. ISO verwendet standardmäßig eine Anpassung nach der Methode der Summe der kleinsten Fehler Quadrate, obwohl bei der Anwendung von Spezifikationsoperatoren die Algorithmen "maximal eingeschrieben" Hüllkreis, "minimal umschrieben" Pferchkreis oder andere Anpassungsalgorithmen angewendet werden können.
Es gibt viele Gründe dafür, dass das ASME Y14.5-System von Form und Lage weltweit die dominierende Norm ist:
- Die massenhafte Verbreitung von ASME Y14.5-basiertem Form und Lage-Schulungsmaterial bedeutet, dass selbst wenn viele Unternehmen versucht haben, ihre Mitarbeiter in der Anwendung des ISO-Systems von Form und Lage zu schulen, die Realität ist, dass die Mitarbeiter in der Anwendung des ASME-Systems von Symbolen und Regeln unterrichtet wurden.
- Das Zertifizierungssystem von ASME (Form und Lage-GDTP oder Geometric Dimensioning and Tolerancing Professional) hat zur Folge, dass Arbeitnehmer und Arbeitgeber auf die professionelle Zertifizierung von ASME schauen, um die Beherrschung von Form und Lage nachzuweisen. In einer Welt, die mit "Ich kenne Form und Lage"-Lebenslaufaussagen überschwemmt wird, sind tatsächlich nachgewiesene Kenntnisse wichtig.
- Die Verwendung von US-Standards erleichtert den Erhalt von ausgelagerten Entwicklungs- und Fertigungsarbeiten für Nicht-US-Staaten.
- Die Vereinigten Staaten waren die meiste Zeit des letzten Jahrhunderts sowohl eine wirtschaftliche Macht als auch führend in Technologie und mechanischen Innovationen.
- Unterstützende Standards wie die DMIS-KMG-Betriebssprache basieren auf den Form und Lage-Praktiken von ASME.
In allen Branchen kann die Nichteinhaltung technischer Spezifikationen schwerwiegende Folgen haben. Gewährleistungsklagen und Produktrückrufe können Kosten in Höhe von mehreren Millionen Dollar verursachen. Schwere Verletzungen oder der Tod eines Kunden, die auf fehlerhafte Produkte zurückzuführen sind, haben Marken geschädigt und brillante Marketingkampagnen unbrauchbar gemacht. Selbst so banale Dinge wie verspätete Lieferungen und schlecht sitzende Teile haben den Aktienkurs von Aktiengesellschaften sinken lassen. Fertigungsabweichungen kommen vor, daher stellt die Fähigkeit, Spezifikationen mit der Genauigkeit der Standards zu bewerten, sicher, dass die kritischen Toleranzgrenzen eingehalten werden. Wo dies nicht der Fall ist, haben wir bei medizinischen Implantaten gesehen, die bei den Patienten chronische Schmerzen verursachen, Bodenfahrzeuge, die die Fahrer verstümmeln, und Flugzeuge, deren Flug gefährlich sein kann.
"Wir haben gelernt, in einer Welt von Fehlern und fehlerhaften Produkten zu leben, als ob sie zum Leben notwendig wären. Es ist an der Zeit, eine neue Philosophie anzunehmen..." Dr. Edward Deming
In der Vergangenheit gab es massive Defizite bei dem, was computergestützte Inspektion (CAI), wie z. B. ein KMG-Betriebssystem, für die Auswertungen der technischen Zeichnungsspezifikation in dem Bemühen, einen gemeldeten Wert zu generieren, tun.
Eines der Hauptprobleme war die Tatsache, dass viele KMG-Betriebssysteme das Ausrichtungskoordinatensystem, auch bekannt als Werkstückkoordinatensystem (PCS), als Ersatz für einen Bezugsrahmen verwenden. Dies war von Anfang an eine schlechte Idee, aber es war für den Kunden intuitiv und leicht zu programmieren, so dass sich die Idee durchsetzte. Eine einfache Erklärung der Unterschiede besteht darin, die Unzulänglichkeiten des PCS als Proxy (oder Ersatz) für einen tatsächlichen Bezugsrahmen aufzuzeigen. Die Achsen des Koordinatensystems der Ausrichtung können jeweils nur in eine Richtung zeigen, wobei der Schnittpunkt dieser Achsen nur einen möglichen Ursprung für das KMG definiert. Form und Lage-Bezugsrahmen können jedoch mehr als eine feste Achsenrichtung erfordern, und der Ursprung kann sich oft um ein Merkmal wie einen Zylinder oder eine parallele Ebenenbreite verschieben. Die Folge ist, dass diese Diskrepanzen in der Software falsche Bestanden- oder Fehlerwerte melden können.
