随着更多的外包和复杂的供应链，通过几何尺寸和公差 (GD&T) 定义和传达零件的设计意图变得更加重要
工业界正在继续采用几何尺寸和公差 (GD&T)，高级公差方法。符号语言旨在更加精确，同时在允许的变化中提供更多的自由度，取代向每个尺寸添加公差的更简单方法。 “基本上，GD&T 是一种符号语言，”Hexagon Metrology（北金斯敦，罗德岛）的尺寸标准合规经理 Rob Jensen 解释说。它的 14 个符号中的每一个都有独特的用途和定义，在带有特定修饰符和基准参考的“特征控制框架”中指定。像语言一样，将符号 GD&T 和修饰符联系在一起的语法很重要。测量和质量程序需要使用 GD&测量零件并确保它们符合设计意图。
使用定义明确的语言，设计师或制造商应该以相同的方式解释每个特征控制框架。然而，这通常是问题所在。
“不同地区的人会看到同一张图和同样的声音，并对它做出不同的解释——并根据他们的解释来衡量它，”詹森说。 “那会产生不同的结果。”正如 Jensen 所描述的那样，在传达设计意图方面一直存在问题。过去，当设计师和制造商在同一家公司（通常在同一栋楼）时，非正式沟通对他们很有帮助。公司可以传承他描述为部落知识的实践传统。公司使用部落知识来制造优质产品，而图纸或 CAD 数据在设计意图方面并不完整。
随着供应链变得越来越复杂，设计数据势在必行t 本身是完整的。解释不能变化。 “这已经成为全球市场的一个真正问题，因为公司现在在一个地方进行设计，然后在另一个地方分包制造。沟通现在严格按照图纸进行，”他解释道。 “绘图需要正确，阅读绘图的人需要能够在世界范围内一致地解释 GD&T。”
两个不同的标准定义了 GD&T 的语言，并且并不相同。一种是北美标准，Dimensioning and Tolerancing，ASME Y14.5-2009。国际标准是 ISO 1101:2012。每张图纸或 CAD 模型（或两者）都需要说明其使用的标准。
理想情况下，只需查找标准即可进行解释。 “你会认为阅读标准就足够了，但我认为书面标准可能难以理解，”詹森说。他认为适当的设计培训需要工程师、制造和质量专业人员来全面解决问题。 “我看到更多的是针对制造和检验人员的培训，
而不是工程级别的培训。但它始于“设计工程师”，他们的培训至关重要，因为他们是需要在图纸上正确指定 GD&T 的人，据他说。
有软件辅助工具。 “我们的软件 PC-DMIS 旨在解释 GD&T，”他说。如果特征控制框不符合 ASME Y14.5 或 ISO 1101，软件可以检测到这些错误并报告它们。越来越多的公司正在嵌入用于 GD&T 解释的辅助工具和工具，但这只能是解决方案的一部分。
不同的标准，平衡成本
全球供应链的一个重要点是标准来选择。 “GD&T 现在是一个非常热门的话题，无论是在国际上还是在美国，都有很多人关注它对我来说意味着什么ure GD&T，”Mitutoyo（伊利诺伊州奥罗拉）的企业计量师 James Salsbury 说。他指出的问题之一是 ASME Y14.5 和 ISO 1101 标准在其最新版本中存在分歧。 “有些人认为它们是相同的，但实际上不是，”他说，这种差异已经变得更加明显。 “今天，差异很大； [专家说]只有 10% 到 20% 的符号具有相同的含义。”
虽然使用相同的符号甚至相同的词，例如圆度或真实位置，“它们的核心不同”，Salsbury 说，这些数量是如何定义的。 “美国标准没有太大变化，但国际标准有很多新想法，很多新思维，它正在以非常快的速度前进，改变适用的基本规则，”他说。
无论使用哪种标准，如果解释正确，理想的结果都是测量程序不仅考虑图纸上的 GD&T，但考虑组织的业务需求。 “测量过程的设计应平衡测量质量和成本，”Salsbury 解释说。 “没有任何测量过程是完美的，但 [它可能有用] 只要过程中的不确定性是可以接受的并与成本相平衡。”这是尺寸测量规划中的关键问题，将设计意图和 GD&T 规范转化为具有成本效益的测量计划。计量学家有很多选择。这包括硬件，例如选择 CMM 而不是千分尺或选择最小二乘法拟合算法来测量孔径和圆度。
实用性和点云
“最困难的事情之一GD&T 是解释，”Capture 3D（密歇根州法明顿希尔斯）的应用工程师 Josh Old 表示同意。 “我处理的大约 20% 的问题是 GD&T 问题。”什么时候当被要求查看某人难以使用的打印件时，有时很明显原始工程师缺乏 GD&T 方面的经验和知识。问题包括未正确设置基准或更复杂的功能。
其中一些问题也可能是他们使用的零件的性质。 Capture 3D 专门提供来自德国供应商 GOM 的计量设备，包括 ATOS 蓝光扫描设备和 TRITOP 手持摄影测量系统。蓝光扫描用于从简单、有机到复杂的各种零件几何形状——从指纹上的凹槽到机翼上的前缘和后缘。 “没有什么是正方形的，”老解释道。 “所以，他们必须在上面制造一些方形的东西。或者，他们必须想出一种 GD&T 和设置基准的方法，以便从中获得所需的质量测量结果——这有时非常复杂。”他注意到个人资料 fea当扫描用于测量时，TURE 很重要。轮廓线或曲面是任一 GD&T 标准中十三个特定特征中的两个。
分歧很常见。 Old 说：“在我的房间里，同一家公司的两名工程师在如何解释一个呼叫方面存在分歧。”
他还认为，GD&T 作为一种语言对于构建装配体尤为重要。 “例如，对齐孔以确保组件在组装时能够匹配，”他说。 “他们使用 GD&T 进行检查以确保配合。”
