GB/T 34634-2017 产品几何技术规范（GPS） 光滑工件尺寸(500mm～10000mm)测量 计量器具选择

　　ICS 17 . 040 . 30 J 04

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 34634—2017

　　产品几何技术规范(GPS)

　　光滑工件尺寸(500 mm~ 10 000 mm)测量

　　计量器具选择

　　Geometricalproductspecifications(GPS)—Measurementoflinearsizes (500 mm-10 000 mm)ofplainworkpiece—Choiceofmeasuringinstrument

　　2017-09-29 发布 2018-04-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 34634—20 17

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准由全国产品几何技术规范标准化技术委员会(SAC/TC 240)提出并归口 。

　　本标准起草单位：国家重大技术装备几何量计量站、中机生产力促进中心、中国第二重型机械集团公司、郑州大学。

　　本标准主要起草人：史苏存、明翠新、段玲、张旭、廖厚华、张琳娜、邓水平、郑鹏、余苏、运金芬。

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　　产品几何技术规范(GPS)

　　光滑工件尺寸(500 mm~ 10 000 mm)测量

　　计量器具选择

　　1 范围

　　本标准规定了光滑工件尺寸(500 mm~10 000 mm)验收原则、验收极限、测量设备选用原则、测量

　　设备的测量不确定度允许值和仲裁。

　　本标准适用于产品加工、最终检验等过程，对公差等级为 1 级 ~ 18 级(IT1~IT18)、公称尺寸500 mm~10 000 mm 的光滑工件尺寸的检验。

　　本标准也适用于对一般公差、延伸公差的尺寸检验。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注 日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 1800 . 1 产品几何技术规范(GPS) 极限与配合 第 1 部分：公差、偏差和配合的基础GB/T 3177 产品几何技术规范(GPS) 光滑工件尺寸的检验

　　GB/T 4249 产品几何技术规范(GPS) 公差原则

　　GB/T 18779 . 1 产品几何量技术规范(GPS) 工件与测量设备的测量检验 第 1 部分：按规范检验合格或不合格的判定规则

　　GB/T 18779 . 2 产品几何量技术规范(GPS) 工件与测量设备的测量检验 第 2 部分：测量设备校准和产品检验中 GPS测量的不确定度评定指南

　　GB/T 18780 . 1 产品几何量技术规范(GPS) 几何要素 第 1 部分：基本术语和定义

　　GB/T 19765 产品几何量技术规范(GPS) 产品几何量技术规范和检验的标准参考温度GB/Z 20308 产品几何技术规范(GPS) 总体规划

　　3 术语和定义

　　GB/T 1800 . 1、GB/T 3177、GB/T 4249、GB/T 18779 . 1 和 GB/T 18780 . 1 界定的术语和定义适用于本文件。

　　4 总则

　　4 . 1 验收原则

　　所用验收方法只适用于规定的尺寸极限之内的工件。

　　4 . 2 验收方法

　　由于测量设备和测量系统都存在误差，故任何测量都不能测出真值。 另外，多数通用计量器具通常

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　　只用于测量尺寸，不测量工件上可能存在的形状误差。 因此，对遵循包容要求的尺寸要素，工件的完善检验还应测量形状误差(如圆度、直线度等)，并把这些形状误差的测量结果与尺寸的测量结果综合起来，以判定工件表面各部位是否超出最大实体边界。 对遵循最大实体要求或最小实体要求的尺寸要素，综合形状和尺寸测量结果的被测作用尺寸不应超越其最大实体实效边界或最小实体实效边界。

　　在实际情况下，工件的形状误差通常取决于加工设备及工艺装备的精度，工件合格与否，只按一次测量来判断。 对于温度、压陷效应以及测量设备和标准器的系统误差均不进行修正。 因此，任何检验都存在误判，由测量误差引起的误判概率的计算参见附录 A。 工件形状误差引起的误收率参见附录 B,测

