Grundlagen der GPS (Geometrische Produkt-Spezifikation) Dr. Dietrich Imkamp, Alessandro Gabbia Visual Systems

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1 Grundlagen der GPS (Geometrische Produkt-Spezifikation) Dr. Dietrich Imkamp, Alessandro Gabbia Visual Systems St. Gallen,

2 Agenda 1 IMT im Carl Zeiss Konzern 2 Warum GPS? 3 Grundlagen 4 Anwendungen 5 Beispiele CALYPSO 6 Literatur und Schulung 7 Zusammenfassung 2

4 Unternehmensbereiche 2013/14 Industrial Metrology 561 Mio. Umsatz ~2.700 Mitarbeiter Microscopy 656 Mio. Umsatz ~3.100 Mitarbeiter Medical Technology* 1,05 Mrd. Umsatz ~4.200 Mitarbeiter Vision Care 761 Mio. Umsatz ~8.300 Mitarbeiter Consumer Optics 185 Mio. Umsatz ~760 Mitarbeiter Semiconductor Manufacturing Technology 1,05 Mrd. Umsatz ~2.900 Mitarbeiter Stichtag: 30. September 2014 *Aufgrund unterschiedlicher Konsolidierungskreise weichen die Werte von den veröffentlichten Werten der Carl Zeiss Meditec AG ab. 4

5 Unternehmensbereich Industrial Metrology 1/100 EINES HAARES ist die Genauigkeit der ZEISS Messtechnik. 5

6 Unternehmensbereich Industrial Metrology MIO. EURO UMSATZ MITARBEITER Taktile und optische Messsysteme Computertomografie Mess,- Auswertungs- und Verwaltungssoftware Dienstleistungen 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. 6

8 Messaufgabe für die industrielle Messtechnik in der Fertigung Form Size 80-90% of the tasks Position Roughness Fissure Texture Manufacturing Metrology Force Moment Hardness E, G Modulus Noise Speed Courtesy: Pfeifer, T.: Production Metrology, R. Oldenbourg Verlag,

9 Sicherstellung der Produktfunktionalität Spezifikation Fertigung Verifikation Produktspezifikation Reales Bauteil Vergleich Konformität Messergebnis 9

10 Was hat sich geändert? Quelle: 10

11 Anspruch Genauigkeit MMZ G die größte Gantry CMM Große Bauteile / Kleine Toleranzen Messvolume 5 x 11 x 3,5 m Beispiel: Messung von Schiffmotoren 11

12 Genauigkeit: Entwicklung der Performance eines KMGs (x, z=1,6-2m y=2,5m) Quelle: Ebay Length Measuring Error L=1000mm Jahr 12

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 (Internet:

14 "Capturing more information": Computertomography for Metrology Turn table Cone beam X-Ray detector (CCD-Array) Work piece Linear motion axis X-Ray tube Option: additional axis for easier work piece set-up ZEISS Carl Industrial Zeiss IMT Metrology GmbH, Alessandro Business Group, Gabbia, Dietrich MES-SBS Imkamp, Alessandro Gabbia, MES-SV

15 O-INSPECT Family Multi sensor metrology system Stereo Microscope Discovery 15

16 The O-INSPECT Family Multi sensor metrology system Applikation Optik Sensors benötigt eine Rotation des Sensors oder des Bauteils 16

17 Warum mehrere Sensoren? Quelle: HN Metrology Consulting Inc. Erfassung mit wenigen Punkten Eine komplette Erfassung mehr Informationen Optical = Tactile 17 17

18 Warum GPS? Quelle: HN Metrology Consulting Inc. Die Verringerung der Maßtoleranzen bis in Größenordnungen der Formtoleranzen führt dazu, dass eine Vernachlässigung der Formtoleranz bei der maßlichen Prüfung nicht mehr möglich ist. Unterschiedliche Interpretation der Position einer Bohrungsachse Quelle: Nielsen, H.: The ISO Geometrical Product Specifications Handbook. Find your way in GPS. ISO/Danish Standards, 2012, ISBN

19 Normen der GPS in der Hierarchie ISO 8015 Grundlagen Grundnormen ISO/TR (DIN V 32950) Übersicht Experten und Ausbilder ISO / ISO Allgemeine Normen ISO Spezifikation durch Maße ISO 1101/5458 Spezifikation durch Zone Anwendungsnormen ISO 2692 Spezifikation durch Lehre ISO 5459 Bezüge/Bezugssysteme Quelle (Basis):.Charpentier, F.: Leitfaden für die Anwendung der Normen zur geometrischen Produktspezifikation (GPS), Beuth Verlag, Berlin Anwendung Konstruktion 19

