Grundlagen der GPS - Berufsbildung · PDF fileGrundlagen der GPS (Geometrische Produkt-Spezifikation) St. Gallen, 14.11.2015 Dr. Dietrich Imkamp, Alessandro Gabbia Visual Systems

Grundlagen der GPS(Geometrische Produkt-Spezifikation)

St. Gallen, 14.11.2015

Dr. Dietrich Imkamp, Alessandro GabbiaVisual Systems

214.11.2015ZEISS Industrial Metrology Business Group, Dietrich Imkamp, Alessandro Gabbia, MES-SV

Agenda

123

45

6

Warum GPS?

Grundlagen

Anwendungen

Beispiele CALYPSO

Literatur und Schulung

IMT im Carl Zeiss Konzern

7 Zusammenfassung


Agenda

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45

Warum GPS?

Grundlagen

Anwendungen

Beispiele CALYPSO

6 Literatur und Schulung


7 Zusammenfassung


Unternehmensbereiche2013/14

Medical Technology*

1,05 Mrd. € Umsatz ~4.200 Mitarbeiter

Industrial Metrology

561 Mio. € Umsatz ~2.700 Mitarbeiter

Semiconductor Manufacturing Technology

1,05 Mrd. € Umsatz ~2.900 Mitarbeiter

Consumer Optics

185 Mio. € Umsatz ~760 Mitarbeiter

Vision Care


Microscopy


Stichtag: 30. September 2014 *Aufgrund unterschiedlicher Konsolidierungskreise weichen die Werte von den veröffentlichten Werten der Carl Zeiss Meditec AG ab.


UnternehmensbereichIndustrial Metrology

1/100EINES HAARESist die Genauigkeit der ZEISS Messtechnik.


UnternehmensbereichIndustrial Metrology

561MIO. EURO UMSATZ

2.700MITARBEITER

Taktile und optische MesssystemeComputertomografieMess,- Auswertungs- und VerwaltungssoftwareDienstleistungen

PORTFOLIO

ZEISS sichert Qualitätsstandards überall dort, wo höchste Präzision gefragt ist: mit Koordinatenmessmaschinen und Messtechniksoftware für die Automobilindustrie, den Flugzeug- und Maschinenbau sowie die Kunststoffindustrie.


Agenda

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6

Warum GPS?

Grundlagen

Anwendungen

Beispiele CALYPSO



7 Zusammenfassung


Messaufgabe für die industrielle Messtechnik in der Fertigung

80-90% of the tasks

Manu-facturingMetrology

Courtesy: Pfeifer, T.: Production Metrology, R. Oldenbourg Verlag, 2002

Fissure

Texture

HardnessE, G Modulus

Form Size Position Roughness

NoiseNoiseSpeedSpeed

MomentMoment

ForceForce


Sicherstellung der Produktfunktionalität

Reales BauteilProduktspezifikation Messergebnis

Vergleich Konformität

FertigungSpezifikation Verifikation


Was hat sich geändert?

Quelle: http://www.dienste-industrielle-messtechnik.de/stream/images/infothek/artikel/toleranzen_9.png


MMZ G – die größte Gantry CMM

Große Bauteile / Kleine Toleranzen

Messvolume 5 x 11 x 3,5 m

Beispiel: Messung von Schiffmotoren

Anspruch Genauigkeit


Genauigkeit: Entwicklung der Performance eines KMGs (x, z=1,6-2m y=2,5m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1980 1990 2000 2010 2020Jahr

Leng

th M

easu

ring

Erro

r L=1

000m

m

Quelle: Ebay

1314.11.2015ZEISS Industrial Metrology Business Group, Dietrich Imkamp, Alessandro Gabbia, MES-SV 13

Die Applikation entscheidet der Sensor

Courtesy: Imkamp, D., Schepperle, K.: The Application determines the sensor: scanning probe head VAST, in: Innovation SPECIAL Metrology Nr. 8, Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH, Oberkochen 2006. (Internet: www.zeiss.de/imt)

1414.11.2015ZEISS Industrial Metrology Business Group, Dietrich Imkamp, Alessandro Gabbia, MES-SV 13.06.2012 14Carl Zeiss IMT GmbH, Alessandro Gabbia, MES-SBS

X-Ray tube

Turn table

Workpiece

X-Ray detector (CCD-Array)

Linear motion axis

Option: additional axis for easier work piece set-up

Cone beam

"Capturing more information": Computertomography for Metrology


Stereo Microscope Discovery

O-INSPECT FamilyMulti sensor metrology system


The O-INSPECT FamilyMulti sensor metrology system – Applikation

Optik Sensors benötigt eine Rotation des Sensors oder des Bauteils

1714.11.2015ZEISS Industrial Metrology Business Group, Dietrich Imkamp, Alessandro Gabbia, MES-SV 17

Warum mehrere Sensoren?