　　量结果中温度引起的误差参见附录 C。为保证验收质量，本标准规定了 500 mm~10 000 mm 光滑工件

　　尺寸验收极限、测量设备选用原则和测量设备的测量不确定度允许值。

　　4 . 3 标准温度

　　测量的标准温度为 20 ℃ ,见 GB/T 19765 。

　　在测量不确定度评定(见 GB/T 18779 . 2)时，考虑因温度变化所引入的不确定度分量，并保证测量过程的测量不确定度满足测量要求。

　　4 . 4 验收极限

　　4 . 4 . 1 验收极限方式的确定

　　验收极限是判断所检验工件尺寸合格与否的尺寸界限。

　　验收极限可以按照下列两种方式之一确定。

　　a) 内缩方式：验收极限是从规定的最大实体尺寸(MMS)和最小实体尺寸(LMS)分别工件公差带

　　内移动一个安全裕度(A)来确定，如图 1 所示为双边内缩的验收极限方式。 验收极限也可以仅从规定的最大实体尺寸(MMS)向尺寸公差带内移动一个安全裕度(A)来确定，即单边内缩的验收极限方式。

　　A 值按工件公差(T) 的 1/10 确定，其数值在“安全裕度与测量设备的测量不确定度允许值

　　(u1)表 1”中给出。

　　图 1 验收极限示意

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　　孔尺寸的验收极限：

　　上验收极限=最小实体尺寸(LMS) -安全裕度(A)

　　下验收极限=最大实体尺寸(MMS) +安全裕度(A)

　　轴尺寸的验收极限：

　　上验收极限=最大实体尺寸(MMS) -安全裕度(A)

　　下验收极限=最小实体尺寸(LMS) +安全裕度(A)

　　b) 不内缩方式：验收极限等于规定的最大实体尺寸(MMS)和最小实体尺寸(LMS) , 即 A 值等于零。

　　4 . 4 . 2 验收极限方式的选择

　　验收极限方式的选择要结合工件功能要求及其重要程度、尺寸公差等级、测量不确定度和工序过程能力因素综合考虑。

　　a) 对遵循包容要求的尺寸、公差等级较高尺寸，其验收极限按 4.4.1a)确定。

　　b) 当过程能力指数 CP≥1 时，其验收极限可以按 4.4.1b)确定;但对遵循包容要求的尺寸，其最大实体尺寸一边的验收极限仍应按 4.4.1a)确定。

　　c) 对偏态分布的尺寸，其验收极限可以仅对尺寸偏向的一边按 4.4.1a)确定。

　　d) 对非配合和一般公差的尺寸，其验收极限按 4.4.1b)确定。

　　5 测量设备的选择

　　5 . 1 测量设备选用原则

　　按照测量设备所导致的测量不确定度(简称测量设备的测量不确定度)的允许值(u1)选择测量设备。选择时，应使所选用的测量设备的测量不确定度数值等于或小于选定的 u1 值。

　　测量设备的测量不确定度允许值(u1)按测量不确定度(u)与工件公差的比值分挡;对 T1~IT18 的工件分为 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五挡，分别对应工件公差的 1/10、1/6、1/4、1/3、1/2 ,测量设备的测量不确定度允许值(u1)约为测量不确定度(u)的 0.9 倍，其分挡数值列于表 1 中。

　　标准中测量不确定度的评定推荐采用 GB/T 18779 . 2 规定的方法，未作特别说明时，置信概率为 95% 。

　　5 .2 测量设备的测量不确定度允许值(u1)的选定

　　选用表 1 中测量设备的测量不确定度允许值(u1 ) ,一般情况下，优先选用 Ⅰ 挡，其次选用 Ⅱ 挡、 Ⅲ挡。

　　在满足测量要求且使用现有测量设备更为方便、经济、合理的情况下，选用 Ⅳ、Ⅴ挡。

　　6 仲裁

　　对测量结果有争议时，可以采用更精确地测量设备或按事先双方商定的方法解决。 一般情况下按GB/T 18779 . 1 进行合格或不合格判定。

　　表 1 安全裕度(A)与测量设备的测量不确定度允许值(u1) 单位为微米

　　表 1(续) 单位为微米

　　表 1(续) 单位为微米

　　表 1(续) 单位为微米

　　表 1(续) 单位为微米

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　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　误判概率与验收质量的评估

