3 maggio 2019
Sono passati più di 80 anni dalla prima pubblicazione di Y14.5, allora sotto ASA, e Y14.5 e GD&T si sono evoluti fino a diventare il mezzo principale per comunicare i requisiti di prodotto per i componenti meccanici e gli assemblaggi di tutti i tipi di prodotti. Mentre ci sono diverse versioni di GD&T pubblicate da varie nazioni. I due standard dominanti tra le industrie mondiali e in tutte le catene di fornitura globali sono i sistemi ISO e ASME. Le specifiche ISO e ASME di GD&T presentano notevoli differenze.
Mentre negli Stati Uniti ci sono aziende che scelgono di usare lo standard ISO, il sistema di GD&T fondato negli USA (Y14.5) e oggi pubblicato sotto l'American Society of Mechanical Engineers (ASME), si trova più comunemente in tutto il mondo. Anche in Europa occidentale, dove ISO GD&T è più comune, ASME Y14.5 è spesso la formazione GD&T e le applicazioni che i professionisti usano. I social media, l'elenco dell'ASME dei professionisti certificati di dimensionamento geometrico e tolleranza (GDTP), e l'esperienza personale di un decennio di formazione GD&T sono stati combinati per mostrare dove questi due standard GD&T sono dominanti.
- Concetti - ASME sostiene che ci sono due tipi di dimensioni da riportare per la maggior parte delle caratteristiche di dimensioni; dimensioni locali (o punti opposti) e l'involucro di accoppiamento. ISO, in confronto, riporta solo la dimensione locale. La caratteristica associata (cilindro di adattamento, piani paralleli, ecc.) è usata per certe tolleranze geometriche, ma non la dimensione riportata.
- Applicazioni - La tolleranza di posizione è molto comune in entrambe le versioni, ma l'ASME riserva l'uso delle tolleranze di posizione per localizzare solo caratteristiche di dimensioni. ISO impiega le tolleranze di posizione per localizzare non solo le caratteristiche di dimensione, ma anche le caratteristiche nominalmente planari.
- Matematica - ASME definisce gli inviluppi effettivi di accoppiamento in termini di dimensione più piccola che può essere contratta su un elemento esterno o di dimensione più grande che può essere espansa all'interno di un elemento interno in modo che coincida con la superficie (o le superfici) nei punti più alti. Questo significa che un algoritmo di adattamento massimo inscritto e minimo circoscritto deve essere applicato ai dati raccolti durante l'ispezione. ISO ha come impostazione predefinita un adattamento ai minimi quadrati, anche se quando si applicano gli operatori di specificazione si possono applicare il massimo inscritto, il minimo circoscritto o altri algoritmi di adattamento.
Ci sono molte ragioni per cui il sistema ASME Y14.5 di GD&T è lo standard più dominante a livello globale:
- La proliferazione di massa del materiale di formazione GD&T basato su ASME Y14.5 significa che anche quando molte aziende hanno cercato di formare i dipendenti ad usare il sistema ISO di GD&T, la realtà è che ai dipendenti è stato insegnato ad applicare il sistema ASME di simboli e regole.
- La certificazione ASME (GDTP o Geometric Dimensioning and Tolerancing Professional) permette ai dipendenti e i datori di lavoro di dimostrare la propria competenza con il sistema GD&T. In un mondo in cui tanti dichiarano sul proprio curriculum di conoscere le tolleranze GD&T, è importante dimostrare di possedere un'effettiva competenza.
- L'utilizzo degli standard statunitensi facilita la ricezione di lavori di ingegneria e produzione in outsourcing per le nazioni non americane
- Gli Stati Uniti sono stati sia un giocatore di potere economico che un leader nella tecnologia e nelle innovazioni meccaniche per la maggior parte del secolo scorso.
- Gli standard di supporto come il linguaggio operativo DMIS CMM sono stati basati sulle pratiche GD&T dell'ASME.