Die CAMIO-Software von LK Metrology verwendet ein wirklich unabhängiges Bezugsrahmensystem. Der Bezugsrahmen und das Ausrichtungskoordinatensystem haben oft unterschiedliche Beschränkungen der Freiheitsgrade, unterschiedliche Ursprünge und sogar unterschiedliche Richtungen für die X-, Y- und Z-Achse. Die Möglichkeit, zwischen den wichtigsten Normen zu wählen, ist ebenfalls in den Voreinstellungen der Software enthalten. Die Auswahl der ISO- und ASME-Normen erlaubt es den Anwendern beider globaler Normen zu bestimmen, wie geometrische Toleranzen angewendet werden sollen. CAMIOs Voreinstellungsdialog ermöglicht es dem Anwender, die Spezifikationen des Ingenieurs auf eine Art und Weise zu erfüllen, wie es mit herkömmlicher CAI-Software einfach nicht möglich ist.
Es sollte im Interesse von Qualitätsfachleuten von entscheidender Bedeutung sein, ein solides Verständnis dafür zu haben, dass Messen weit mehr beinhaltet als das Antasten von Teilen oder das Ablesen von Messgeräten. Eine Definition von "messen" ist: "Feststellen des Umfangs, der Abmessungen, der Menge, der Kapazität usw., insbesondere durch Vergleich mit einem Standard." Im Fall des Maschinenbaus spielen die ISO- und ASME-Normen für Bemaßung und Tolerierung eine wichtige Rolle bei der Anwendung der richtigen Messung.
Messposition
In der Vergangenheit haben viele KMG-Programmierer versucht, die Unzulänglichkeiten der Software mit verschiedenen Ausrichtungs- und Berichtsmethoden zu umgehen. Anhand der ASME Y14.5-2009 Abbildung 7-5 lassen sich einige der Spielereien diskutieren, die angewandt wurden, um die Unzulänglichkeiten des PCS zu umgehen.
In diesem ersten Beispiel wurde das PCS als Proxy für einen Bezugsrahmen verwendet.
Da die Zeichnung nur einen Bezugspunkt hat, sind zu wenige Freiheitsgrade eingeschränkt, als dass der Programmierer nur den Bezugspunkt B als PCS verwenden könnte. Der Programmierer wählte die untere rechte Seitenbohrung (1 von 6), um das Werkstück auszurichten. Es wird eine minimale Positionsabweichung gemeldet, was bei allen Beteiligten ein falsches Vertrauen in das Teil weckt. Diese fehlerhafte Meldung führt zu einem falschen Vertrauen in den Fertigungsprozess, was zu einer geringeren Inspektionsrate führen kann, wenn die Produktion hochgefahren wird.
In einem zweiten Beispiel stellt der Programmierer wieder fest, dass der Bezugspunkt B allein zu wenig Einschränkung bietet, um ein PCS zu definieren. In diesem Szenario wurde eine Ebene-Linie-Zylinder-Ausrichtung verwendet, wobei der Zylinder von Bezugspunkt B nur zur Definition des X- und Y-Ursprungs im PLS verwendet wird. Kurz gesagt, die Achsen dieses PCS zeigen, im Vergleich zu denen im ersten Beispiel, alle in leicht unterschiedliche Richtungen. Dies weicht auch von den Konstruktionsanforderungen ab, da der primäre Bezugspunkt B die Achsrichtung und die Ursprünge für die 2 anderen Achsen des Bezugsrahmens festlegt. Diese Spielerei ergibt einen höheren Abweichungswert für die Positionstoleranz, ist aber auch nicht korrekt. Sowohl das erste als auch das zweite Beispiel wurden abweichend vom tatsächlichen Bezugsrahmen programmiert und melden daher einen falschen Wert für die Positionstoleranz. Die Enttäuschung des Konstrukteurs bzw. des Kunden dürfte groß sein, wenn er feststellt, dass die Konstruktionsvorgaben nicht eingehalten werden. Die "Lösung", das PCS als Proxy für einen Bezugspunkt zu verwenden, ist einfach nicht gleichwertig mit der Verwendung eines tatsächlichen Bezugsrahmens.