　　按验收原则规定，所用验收方法应只适用于规定尺寸极限之内的工件尺寸的检验。 但是，由于计量器具和测量系统都存在误差，任何测量方法都可能发生误判概率。 本附录计算了测量误差引起的误判概率，并用误判概率的大小来评估验收质量的高低。

　　A.1 误判概率的计算

　　A.1 . 1 基本概念

　　验收工件时发生的误判有两类：误收与误废。 误收是指把尺寸超出规定尺寸极限的工件判为合格;误废是指把处在规定尺寸极限之内的工件判为废品。 误收影响产品质量，误废造成经济损失。 误收概率(以下简称误收率)或误废概率(以下简称误废率)统称误判概率。

　　A.1 . 2 公式

　　误收率、误废率的计算公式见式(A.1) ~式(A.4) ,图形见图 A.1。

　　(等号右端第 1 项 x，第 2 项 x

　　…………………………( A.2 )

　　当 f(x)为对称型分布函数时，以上两式可以简化为：

　　m dx

　　n= 2 T ∫ f dx …………( A.4 )

　　式中：

　　m — 误收率;

　　n — 误废率;

　　x — 工件尺寸;

　　y — 测量误差;

　　f(x)— 工件尺寸密度函数;

　　g(y)— 测量误差密度函数;

　　T — 尺寸公差;

　　A — 安全裕度;

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　　u — 测量不确定度。

　　图 A.1 工件尺寸与测量误差

　　A.1 . 3 决定误判概率的条件

　　由计算公式可见，m 与n决定于x 与y 的分布形式及其积分界限。这里工件公差 T 以工件尺寸分布标准差σ 为单位，测量不确定度 u 以测量误差分布标准差 s为单位。引入过程能力指数 C测量误差比 υ=2u/T，于是误收率m 与误废率n值决定于：f(x)、CP、g(y)、υ 及 A。其中 f(x)与 CP决定于过程条件，g(y)与 υ 决定于测量条件，A决定验收极限。

　　A.2 按 4 .4 . 1b)决定验收极限验收工件时的误判概率

　　A.2 . 1 工件尺寸遵循正态分布

　　验收极限按 4.4.1b)决定，即 A=0。工件尺寸遵循正态分布，C测量误差遵循正态分布并取u=2s。当测量误差比 υ=1/2 时，m 与 n 值如图 A.2 及表 A.1。

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　　图 A.2 正态分布时误收率 m 与误废率

　　表 A.1 正态分布时误收率 m 与误废率n

　　由图 A.2 或表 A.1 可见，工件尺寸与测量均遵守正态分布，通常m 与n值都不大。例如 CP =0.67 , m 约为 1% ,n约为 10%( Ⅴ挡);CP = 1 ,m 约为 0.10% ,n约为 7.0%( Ⅴ挡)。

　　工件尺寸遵循正态分布，而测量误差遵循均匀分布时，u=1.73s，这时m 与n值均增加约 10%。

　　A.2 . 2 工件尺寸遵循偏态分布

　　A.2 . 2 . 1 偏态分布

　　在单件生产条件下，工件尺寸可能趋向偏态分布。本附录引用 β 分布描述偏态分布，其方程式为：

　　1 -1 (1 - x)q-1 (0 < x< 1) ……………………( A.5 )

　　令 p= 1.5、q=3 或反之 p=3、q=1.5,得偏向不同的两种偏态分布，如图 A.3 所示。这时：

　　f(x)= 6. 562 5x0.5 (1 - x)2 或 f(x)= 6.562 5x2 (1 - x)1.5 ……………( A.6 )

　　该分布数学期望 E(x)、标准差σ、相对不对称系数e、相对分布系数 K 分别为：

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　　此处 a=0,b= 1。偏态分布及其参数如图 A.4 所示。