In tutte le industrie, il mancato rispetto delle specifiche tecniche può avere gravi conseguenze. Azioni in garanzia e richiami di prodotti possono essere spese multimilionarie. Lesioni gravi o la morte di un cliente attribuita a prodotti difettosi hanno danneggiato marchi e reso inutili campagne di marketing brillanti. Anche qualcosa di banale come spedizioni in ritardo e parti mal adattate hanno affondato il prezzo delle azioni di società pubbliche. Le variazioni di produzione accadono, quindi la capacità di valutare le specifiche, con esattezza agli standard, assicura che i limiti critici di una tolleranza siano rispettati. Dove non lo sono, abbiamo assistito a impianti medicali che causano dolori cronici ai pazienti, veicoli di terra che mutilano i conducenti, e aerei che possono essere pericolosi da pilotare.
"Abbiamo imparato a vivere in un mondo di errori e prodotti difettosi come se fossero necessari alla vita. È ora di adottare una nuova filosofia..." Dr. Edward Deming
Storicamente ci sono state enormi carenze in ciò che il computer aided inspection (CAI), come un sistema operativo CMM, fa per le valutazioni delle specifiche del disegno ingegneristico nello sforzo di generare un valore riportato.
Il principale di questi problemi è dovuto al fatto che molti sistemi operativi per CMM usano il sistema di coordinate di allineamento, noto anche come sistema di coordinate del pezzo (PCS), come proxy per un quadro di riferimento del dato. Questa era una cattiva idea fin dall'inizio, ma era intuitiva per il cliente e facile da programmare, quindi l'idea ha preso piede. Una semplice spiegazione delle differenze consiste nell'evidenziare le carenze del PCS come proxy (o sostituto) di un effettivo quadro di riferimento dei dati. Gli assi del sistema di coordinate dell'allineamento possono puntare solo in una direzione alla volta e l'intersezione di questi assi definisce solo una possibile origine per la CMM. I quadri di riferimento dei dati GD&T, tuttavia, possono richiedere più di una direzione fissa dell'asse e l'origine può spesso spostarsi di fluttuare su una caratteristica come un cilindro o un piano parallelo. Il risultato è che queste discrepanze nel software possono riportare falsi valori di accettazione o di fallimento.
Il sito software CAMIO di LK Metrology utilizza un quadro di riferimento di origine veramente indipendente. Il quadro di riferimento del dato e il sistema di coordinate dell'allineamento avranno spesso vincoli diversi sui gradi di libertà, origini diverse e persino direzioni diverse per gli assi X, Y e Z. La capacità di selezionare tra i principali standard è anche fornita sotto le impostazioni di preferenza del software. La selezione degli standard ISO e ASME permette agli utenti di entrambi gli standard globali di determinare come devono essere applicate le tolleranze geometriche. Il dialogo di selezione delle preferenze di CAMIO permette agli utenti di soddisfare le specifiche dell'ingegnere in modi che il software CAI precedente semplicemente non può.
Dovrebbe essere vitale per l'interesse dei professionisti della qualità avere una solida comprensione del fatto che la misurazione implica molto più che sondare parti o prendere letture da strumenti metrologici. Una definizione di "misura" è: "accertare l'estensione, le dimensioni, la quantità, la capacità, ecc. di, specialmente per confronto con uno standard". Nel caso dell'ingegneria meccanica, gli standard di dimensionamento e tolleranza ISO e ASME giocano un ruolo vitale nell'applicazione di una misurazione corretta.
Posizione di misura
In passato molti programmatori di CMM hanno cercato di aggirare le carenze del software con diversi metodi di allineamento e di segnalazione. La figura 7-5 dell'ASME Y14.5-2009 può essere utilizzata per discutere alcuni degli espedienti che sono stati applicati per superare le carenze del PCS.
In questo primo esempio, il PCS è stato usato come proxy per un quadro di riferimento del dato.