Erfassung mit wenigen Punkten Eine komplette Erfassung mehr Informationen

Tactile

Optical

=

Quelle: HN Metrology Consulting Inc.

1900 1940 1980 2010


Warum GPS?

Quelle: HN Metrology Consulting Inc.

1900 1940 1980 2010

Die Verringerung der Maßtoleranzen bis in Größenordnungen der Formtoleranzen führt dazu, dass eine Vernachlässigung der Formtoleranz bei der maßlichen Prüfung nicht mehr möglich ist.

Quelle: Nielsen, H.: The ISO Geometrical Product Specifications Handbook. Find your way in GPS. ISO/Danish Standards, 2012, ISBN 978-87-7310-721-8.

Unterschiedliche Interpretation der Position einer Bohrungsachse


Normen der GPS in der Hierarchie

Grundnormen

Anwendungsnormen

Allgemeine Normen

ISO 14405Spezifikation durch Maße ISO 5459

Bezüge/Bezugssysteme

ISO 1101/5458Spezifikation durch Zone

ISO 2692Spezifikation durch Lehre

AnwendungKonstruktion

Experten und

Ausbilder

ISO 8015Grundlagen

ISO 14660 / 22432

ISO/TR 14638(DIN V 32950)

Übersicht

…ISO 17450

Quelle (Basis):.Charpentier, F.: Leitfaden für die Anwendung der Normen zur geometrischen Produktspezifikation (GPS), Beuth Verlag, Berlin 2014.


GPS Normen für Anwendung und Konstruktion

GPS standards

ISO 1101

ISO 14405

ISO 5459

ISO 1660

ISO 5458

ISO 2692

ISO 2768

ISO 8015ASME Y14.5

ISO 1101:2012 Geometrical tolerancing – tolerances of form, orientation, location and run-out

ISO 1660:1987 Technical drawing – dimensioning amd tolerancing of profile

ISO 2692:2006 Geometrical tolerancing – Maximum material requirement (MMR) least material

requirement and reciprocity requirement (RPR)

ISO 2768:1989 General tolerances

ISO 5458:1998 Geometrical tolerancing – position tolerancing

ISO 5459:2011 Geometrical tolerancing – datums and datum systems

ISO 8015:2011 Geometrical tolerancing – fundamentals; concepts, principles and rules

ISO 14405-1:2011 Dimensional tolerancing

ASME Y14.5:2009 Dimensioning and Tolerancing


Agenda

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45

6

Warum GPS?

Grundlagen

Anwendungen

Beispiele CALYPSO



7 Zusammenfassung


Grundnormen: Übersicht

Grundnormen

ISO 8015Grundlagen ISO/TR 14638

(DIN V 32950)Übersicht

Kettengliednummer 1 2 3 4 5 6

geometrische Eigenschaften

Symbole und Angaben (Angaben der Produktdokumenten‐kodierung)

Toleranzzonen und Parameter (Definition der Toleranzen ‐theoretisch Definition und Werte)

Merkmale von Geometrieelementen (Definition der Eigenschaften des Istformelementes)

Messung (Ermittlung der Abweichungen des Werkstücks)

Messgerät (Anforderungen an Messeinrichtungen)

Kalibrierung (Kalibrier‐anforderungen Kalibriernormen)

1. Größenmaß2. Abstand3. Radius4. Winkel5. Form einer Linie bezugsunabhängig6. Form einer Linie bezugsabhängig…18. Kanten


Sicherstellung der Produktfunktionalität

Reales Bauteil

FertigungSpezifikation Verifikation

Produktspezifikation Messergebnis

Vergleich => Konformität

Kettengliednummer 1 2 3 4 5 6

geometrische Eigenschaften

Symbole und Angaben (Angaben der Produktdokumenten‐kodierung)