但是，他指出，借助扫描技术，例如在表面上提供数百万个点的全场 ATOS，ATOS 软件还提供彩色图比较。这是通过将扫描数据导入为点云来创建彩色地图以突出显示与 CAD 标称的偏差来完成的。用户以他们希望了解装配配合的任何方式对齐该信息—和设计意图。 “越来越多的人转向颜色映射 [而不是 GD&T]，因为他们可以获得整个零件的全场轮廓，然后随时更改对齐方式，”他说。尽管如此，他说许多人仍然依赖 GD&T 调用并创建测量程序来检查它们。
另一种解释扫描数据的方法是将其作为点云数据导入程序，然后提取特征，模拟虚拟 CMM 的操作。
这就是 Metrologic（密歇根州威克瑟姆）最新版本的 Metrolog 软件所做的。根据应用工程师 Gerry Stevenson 的说法，用于 CMM 的 Metrolog X4 于 2014 年 7 月发布。使用点云数据作为解释数据集是有意义的，因为 Metrolog 的目的是充当所有计量设备（从便携式手臂到 CMM）的单一接口。 “Metrologic 已经开发了 60 多个直接机器接口，可以将其软件连接到任何控制器呃，包括 CNC CMM、关节臂、激光跟踪仪和 3D 光学扫描仪，”Stevenson 解释道。 “这意味着我们拥有的所有 GD&T 协议都适用于点云或接触式探针。”
据他说，这最大限度地减少了对客户的影响。 “我们的客户不必是 GD&T 大师，因为使用 Metrolog 中的高级选项会指导用户，”史蒂文森说。 “他们必须遵循标准，不能偏离标准”，可以是 ASME Y14.5 或 ISO 1101。
他承认，在源头不正确应用 GD&T 的挑战仍然存在。他还看到了 Metrolog 用户的各种专业知识，从一些精通到其他从未接触过它的人。 “Metrolog 的目的是引导他们通过它，这样他们就不会根据标准做违法的事情，”他解释道。如果 GD&T 嵌入到 CAD 模型中，例如使用 CATIA功能公差和注释 (FTA) 或 UGX PMI 选项。他还承认，他的 90% 的客户仍然导入 CAD 并从随附的打印纸上阅读 GD&T。 “在那个领域，我们再次尝试通过我们的软件为客户简化流程，”他说。如果有用户希望遵守的标注，那么在无序或建立基准之前错误地尝试创建测量将导致 Metrolog 标记错误。
另一种方法是导入点云并匹配他们到 GD&T 标注。这就是 QVI 公司（布达厄尔，匈牙利）Kotem 的 SmartProfile 方法。 SmartProfile 从零件测量中导入点云，将该数据与具有 GD&T 公差的零件的标称 CAD 模型合并，并自动执行结果评估。支持的 CAD 交换格式包括 IGES、STEP、.stl 或 VDA，以及 CATIA V4 和 V5、Pro/E 和 UGX 等专有格式。
关键步骤 i供用户使用该软件将 GD&T 参考框架附加到特征。这假设 GD&T 是单独提供的，这在大多数 CAD 程序中仍然是常见的做法。 SmartProfile 可帮助用户确保此公差符合 ASME Y14.5 或 ISO 1101 标准。交互式菜单允许用户创建带有符号、材料条件、基准参考框架和数字公差的特征参考框架，如果需要，还可以提供解释性教程材料。 Kotem 高级软件工程师 Gavrail Tatarliev 表示，与 GD&T 标准相比，“如果条目可疑或不正确，编辑器将提供建议和警告”。完成后，软件会评估点云并提供通过/失败报告。报告是图形、文本或统计数据。
同样，使用点云作为输入的好处在于它们几乎可以在任何计量设备上进行测量。对于具有自由形状的零件，例如 s如果需要或需要标准 GD&T，这对外科植入物特别有用。 “例如，医疗设备通常仅指定 GD&T 标准的轮廓特征，”另一家 QVI 公司光学测量产品（OGP；纽约州罗切斯特）应用工程经理 Nate Rose 解释道。 “自由形式的轮廓不像几何形状那样容易测量，但使用 SmartProfile，我们可以将点云与 CAD 模型进行比较并正确评估轮廓，”Rose 说。
未来是自动化
Mitutoyo 的 Salsbury 认为未来的趋势是程序使用预先确定的规则和 CAD 实现零件测量的自动化。 “根据某些规则，使用测量规划软件可以在几秒钟内生成数千行代码 [用于零件程序]，”他说。如果规则适当，解释 GD&T 的大部分负担都由最终用户承担。
这就是 Mitutoyo&rsqu 的目的o;s 最新软件 MiCAT Planner。它识别包含在具有嵌入式产品和制造信息 (PMI) 的 3D 模型中的公差信息，定义测量位置，并自动创建测量程序。 PMI 也称为基于模型的设计或 MBD。根据 Salsbury 的说法，MiCAT 背后的哲学是帮助而不是命令。 “我们不想真正成为制定规则的人，但我们可以帮助您实施规则，我们可以为您提供一些指导，”他说，帮助平衡风险、成本和合规性。
例如，Capture3D的软件通过导入CATIA FTA和UGX PMI来使用MBD，还有Metrologic、PC-DMIS，以及MiCAT和SmartProfile。虽然在增长，但它是市场的一小部分今天。 “如今只有一小部分行业在使用 MBD，”Hexagon 的 Jensen 说。 “我们看到与 CAD 公司合作的高端航空航天公司是引领这一新技术的公司学。”