Poiché il disegno ha un solo riferimento di origine, ci sono troppo pochi gradi di libertà vincolati perché il programmatore possa usare solo l'origine B come PCS. Il programmatore ha scelto il foro in basso a destra (1 di 6) per allineare il pezzo. Viene riportata la deviazione posizionale minima dando a tutti un falso senso di fiducia nel pezzo. Questa segnalazione errata si tradurrà in un fallace senso di sicurezza del processo di produzione che può portare a tassi di ispezione più bassi con il crescere della produzione completa.
Per un secondo esempio, il programmatore si rende conto che l'origine B da sola offre troppo poco vincolo per definire un PCS. In questo scenario è stato usato un allineamento piano, linea, cilindro con il cilindro del dato B usato solo per definire l'origine X e Y nel PCS. In breve, gli assi di questo PCS, rispetto a quelli del primo esempio, puntano tutti in direzioni leggermente diverse. Questo differisce anche dai requisiti di progettazione in quanto il dato primario B stabilisce la direzione degli assi e le origini per gli altri 2 assi del quadro di riferimento del dato. Questo espediente produce un valore di deviazione più alto per la tolleranza di posizione, ma è anche scorretto. Sia il primo che il secondo esempio sono stati programmati in modo diverso dall'effettivo quadro di riferimento dell'origine e quindi riportano un valore errato per la tolleranza di posizione. Il progettista, o il cliente, dovrebbe essere molto deluso di scoprire che le specifiche di progettazione non sono state rispettate. La "soluzione", usando il PCS come un proxy per un'origine non è, e non può essere resa equivalente all'uso di un effettivo quadro di riferimento dell'origine.
In un ultimo esempio l'allineamento è irrilevante. Il programmatore permette a CAMIO di utilizzare il quadro di riferimento del dato come intendeva l'ingegnere - solo l'asse del dato B. Inoltre, il disegno mostra la tolleranza di posizione applicata a 6X fori. Da una lettura delle definizioni Y14.5 e del paragrafo 4.19[vi] troviamo che questo è un requisito simultaneo e la posizione di tutti i 6 fori in relazione a questo singolo asse di riferimento deve essere guardata nel contesto del solo schema collettivo di 6. Il rapporto mostra ora che questo foro è gravemente fuori posizione. Il pezzo è chiaramente inadatto all'uso e il processo deve essere corretto immediatamente. Rispetto agli esempi precedenti in cui una linea tra questo foro e l'origine B era stata usata come parte dell'allineamento e del rapporto per questo foro (nascondendo così le deviazioni), questo rapporto usando solo l'asse di origine B mostra che una gran parte della deviazione di questo foro è nella rotazione intorno a Z - cioè tenendo la dimensione angolare di 60° dal disegno. I due tentativi di espediente non sono stati in grado di rilevare questo perché hanno ruotato l'allineamento in base a dove è stata trovata questa caratteristica, piuttosto che una deviazione dagli altri 5 fori nel modello come richiedeva la specifica ingegneristica.
É importante sapere che l'uso dei quadri di riferimento dei dati può mostrare risultati "migliori" o "peggiori" rispetto alle alternative tradizionali (espedienti). In questi esempi è stato scelto per mostrare come la vera misurazione potrebbe sfuggire al vostro reparto qualità se il vostro software non utilizza correttamente i quadri di riferimento dei dati. Molti software CMM non lo fanno ancora oggi.
Ulteriore comprensione della posizione
C'è stato un fallimento di lunga data nella comunità dell'ingegneria meccanica nel capire che le dimensioni lineari con tolleranza diretta non possono definire efficacemente le posizioni delle caratteristiche. Spesso chiamate "quote coordinate", queste dimensioni lineari non definiscono e limitano efficacemente la direzione in cui la dimensione deve essere misurata.
Le dimensioni direttamente tollerate, o "dimensioni coordinate", sono ottime per definire la caratteristica della dimensione perché universalmente la dimensione è la distanza lineare tra punti, linee o piani direttamente opposti di un pezzo. Quindi, l'unica direzione necessaria è inerente alla misurazione verso un elemento opposto. Per questo motivo, calibri e micrometri rimangono opzioni popolari e valide per queste misure. Tuttavia, quando è richiesta una dimensione lineare per le posizioni, è necessario definire meglio la direzione della misurazione. Per questo motivo, l'ASME Y14.5 stabilisce che le dimensioni di localizzazione devono essere basate su un quadro di riferimento del dato. Questo richiede intrinsecamente che le dimensioni siano dimensioni di base. Le dimensioni di base sono più comunemente espresse con una cornice o "scatola" intorno al valore della dimensione. Solo le dimensioni di base sono fondate in un quadro di riferimento.