Toleranzzonen und Parameter (Definition der Toleranzen ‐theoretisch Definition und Werte)

Merkmale von Geometrieelementen (Definition der Eigenschaften des Istformelementes)

Messung (Ermittlung der Abweichungen des Werkstücks)

Messgerät (Anforderungen an Messeinrichtungen)

Kalibrierung (Kalibrier‐anforderungen Kalibriernormen)

1. Größenmaß2. Abstand3. Radius4. Winkel5. Form einer Linie bezugsunabhängig6. Form einer Linie bezugsabhängig…18. Kanten


Grundnormen: GrundlagenGrundsätze ISO 8015

Grundnormen

ISO 8015Grundlagen ISO/TR 14638

(DIN V 32950)Übersicht

Grundsatz Beschreibung

des Aufrufens Durch Aufruf einer GPS Norm, gelten alle GPS Normen (Durch das Symbol „AD“ (Altered Default) kann eine Alternative aufgerufen werden.)

der GPS-Normenhierarchie Inhalte höherer Normen gelten auch in niedrigeren

der bestimmenden Zeichnung Alle Anforderungen gehören in die Zeichnung

des Geometrieelementes GPS Spezifikationen beziehen sich auf Geometrieelemente

der Unabhängigkeit Jede GPS Anforderung ist unabhängig, wenn nicht anders angegeben

der Dezimaldarstellung nicht angegebene Dezimalstellen sind null

der Standardfestlegung Wenn nicht anders angegeben, gilt der Standard der Norm.

der Referenzbedingung Referenztemperatur ist 20°C (aus ISO 1)

des starren Werkstück Das Werkstück hat eine unendlich große Steifigkeit und alle GPS-Spezifikationen gelten für den freien Zustand.

der Dualität Spezifikation (Konstruktion) und Verifikation (Prüfung) sind unabhängig

der Funktionsbeherrschung Die Spezifikation ist vollständig, wenn alle Funktionen des Werkstückes beschrieben sind und durch GPS-Spezifikationen kontrolliert werden

der allgemeinen Spezifikation Allgemeine GPS-Spezifikationen gelten für jedes Merkmal und jede Beziehung zwischen Geometrieelementen einzeln betrachtet.

der Verantwortlichkeit Konstruktion ist verantwortlich für die Spezifikation, prüfende Partei ist verantwortlich für die Verifikation und ihre Messunsicherheit (ISO 14253-1)


Agenda

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6

Warum GPS?

Grundlagen

Anwendungen

Beispiele CALYPSO



7 Zusammenfassung


AnwendungsnormenBeispiel: Welche Normen sind involviert?

30m6

25-0

,2

A

0,4 A B

B

E

ISO 14405Spezifikation durch Maße ISO 5459

Bezüge/Bezugssysteme

ISO 1101/5458Spezifikation durch Zone

AnwendungKonstruktion




30+0,1

A

0,4 A B

B

E

AnwendungsnormenMöglichkeiten zur Tolerierung

Unabhängigkeit der Spezifikationen Drei Unterscheidungsmerkmale

Zone Größenmaß

Lehre

• Tolerierung durch eine Zone• Tolerierung durch ein Größenmaß• Tolerierung durch eine Lehre



Übersicht

Produktgestalt

Grobgestalt

FormMaß Lage

Feingestalt

Welligkeit Rauheit

30m6

25-0

,2

0,2

Rz

3,2

AB

0,4 A B

Zusammenhang

30m6

25-0

,2

E

ISO 14405Spezifikation durch Maße

ISO 5459Bezüge/Bezugssysteme

ISO 1101Spezifikation durch Zone


ISO 286Toleranzsystem

Verfahrensspezifische Allgemeintoleranzen

z.B. ISO 2768

ISO 121xxx Geradheit, Ebenheit, Rundheit,

Zylinderform

ISO 5458Position

ISO 1660Profil


ISO 8015Unabhängigkeitsprinzip

ISO 14405-1Hüllbedingung

ISO 8785Oberflächenunvollkommenheiten

ISO 1302/25178Oberflächenbeschaffenheit

ISO 4287/4288Tastschnitt/Kenngrößen


Maß: ISO 14405-1Symbole


Standardspezifikation für Größenmaße nach dem Unabhängigkeitsprinzip!

Local Point: Definition Zweipunktmaß

Abstand zwischen zwei einander gegenüberliegenden Punkten auf dem Maßelement.