　　图 A.3 偏态分布

　　图 A.4 偏态分布及其参数

　　A.2 . 2 . 2 误判概率

　　验收极限按 4.4.1 b)决定，即 A=0。工件尺寸遵循偏态分布，CP = ;测量误差遵循正态分布并取u=2s。当测量误差比 υ=1/2 时，m 与n值如图 A.5 及表 A.2。

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　　图 A.5 偏态分布时误收率 m 与误废率n

　　表 A.2 偏态分布时误收率 m 与误废率n

　　由图 A.5 或表 A.2 可见，工件尺寸遵循偏态分布时，m 与 n 值均比正态分布增加 1 倍多。例如CP =0.67 ,m 约为 3% ,n 约为 14%( Ⅴ挡);CP = 1 ,m =0 ,n 约为 14%( Ⅴ挡)。

　　工件尺寸遵循偏态分布，而测量误差遵循均匀分布时，u=1.73s，这时 m 与 n 值均增加约 10%。

　　A.2 . 3 工件尺寸遵循均匀分布

　　验收极限按 4.4.1 b)决定，即 A=0。工件尺寸遵循均匀分布，CP = ;测量误差遵循正态分布并取 u=2s。当测量误差比 υ=1/2 时，m 与 n值如图 A.6 及表 A.3。

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　　图 A.6 均匀分布时误收率 m 与误废率

　　表 A.3 均匀分布时误收率 m 与误废率n

　　由图 A.6 或表 A.3 可见，工件尺寸遵循均匀分布时，m 与 n值均比正态分布增加了 1 倍到 2 倍。例如 CP =0.67 ,m 为 9.88% ,n值均约为 11.84%( Ⅴ挡);CP=1,m=0,n=17.69%( Ⅴ挡)。

　　工件尺寸遵循均匀分布，测量误差亦遵循均匀分布时，u=1.73s，这时 m 与 n值均增加约 30%。

　　A.3 按 4 .4 . 1a)决定验收极限验收工件时的误判概率

　　令 A=0、u、u、u、u、u，得不同的验收极限。取 CP = 0.67 时，工件尺寸在不同分布条件下，按不同验收极限验收工件时的误判概率。从图 A.7、图 A.8、图 A.9 可见，随 A 值增大，m 值迅速下降，n值急剧上升。

　　本标准为使 m 值降到很小，n值又不至过大，采用多种验收极限：当 CP≥1 时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各挡均取A=0,即不内缩，以工件极限尺寸作为验收极限。当 CP<1 时，Ⅰ 挡 A=u，即 100%内缩;Ⅱ 挡 A= u，即 60% 内缩;Ⅲ挡 A=u，即 40% 内缩，按此决定各验收极限。

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　　a) 工件尺寸遵循正态分布

　　工件尺寸遵循正态分布时，不同验收极限得出的m 与 n 值如图 A.7 及表 A.5。由图 A.7 或表A.4 可见，A= 1u时，误收率 m 值为零，但误废率 n值过大，甚至高达 30%。按本标准规定各验收极限的m 与 n值如表 A.5。应当注意：配合尺寸只有当 CP≥1 时，才允许用 A=0。因此表 A.5 中 m 或 n第 1 项数值，取自表 A.1 中 CP = 1 时的相应数值。

　　当测量误差比υ=1/2 时，误收率m 和误废率n随 A 值的变化如图 A.7 所示。

　　图 A.7 正态分布时 m、n值随 A 值的变化

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　　表 A.4 正态分布时 m、n值随 A 值的变化

　　A.5

　　偏态分布时 m、n值随 A 值的变化

　　b ) 工件尺寸遵循偏态分布

　　工件尺寸遵循偏态分布时，不同验收极限得出的 m 与n值，如图 A.8 及表 A.6。由图 A.8 及表 A.6 可见，各m 与n值均比正态分布时相应值大。按本标准规定验收极限的 m 与 n值如表 A.7。表 A.7 中 m 或n第 1 项数值取自表 A.3 中 CP = 1 时的相应数值。