20 GPS Normen für Anwendung und Konstruktion ISO 5459 ISO ISO 1101 ISO 1660 GPS standards ASME Y14.5 ISO 2692 ISO 2768 ISO 5458 ISO 8015 ISO 1101:2012 ISO 1660:1987 ISO 2692:2006 ISO 2768:1989 ISO 5458:1998 ISO 5459:2011 ISO 8015:2011 ISO :2011 ASME Y14.5:2009 Geometrical tolerancing tolerances of form, orientation, location and run-out Technical drawing dimensioning amd tolerancing of profile Geometrical tolerancing Maximum material requirement (MMR) least material requirement and reciprocity requirement (RPR) General tolerances Geometrical tolerancing position tolerancing Geometrical tolerancing datums and datum systems Geometrical tolerancing fundamentals; concepts, principles and rules Dimensional tolerancing Dimensioning and Tolerancing 20

22 Grundnormen: Übersicht ISO 8015 Grundlagen Grundnormen ISO/TR (DIN V 32950) Übersicht Kettengliednummer geometrische Eigenschaften 1. Größenmaß 2. Abstand 3. Radius 4. Winkel 5. Form einer Linie bezugsunabhängig 6. Form einer Linie bezugsabhängig 18. Kanten Symbole und Angaben (Angaben der Produktdokumentenkodierung) Toleranzzonen und Parameter (Definition der Toleranzen theoretisch Definition und Werte) Merkmale von Geometrieelementen (Definition der Eigenschaften des Istformelementes) Messung (Ermittlung Messgerät der Abweichungen des (Anforderungen an Werkstücks) Messeinrichtungen) Kalibrierung (Kalibrieranforderungen Kalibriernormen) 22

23 Sicherstellung der Produktfunktionalität Spezifikation Fertigung Verifikation Kettengliednummer geometrische Eigenschaften Produktspezifikation 1. Größenmaß 2. Abstand 3. Radius 4. Winkel 5. Form einer Linie bezugsunabhängig 6. Form einer Linie bezugsabhängig 18. Kanten Symbole und Angaben (Angaben der Produktdokumentenkodierung) Toleranzzonen und Parameter (Definition der Toleranzen theoretisch Definition und Werte) Merkmale von Geometrieelementen (Definition der Eigenschaften des Istformelementes) Reales Bauteil Messung (Ermittlung der Abweichungen des Werkstücks) Vergleich => Konformität Messgerät (Anforderungen an Messeinrichtungen) Kalibrierung (Kalibrieranforderungen Kalibriernormen) Messergebnis 23

24 Grundnormen: Grundlagen Grundsätze ISO 8015 ISO 8015 Grundlagen Grundnormen ISO/TR (DIN V 32950) Übersicht Grundsatz des Aufrufens der GPS-Normenhierarchie der bestimmenden Zeichnung des Geometrieelementes der Unabhängigkeit der Dezimaldarstellung der Standardfestlegung Beschreibung Durch Aufruf einer GPS Norm, gelten alle GPS Normen (Durch das Symbol AD (Altered Default) kann eine Alternative aufgerufen werden.) Inhalte höherer Normen gelten auch in niedrigeren Alle Anforderungen gehören in die Zeichnung GPS Spezifikationen beziehen sich auf Geometrieelemente Jede GPS Anforderung ist unabhängig, wenn nicht anders angegeben nicht angegebene Dezimalstellen sind null Wenn nicht anders angegeben, gilt der Standard der Norm. der Referenzbedingung Referenztemperatur ist 20 C (aus ISO 1) des starren Werkstück der Dualität der Funktionsbeherrschung der allgemeinen Spezifikation Das Werkstück hat eine unendlich große Steifigkeit und alle GPS-Spezifikationen gelten für den freien Zustand. Spezifikation (Konstruktion) und Verifikation (Prüfung) sind unabhängig Die Spezifikation ist vollständig, wenn alle Funktionen des Werkstückes beschrieben sind und durch GPS-Spezifikationen kontrolliert werden 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 ) 24

26 Anwendungsnormen Beispiel: Welche Normen sind involviert? 25-0,2 0,4 A B 30m6 E B A ISO Spezifikation durch Maße ISO 1101/5458 Spezifikation durch Zone ISO 2692 Spezifikation durch Lehre ISO 5459 Bezüge/Bezugssysteme Anwendung Konstruktion Quelle (Basis):.Charpentier, F.: Leitfaden für die Anwendung der Normen zur geometrischen Produktspezifikation (GPS), Beuth Verlag, Berlin

27 Anwendungsnormen Möglichkeiten zur Tolerierung Tolerierung durch eine Zone Tolerierung durch ein Größenmaß Tolerierung durch eine Lehre Zone Größenmaß 0,4 A B 30 +0,1 E Lehre B A Unabhängigkeit der Spezifikationen Drei Unterscheidungsmerkmale Quelle (Basis):.Charpentier, F.: Leitfaden für die Anwendung der Normen zur geometrischen Produktspezifikation (GPS), Beuth Verlag, Berlin