In einem letzten Beispiel ist die Ausrichtung irrelevant. Der Programmierer erlaubt CAMIO, den Bezugsrahmen so zu verwenden, wie es der Ingenieur vorgesehen hat - nur die Bezugsachse B. Zusätzlich zeigt der Entwurf die Positionstoleranz, die auf 6X Bohrungen angewendet wird. Aus der Lektüre der Y14.5-Definitionen und des Absatzes 4.19[vi] geht hervor, dass es sich hierbei um eine simultane Anforderung handelt und die Position aller 6 Bohrungen in Bezug auf diese einzelne Bezugsachse nur im Zusammenhang mit dem kollektiven Muster von 6 betrachtet werden muss. Der Bericht zeigt nun, dass diese Bohrung stark deplatziert ist. Das Teil ist eindeutig unbrauchbar und der Prozess muss sofort korrigiert werden. Im Vergleich zu den vorherigen Beispielen, bei denen eine Linie zwischen dieser Bohrung und dem Bezugsmerkmal B als Teil der Ausrichtung und des Berichtes für diese Bohrung verwendet wurde (und somit die Abweichungen versteckt wurden), zeigt dieser Bericht, der nur die Bezugsachse B verwendet, dass ein großer Teil der Abweichung dieser Bohrung in der Drehung um Z liegt - d.h. das Halten des 60°-Winkelmaßes aus der Zeichnung. Die beiden Gimmick-Versuche waren nicht in der Lage, dies zu erkennen, weil sie die Ausrichtung auf der Grundlage der Position dieses Merkmals drehten und nicht auf der Grundlage einer Abweichung von den 5 anderen Bohrungen im Muster, wie es die technische Spezifikation verlangte.
Es ist erwähnenswert, dass die Verwendung von Bezugsrahmen "bessere" oder "schlechtere" Ergebnisse zeigen kann als die traditionellen (Gimmick-)Alternativen. In diesen Beispielen wurde gezeigt, wie sich die wahre Messung Ihrer Qualitätsabteilung entziehen könnte, wenn Ihre KMG-Software die Bezugsrahmen nicht richtig verwendet - viele KMG-Software tut dies bis heute nicht.
Weiteres Verständnis Standort
Im Maschinenbau hat man lange Zeit nicht verstanden, dass direkt tolerierte lineare Maße die Lage von Merkmalen nicht effektiv definieren können. Oft als "Koordinatenbemaßung" bezeichnet, definieren und begrenzen diese linearen Maße nicht effektiv die Richtung, in der das Maß gemessen werden soll.
Direkt tolerierte Maße oder "Koordinatenmaße" eignen sich hervorragend für die Definition des Merkmals "Größe", da die Größe allgemein der lineare Abstand zwischen direkt gegenüberliegenden Punkten, Linien oder Ebenen eines Teils ist. Somit ist die einzige Richtung, die benötigt wird, das Messen zu einem gegenüberliegenden Element. Aus diesem Grund bleiben Messschieber und Bügelmessschrauben beliebte und praktikable Optionen für diese Messungen. Wo jedoch ein lineares Maß für Positionen benötigt wird, ist mehr erforderlich, um die Richtung für die Messung zu definieren. Aus diesem Grund schreibt die ASME Y14.5 vor, dass Positionsmaße auf einem Bezugsrahmen basieren müssen. Dies setzt voraus, dass es sich bei den Maßen um Grundmaße handelt. Grundlegende Maße werden meist mit einem Rahmen oder "Kasten" um das Maß ausgedrückt. Nur Grundmaße werden in einem Bezugsrahmen verwendet.