　　当测量误差比υ=1/2 时，误收率m 和误废率n随 A 值的变化如图 A.8 所示。

　　图 A.8 偏态分布时 m、n值随 A 值的变化

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　　图 A.8(续)

　　表 A.6 偏态分布时按本标准规定各验收极限的 m 与n值

　　c) 工件尺寸遵循均匀分布

　　工件尺寸遵循均匀分布时，不同验收极限得出 m 与 n值，如图 A.9 及表 A.7。由图 A.9 或表A.7 可见，各 m 与 n值均比正态分布时相应值大。按本标准规定验收极限的 m 与 n值如表A.8。表 A.8 中的 m 或n第 1 项数值，取自表 A.3 中 CP = 1 时的相应数值。

　　当测量误差比υ=1/2 时，误收率m 和误废率n随 A 值的变化如图 A.9 所示。

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　　图 A.9 均匀分布时 m、n值随 A 值的变化

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　　表 A.7 均匀分布时 m、n值随 A 值的变化

　　A.8

　　均匀分布时按本标准规定各验收极限的 m

　　与n值

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　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　工件形状误差引起的误收率

　　B.1 基本概念

　　一般计量器具是按两点测量法测量工件，测得值为实际局部尺寸。 由于工件存在形状误差，某处局部尺寸合格，作用尺寸或部尺寸可能超出规定尺寸极限。 采用两点测量法测量工件形状误差不符合泰勒原则，存在一定的误收率。

　　通常依靠工艺过程将形状误差控制在尺寸公差带之内。 但是某些形状误差不能采用两点法进行测量，而且最有利反映状误差的测量部位也不易确定。 本附录中测量出的工件尺寸是通过“最小二乘算法”处理得到，验收时将工件尺寸与形状误差作为两个独立随机变量综合起来。

　　B.2 公式

　　误收作用尺寸超出最大实体尺寸的工件的误收率计算公式见式(B. 1) :

　　P f(xy]dx ……………( B.1 )

　　式中：

　　P — 形状误差引起的误收率;

　　x — 工件尺寸;

　　y — 形状公差引起的尺寸增量;

　　≈ — 形状误差;

　　f(x)— 工件尺寸密度函数;

　　g(y)— 尺寸增量密度函数;

　　h(≈) — 形状误差密度函数;

　　T — 尺寸公差;

　　A — 安全裕度;

　　f — 形状误差值;

　　C — 常数。

　　B.3 按 4 .4 . 1b)决定验收极限验收工件的误收率

　　引入工序能力指数 C，形状误差比 r。设工件尺寸遵循正态分布、尺寸增量遵循反正弦

　　分布(决定于形状误差类型)、形状误差遵循偏态分布，误收作用尺寸超出最大实体尺寸的工件的误收率

　　如图 B.1。其中图 B.1a)为两点量法可以测量的形状误差(如凸形、凹形、偶数棱形等误差)，图 B.1b)为

　　两点量法不能测量的形状误差(如奇数棱形、轴线弯曲等误差)。

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　　a) b)

　　图 B.1 形状误差引起的误收率

　　B.4 按 4 .4 . 1a)决定验收极限验收工件的误收率

　　为使 P 值减小，验收时适当缩小尺寸公差用于补偿形状误差，令 A= 0、f、f、f、f、f或 A=0、f、f、f、f、f，并且 f=Tf。这时误收率如图 B.2。

　　a) b)

　　图 B.2 误收率 P 随 A 值增大而下降

　　由图 B.2 可见，图 B.2a) 中当 A=f 时，P= 0;图 B.2b) 中当 A f 时，P=0 ,说明前者内缩50%形状误差量即可避免误收;后者内缩 100%形状误差量才能避免误收。

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　　附 录 C

　　(资料性附录)

