ISO和ASME中的轮廓度评价

在ISO和ASME两个标准中，关于轮廓度的实际值是如何给的？如何判定是否合格？ 我们测量界的小伙伴对此有诸多困惑，今天在这里结合两个标准的规定和海克斯康测量软件PC-DMIS中的输出结果把它理一理。

已知零件的图纸如下图：

                      图1  图纸标注

如果从供应商那里收到的零件如下图所示，它的实测值应该是多少呢？还有如何判断它是否满足图纸要求呢？

                      图2 实际零件       

我们在分析任何一个几何公差之前都需要画出它的公差带，根据轮廓度的概念，公差带如下：

图3 轮廓度的公差带

图3是轮廓度的公差带（ISO和ASME一样），公差带的外边界是把理论轮廓往材料外偏移0.15mm形成, 公差带的内边界是把理论轮廓往材料里边偏移0.15mm形成。只要零件的实际被测要素落在公差带的外边界和内边界之间，该被测要素就满足轮廓度要求。

图3是设计人员对零件提出的要求，而对测量人员来说，不仅仅需要判断该零件是否合格，还需要弄清楚零件（如图2的零件）的实际值如何给？已知实际零件如下图：

图4 实际零件
      它的实际测量值应该是多少呢？是否合格呢？

我们先来看两个标准和PC-DMIS是各自如何规定的。

1. ISO中的规定

对于轮廓度的实际值的评估，ISO所用的方法是定位最小区域法，所谓定位最小区域法，满足下面三个条件：

1. 该区域的形状和公差带的形状一样，且基于理想要素（这里是理论轮廓）对称分布。

2. 该区域包含所有的被测要素

3. 该区域的宽度最小

如果存在一个区域满足上述三个条件，则该区域的宽度即为该零件被测特征轮廓度的实际测量值。

明显的，根据ISO的规定，图4零件的“最小区域”如下：

                             图5 ISO的实际测量值

所以根据ISO的规定，该零件的实际被测要素的实际测值为0.4，超出0.3的轮廓度要求，超差0.1，不合格。

2. ASME的规定

根据ASME Y14.5.1M-1994中所描述的规定，要求以理论轮廓为边界，对实际轮廓在加材料和减材料的方向上的偏差分别进行评价，必须给出两个值。在加材料方向的实际测量值为处在理论轮廓以外（加材料）的实际轮廓最远点到理论轮廓的距离。而在减材料方向的实际测量值为处在理论轮廓以内（减材料）的实际轮廓的最远点到理论轮廓的距离。

我们最终评判的依据是，在加材料方向的实际测量值必须小于公差带的外边界到理论轮廓之间的距离或偏移量，在减材料方向的实际测量值必须小于公差带的内边界到理论轮廓之间的距离或偏移量。注意，公差带的外边界和内边界到理论轮廓的距离可能相等（对称轮廓度时），可能不相等（非对称轮廓度）。

基于上述理论，那么实际的测量值见下图：

                            图6 ASME的实际测量值

见图6，根据ASME的要求，实际测量值为：

1. 加材料方向：0.2

2. 减材料方向：0.1

   因为是对称轮廓度，在加材料和减材料方向的允许值都是0.15，所以实际轮廓在加材料方向超差0.05，不合格。

3. PC-DMIS的测量结果的输出

在海克斯康测量软件PC-DMIS里边，关于轮廓度测量的报告，一般会给出实际测量值，理论轮廓的最大偏差（正号为加材料，符号为减材料），最小偏差（正号为加材料，负号为减材料）和超差值，共四个重要的输出值。因为测量仪器和软件的发展和标准规范发展并不是同步的这个历史原因，导致测量软件和标准规范有细微差异， 但是在对被测要素是否合格这个关键判定上，PC-DMIS和标准规范是一致的。

A. PC-DMIS关于两个标准的测量值是如何给出的

1. ISO 实际测量值=最大偏值 x2

   
        图7 PC-DMIS关于ISO的实际测量值

   由图7可知，PC-DMIS关于ISO的实际测量值的输出和标准规定是一致的。

   
   

2. ASME分两种情况

   i. 如果实际轮廓分布在理论轮廓的两侧 实际测量值=最大偏差 - 最小偏差

   图8 PC-DMIS关于ASME分布两侧实际测量值

   
   

ii. 如果实际轮廓分布在理论轮廓的同侧 实际测量值=最大偏差值

     图9 PC-DMIS关于ASME分布同侧实际测量值

注意：PC-DMIS的输出结果和ASME规范是由细微差异的。

B. PC-DMIS关于两个标准是否超差和超差值的判定

对于超差的判定，由图3可知，只要实际被测要素上所有的点都落在公差带范围以内，该零件就符合要求，否则零件超差。那么在PC-DMIS的测量软件中是如何处理的呢？

1. 对于ISO, 分两种情况：

   i. 不带基准的轮廓度：超差值=测量值-公差值

      ii. 带基准的轮廓度： 超差值=最大偏差值-（公差值/2)

2. 对于ASME： 超差值=最大偏差值-（公差值/2)

       根据上述的详细描述，我们发现，PC-DMIS对于实际测量结果在判定是否合格这个严肃的问题上和两个标准规范是一致的。需要注意的是，PC-DMIS在应用ASME规范评定时，如果得出轮廓度的实际测量值是0.3，尽管它等于轮廓度的要求值，但是并不是合格的。所以当我们在读PC-DMIS的测量报告时，轮廓度的测量值并没有太大意义，而真正重要的报告里边的最大偏差，最小偏差和后边的超差值（一旦测量数据为红色，则为超差），我们需要用这些输出结果来指导我们的生产和质量。

       最后总结：

       本文描述了在ISO和ASME两个标准中实际的测量值和判定方法如何规定的，以及海克斯康测量软件PC-DMIS对应的测量值和判定方法。具体总结见下表:

     因为时间仓促，有任何问题或遗漏，欢迎大家拍砖！

参考资料：

1. 海克斯康测量工程师培训资料

2. ASME Y14.5-2009

3. ASME Y14.5.1M-1994

3. ISO1101-2012