ød

Global Gauss: Assotiationsmethode nach Gauss



Global maXimum incribed



ød

Global miNimum circumscribed


Maß: ISO 14405-1Wirkung der Modifikatoren

Quelle: http://www.dienste-industrielle-messtechnik.de/stream/images/infothek/artikel/kreisberechnung.png


Maß: ISO 14405-1Unabhängigkeitsprinzip

400 -0

,04

0,030,06

Geradheit der Mantellinien

40

0,03

Rundheit der Kreisen

Größenmaß


Maß: ISO 14405-1Hüllbedingung (Beispiel Welle)

400 -0

,04

E

40

39,9

6Die Kontur liegt innerhalb einer

„Einhüllenden“ (Envelope) zwischen 39,96 und 40,0


Form und Lage: ISO 1101


Form und Lage: ZEISS Poster


Agenda

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6

Warum GPS?

Grundlagen

Anwendungen

Beispiele CALYPSO



7 Zusammenfassung


CALYPSO: ISO 14405-1 Globale Modifikatoren: GG, GN, GX, GC

Die Assotiationsmethoden:


CALYPSO: ISO 14405-1 Zweipunktmaß LP (Local two-Points distance) für Kreis und Zylinder

Maximum und Minimum aller 2-Punktmaße werden

ausgegeben und visualisiert


CALYPSO: ISO 14405-1 Hüllbedingung E

Welle

Bohrung

2 Ergebnisse:

1 Min circumscribedcircle (Hüll Kreis)

2 Min two-point distance

2 Ergebnisse:

1 Max inscribed circle(Pferch Kreise)

2 Max two-point distance


CALYPSO: Form und Lage


Agenda

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6

Warum GPS?

Grundlagen

Anwendungen

Beispiele CALYPSO



7 Zusammenfassung


LiteraturInternet

Quelle: http://www.qucosa.de/fileadmin/data/qucosa/documents/12029/Habilitation_Sophie_Groeger.pdf

Quelle: http://www.ifgps.com/


LiteraturNeuerungen und der aktuellste Stand

Quelle: http://www.beuth.de/sixcms_upload/media/2247/Tagungsunterlage-GPS-2014.pdf

Nächste DIN-Tagung: GPS 2016

21.-22. April 2016

Berlin bei DIN


LiteraturSelbst „Standardwerke“ veralten schnell


Einflüsse auf das Messergebnis

Quelle: Roithmeier, R. (Hrsg.): Messstrategien in der taktilen Koordinatenmesstechnik, Carl Zeiss 3D Akademie, Carl Zeiss 3D Metrology Services GmbH, Aalen 2014, ISBN 978-3981565782


Schulungen und AUKOM bei der Carl Zeiss Metrology Academy

http://www.zeiss.de/industrial-metrology/de_de/services-und-support/schulung.html http://www.aukom.info/


Agenda

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6

Warum GPS?

Grundlagen

Anwendungen

Beispiele CALYPSO



7 Zusammenfassung


Vorteile der Anwendung von GPS in der Tolerierung


Vorteile der Anwendung von GPS in der Tolerierung


Zusammenfassung

Produktgestalt

Grobgestalt

FormMaß Lage

Feingestalt

Welligkeit Rauheit

30m6

25-0

,2

0,2

Rz

3,2

AB

0,4 A B

Zusammenhang

30m6

25-0

,2

E

ISO 14405Spezifikation durch Maße

ISO 5459Bezüge/Bezugssysteme

ISO 1101Spezifikation durch Zone


ISO 286Toleranzsystem


z.B. ISO 2768

ISO 121xxx Geradheit, Ebenheit, Rundheit,

Zylinderform

ISO 5458Position

ISO 1660Profil


ISO 8015Unabhängigkeitsprinzip

ISO 14405-1Hüllbedingung

ISO 8785Oberflächenunvollkommenheiten

ISO 1302/25178Oberflächenbeschaffenheit

ISO 4287/4288Tastschnitt/Kenngrößen

Das Leben ist zu vielfältig, um es alleine durch Gesetze zu beschreiben.

Die industriell gefertigten Produkte sind zu vielfältig, um sie alleine durch die GPS Normen zu beschreiben.

Aber genauso, wie wir Gesetzte brauchen, brauchen wir GPS Normen, damit es funktioniert!


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