Die Notwendigkeit, über diese extrem eingeschränkte Nützlichkeit von direkt tolerierten Maßen hinauszugehen, war ein ursprünglicher Auslöser für einen Großteil der Entwicklung von Y14.5 und Form und Lage
Es war die Praxis vieler einfallsreicher Produktdesigner und Prüfer, dass die Richtung der Maßlinie die Messrichtung für ein direkt toleriertes Maß angab. Aber dies ist einfach in keiner Norm festgelegt, und es gäbe auch kein wirkliches Mittel zur Kontrolle dieser Richtungen, weil eine Richtung nur in der mathematischen Theorie der Zeichnung verstanden werden kann. Doch losgelöst von dieser reinen Theorie verwandelt die physikalische Realität des Teils die Richtung in eine schwer fassbare und mehrdeutige Einheit.
Viele KMG-Programmierer haben es sich zur Gewohnheit gemacht, den Bericht der direkten Toleranzlagemaße als Abstände entlang des Ausrichtungskoordinatensystems (oder PCS) zu programmieren.
Immer dann, wenn eine "Messung" programmiert werden muss, um eine Achse einer Ausrichtung auszuwerten, sollte das gesamte Team sowohl die Spezifikation als auch die Auswertungsmethode ernsthaft hinterfragen, da diese Methoden in der Regel mit Fehlermöglichkeiten gesättigt sind.
Wie dargestellt, kann die Richtung der Achse einen erheblichen Einfluss darauf haben, wo die Bohrung in ihrem Sollzustand als zugehörig wahrgenommen wird. Die schwarz dargestellte Bohrung war die Zeichnungsposition, aber die Ausrichtung zu den unvollkommenen Oberflächen des Teils verdeutlicht, dass die Software leicht eine andere Position als nominell korrekt identifizieren könnte. Dies wäre natürlich sehr nachteilig für die Montage und Funktion.
Üblicherweise werden diese als "Abstand entlang __ Achse", "Abstand zwischen Features entlang __ Achse" oder auf Zeichnungen angegeben. Vermeiden Sie die Angabe von Positionen mit direkt tolerierten Maßen und vermeiden Sie, wann immer möglich, die Angabe von Abständen mit Achsrichtungen. Die Verwendung von geometrischen Toleranzen und Bezugsrahmen ist ein sehr effektives Mittel, um die Probleme von direkt tolerierten Maßen für die Positionierung für den Konstrukteur und den Prüfer zu vermeiden. Im KMG-Betriebssystem der CAMIO 8-Serie von LK Metrologywerden die Bezugsfunktionen zusätzlich verarbeitet, um die zueinander senkrechten Ebenen und die entsprechenden Achsen des Bezugsrahmens in Übereinstimmung mit den ASME- und ISO-Normen zu setzen, wie in den Voreinstellungen ausgewählt.
LK Metrology verfügt über mehrere GDTP-zertifizierte Fachleute, die Kunden bei der genauen Erstellung von KMG-Prüfprogrammen, der korrekten Interpretation von Zeichnungen und der Sicherstellung, dass das KMG-Betriebssystem von LK, CAMIO, Messungen wie vom Konstrukteur beabsichtigt und in Übereinstimmung mit der Norm ASME Y14.5 durchführt, unterstützen.
Zusammenfassung
Die Nichteinhaltung technischer Spezifikationen kann schwerwiegende und teure Folgen haben. Die CAMIO-Software von LK Metrologyist ein hochentwickeltes und leistungsfähiges Mittel zur Bewertung Ihrer Produkte hinsichtlich der Einhaltung technischer Spezifikationen. Die Software ist in der Lage, Bezugsrahmen aus einem breiten Spektrum von Bezugsmerkmalen auszuwerten - planar, zylindrisch, parallele Ebenen und verschiedene Kombinationen in Mustern. Die Toleranzbibliothek von CAMIO unterstützt alle 14 geometrischen Toleranzen (Y14.5 1994 & 2009) und wertet diese bei Bedarf korrekt auf einen Bezugsrahmen statt auf die PCS-Achse aus. Die Fähigkeit, Standards zu ändern, macht CAMIO zu einer globalen Lösung.
Quelle: Metrology News