La necessità di andare oltre l'utilità estremamente limitata delle dimensioni direttamente tollerate è stato un catalizzatore originale per gran parte dello sviluppo di Y14.5 e GD&T
È stata la pratica di molti fantasiosi designer e ispettori di prodotti che la direzione della linea di quota indicava la direzione di misura per una quota direttamente tollerata. Ma questo semplicemente non è dichiarato in nessuna norma, né ci sarebbe alcun mezzo reale per controllare queste direzioni perché una direzione può essere compresa solo nella teoria matematica del disegno. Tuttavia, separata da questa pura teoria, la realtà fisica del pezzo trasforma la direzione in un'entità sfuggente e ambigua.
È stata la pratica di molti programmatori di CMM di programmare il rapporto delle dimensioni della posizione di tolleranza direttamente come distanze lungo il sistema di coordinate di allineamento (o PCS).
Ogni volta che una "misura" deve essere programmata per valutare usando un asse di un allineamento, l'intera squadra dovrebbe offrire un serio esame, sia alla specifica che al metodo di valutazione, poiché questi metodi sono generalmente saturi di opportunità di errori.
Come illustrato, la direzione dell'asse può avere un'influenza significativa su dove il foro viene percepito come appartenente nella sua condizione nominale. Il foro mostrato in nero era la posizione del disegno, ma l'allineamento alle superfici imperfette del pezzo illustrano che il software potrebbe facilmente identificare una posizione diversa come nominalmente corretta. Questo, naturalmente, sarebbe abbastanza dannoso per l'assemblaggio e il funzionamento.
Comunemente queste saranno riportate come "Distanza lungo __ asse", "Distanza tra le caratteristiche lungo __ asse", o espresse sui disegni. Evitare sempre di specificare posizioni con dimensioni direttamente tollerate, ed evitare di usare la segnalazione di distanze che coinvolgono le direzioni degli assi quando possibile. L'uso di tolleranze geometriche e di datum di riferimento è un mezzo molto efficace per evitare i problemi di tolleranza diretta delle dimensioni per la localizzazione per il progettista e l'ispettore. Nel sistema operativo per CMM della serie CAMIO 8 di LK Metrology le caratteristiche di origine ricevono un'elaborazione aggiuntiva per impostare i piani reciprocamente perpendicolari e l'asse corrispondente del quadro di riferimento dell'origine in conformità con le norme ASME e ISO come selezionato nelle preferenze.
LK Metrology ha più professionisti certificati GDTP nello staff per supportare i clienti con la creazione di programmi di ispezione accurati con CMM, la corretta interpretazione dei disegni e la garanzia che il sistema operativo CMM di LK, CAMIO, esegua le misurazioni come previsto dall'ingegnere progettista e in conformità con lo standard ASME Y14.5.
Riassunto
Il mancato rispetto delle specifiche tecniche può comportare conseguenze gravi e costose. Il software CAMIO di LK Metrology è un mezzo sofisticato e potente per valutare la conformità dei vostri prodotti alle specifiche tecniche. Il software è in grado di valutare i quadri di riferimento dei dati a partire da una vasta gamma di tipologie di elementi geometrici: piani, cilindri, piani paralleli e diverse combinazioni di modelli. La libreria di tolleranze di CAMIO supporta tutte le 14 tolleranze geometriche (Y14.5 1994 e 2009) e, quando richiesto, le valuta correttamente rispetto a un quadro di riferimento dei dati piuttosto che rispetto all'asse PCS. La capacità di cambiare gli standard rende CAMIO una soluzione globale.
Fonte: Metrology News