28 Übersicht Produktgestalt Grobgestalt Feingestalt Maß Form Lage Zusammenhang Welligkeit Rauheit 30m6 25-0,2 0,4 A B 30m6 E 25-0,2 Rz 3,2 0,2 B A ISO Spezifikation durch Maße ISO 1101 Spezifikation durch Zone ISO 2692 Spezifikation durch Lehre ISO 1302/25178 Oberflächenbeschaffenheit ISO 286 Toleranzsystem Verfahrensspezifische Allgemeintoleranzen z.b. ISO 2768 ISO 121xxx Geradheit, Ebenheit, Rundheit, Zylinderform ISO 1660 Profil ISO 5459 Bezüge/Bezugssysteme ISO 5458 Position Verfahrensspezifische Allgemeintoleranzen ISO 8015 Unabhängigkeitsprinzip ISO Hüllbedingung ISO 4287/4288 Tastschnitt/Kenngrößen ISO 8785 Oberflächenunvollkommenheiten 28

29 Maß: ISO Symbole 29

30 Maß: ISO Symbole Local Point: Definition Zweipunktmaß Abstand zwischen zwei einander gegenüberliegenden Punkten auf dem Maßelement. Standardspezifikation für Größenmaße nach dem Unabhängigkeitsprinzip! 30

31 Maß: ISO Symbole Global Gauss: Assotiationsmethode nach Gauss ød 31

32 Maß: ISO Symbole Global maximum incribed 32

33 Maß: ISO Symbole Global minimum circumscribed ød 33

34 Maß: ISO Wirkung der Modifikatoren Quelle: 34

35 Maß: ISO Unabhängigkeitsprinzip 0,03 0, ,04 Rundheit der Kreisen Größenmaß Geradheit der Mantellinien 0,

36 Maß: ISO Hüllbedingung (Beispiel Welle) ,04 E Die Kontur liegt innerhalb einer Einhüllenden (Envelope) zwischen 39,96 und 40, ,96 36

37 Form und Lage: ISO

38 Form und Lage: ZEISS Poster 38

40 CALYPSO: ISO Globale Modifikatoren: GG, GN, GX, GC Die Assotiationsmethoden: 40

41 CALYPSO: ISO Zweipunktmaß LP (Local two-points distance) für Kreis und Zylinder Maximum und Minimum aller 2-Punktmaße werden ausgegeben und visualisiert 41

42 CALYPSO: ISO Hüllbedingung E Welle 2 Ergebnisse: 1 Min circumscribed circle (Hüll Kreis) 2 Min two-point distance Bohrung 2 Ergebnisse: 1 Max inscribed circle (Pferch Kreise) 2 Max two-point distance 42

43 CALYPSO: Form und Lage 43

45 Literatur Internet Quelle: Quelle: 45

46 Literatur Neuerungen und der aktuellste Stand Nächste DIN-Tagung: GPS April 2016 Berlin bei DIN Quelle: 46

47 Literatur Selbst Standardwerke veralten schnell 47

48 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

49 Schulungen und AUKOM bei der Carl Zeiss Metrology Academy

51 Vorteile der Anwendung von GPS in der Tolerierung 51

52 Vorteile der Anwendung von GPS in der Tolerierung 52

53 Zusammenfassung Produktgestalt Das Leben ist zu vielfältig, um es alleine Grobgestalt durch Gesetze zu beschreiben. Feingestalt Maß Form Lage Zusammenhang Welligkeit Rauheit 0,4 A B E 30m6 30m6 Die industriell gefertigten Produkte sind zu vielfältig, um sie alleine durch 0,2 die GPS Normen zu beschreiben. 25-0,2 25-0,2 Rz 3,2 B A ISO ISO 1101 ISO 2692 ISO 1302/25178 Spezifikation durch Aber Maße genauso, Spezifikation durch Zone wie wir Gesetzte Spezifikation durch Lehrebrauchen, Oberflächenbeschaffenheit ISO 286 ISO 121xxx Geradheit, ISO 5459 ISO 8015 ISO 4287/4288 Toleranzsystem brauchen Ebenheit, wir Rundheit, GPS Bezüge/Bezugssysteme Normen, Unabhängigkeitsprinzip damit es funktioniert! Tastschnitt/Kenngrößen Verfahrensspezifische Allgemeintoleranzen z.b. ISO 2768 Zylinderform ISO 1660 Profil ISO 5458 Position Verfahrensspezifische Allgemeintoleranzen ISO Hüllbedingung ISO 8785 Oberflächenunvollkommenheiten 53

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