　　测量结果中温度引起的误差

　　被测工件与计量器具材质和温度均不同时，测量结果中温度引起的误差：

　　a) 对于形状简单的工件，可通过式(C.1)计算温度引起的误差：

　　ΔL=L[a1(t1 - 20) - a2(t2 -20)] ……………………( C.1 )

　　式中：

　　L — 被测工件的测得尺寸，单位为毫米(mm) ;

　　ΔL — 由于温度和线膨胀系数不同而引起的误差，单位为毫米(mm) ;

　　a1 — 工件材料的线膨胀系数;

　　a2 — 计量器具材料 的线膨胀 系数[常见钢质计量器具 的线膨胀 系数为 ( 11 . 5 ± 1) × 10-6 ℃ -1 ] ;

　　t1 — 工件的温度，单位为摄氏度(℃ ) ;

　　：工件长度的测量值 L= 1 000.010 mm,工件材料的线膨胀系数 a1 =23 × 10- 6 ℃ - 1 , 工件的

　　温度t1 =18 ℃ ,计量器具材料的线膨胀系数a2 =11.5 × 10- 6 ℃ - 1 , 计量器具的温度t2 =22 ℃ ,试确定工件在的 20 ℃实际尺寸。

　　ΔL =L[a1(t1-20°) -a2(t2-20°)]

　　= 1 000 . 010×10-3 [ 23× ( 18-20) -11 . 5× ( 22-20)]

　　= -69 μm

　　工件长度 L20 ’=L-ΔL= 1 000 . 010- ( -0 . 069) = 1 000 . 079 mm

　　b) 对于形状复杂的被测件和结构复杂的计量器具，由于实际热胀冷缩的情况不是简单的线胀规

　　律，无法进行可靠的误差修正。 所以，对于精密测量都要采用恒温措施，但还是有一定的随机误差产生，可按式(C. 2)计算：

　　ΔL=L槡(a1 -a2)2(t1 - 20°)2 + a2 2(t1 -t2)2 ……………( C.2 )

　　式中：

　　L — 被测工件的尺寸，单位毫米(mm) ;

　　ΔL— 由于温度和线膨胀系数不同而引起的误差，单位毫米(mm) ;

　　a1 — 工件材料的线膨胀系数;

　　a2 — 计量器具材料 的线膨胀 系数(常见钢质计量器具 的线膨胀 系数 为 ( 11 . 5 ± 1) × 10-6 ℃ -1 ) ;

　　t1 — 工件的温度，单位为摄氏度(℃ ) ;

　　t2 — 计量器具的温度，单位为摄氏度(℃ ) ;

　　例：体膨胀应该与简单的线膨胀有一定的关系。 以一个正方体举例计算体膨胀与线膨胀关系：

　　一个正方体，设边长为a，则其体积为V=a3 ,如果它的线膨胀系数为 l，那么温度升高 t，它的线膨胀就是 alt，每边都膨胀如此，则体积变为 V′=(a+alt)3 = a3 + 3a3 lt+ 3a3 l2 t2 + a3 l3 t3 。

　　因为 l为无穷小量，其中 3a3 l2 t2 是二级无穷小，a3 l3 t3 是三级无穷小，将其舍去。则 3a3 lt这项就是体膨胀的量，3a3 lt/a3 t=3l是 l的 3 倍，即体膨胀系数是线膨胀系数的约 3 倍。

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　　附 录 D

　　(资料性附录)

　　在 GPS矩阵模式中的位置

　　D.1 概述

　　GPS矩阵的全部详情参见 GB/Z 20308 。

　　D.2 本标准的信息及应用

　　本标准规定了光滑工件尺寸检验的验收原则、验收极限、测量设备的测量不确定度允许值和测量设备选用原则。

　　D.3 在 GPS矩阵中的位置

　　本标准是 GPS通用标准，它影响 GPS通用标准矩阵中尺寸标准链的链环 4 和链环 5,如图 D. 1 所述。

　　图 D.1 本标准在矩阵中的位置

　　D.4 相关的标准

　　相关的标准为图 D. 1 所示标准链涉及的标准。