现代产品几何技术规范(GPS)体系及应用分析

现代产品几何技术规范GPS(dimensional geometrical product specification and verification)是ISO／TC213针对产品的设计与制造而规定的一系列宏观和微观的几何技术规范，是所有机电产品的技术标准与计量规范的基础。随着全球经济的发展和科学技术的进步，尤其是随着CAD／CAM／CAQ(computer aided design／computer aided manufacture／computer aided quality)的应用和发展，新工艺、新技术、新材料的应用以及加工精度从微米到纳米的提高，ISO／TC213 GPS也随之发生了巨大的变化，已经由以几何学为基础的第一代GPS，发展到以计量学为基础的第二代GPS。文中在阐述ISO／TC213 GPS标准体系的形成、特点及发展趋势的基础上，对其构成思路及矩阵模型进行深入分析和研究，进一步揭示出其新一代GPS标准体系的构造模式规律及本质特征。     

现代产品几何技术规范(GPS)体系的理论基础及关键技术研究

针对传统的几何公差体系存在的突出问题，着重研究探讨新一代GPS标准体系的构成原理、基本准则、内在规律及应用特点；在此基础上，对该体系的理论基础及关键技术进行深入地研究和探讨，揭示并阐述其“一条主线(规范，模型)、两种关联(不确定度与操作算子)、三个创新(基于统计优化的不确定度理论及拓展技术、基于对偶性的模型与操作技术、基于应用数学的数字化描述技术)”的构造模式规律及本质特征；进一步明确新一代GPS体系在实现“功能—规范—检验，认证”全过程统—规范和数字化描述与集成控制方面的关键性(支撑)技术基础；并提出建立我国GPS体系的应对策略。     

现代产品几何技术规范(GPS) 的不确定度理论及应用技术研究

新一代GPS（generation geometrical product specification）在测量不确定度的基础上扩展了不确定度的概念,将不确定度应用到几何产品的“功能、规范、认证”的全过程。文中着重分析新一代GPS不确定度的构成、相互关系及GPS过程量化统一的内在规律性;明确不确定度与操作算子之间的关系,揭示GPS不确定度理论的概念基础、应用规律及技术经济性;研究新一代GPS基本原则与不确定度之间的关系规律,给出减小GPS不确定度的对策和措施;并在此基础上,以产品质量认证为例,进一步分析研究GPS测量不确定度规范及其应用技术。     

产品几何技术规范(GPS)体系构成及关键技术的解读

结合《GB/Z 20308-2006产品几何技术规范(GPS)总体规划》,介绍了GPS标准体系的特点,分析了通用GPS标准的矩阵结构、标准链组成及分层结构,解读了GPS标准体系中用数字化描述公差信息、用对偶性统一规范设计和检验认证、将不确定度理论拓展到公差设计全过程等关键技术,并用简例说明其应用。     

新一代产品几何技术规范(GPS)对制造业的影响

介绍了产品几何技术规范(GPS)的发展概况,归纳出新一代GPS体系倡导功能公差理念、按计量学设计公差、体现并行工程思想、实现与CAx系统有效集成等4大特点,分析了新一代GPS体系将给制造业带来的积极影响,探讨了目前的研究方向,提出了加快中国GPS标准应用平台建设的若干建议。     

现代产品几何技术规范(GPS)的数字化理论基础

现代产品几何技术规范(generation geometrical product specification and verification，GPS)是ISO／TC213针对产品的设计与制造而规定的一系列宏观和微观的几何技术规范，它包括产品的规范过程、生产过程、认证(检验)过程以及不确定度的评定和控制。表面模型是ISO／TC213GPS语言中新提出概念，它是实现GPS系统阶段功能的操作基础和系统关联基础，表面模型需要由相应的“要素”和“特征”予以定义和描述。ISO／TC213GPS将工件／要素分为七种恒定类，所有的理想要素都属于七种恒定类中的一种，且可由其位置要素和本质特征进行定义与描述；位置特征则定义了要素之间的关系。第二代GPS系统通过表面模型、恒定类、恒定度、特征等概念的引入和互补应用，实现了几何要素从定义、描述、规范到实际检验评定过程中数字化控制功能的飞跃，比较有效地解决了产品在“功能描述、规范设计、检验评定”过程中数学表达统一规范的难题。     

新一代产品几何量技术规范(GPS)标准体系研究

新成立的国际尺寸与产品几何技术委员会(ISO/TC213)提出了新一代GPS标准体系,该标准体系由基础、全局、通用和补充GPS标准组成。新一代GPS标准为产品的设计、制造、检验与评估提供了一套完整的技术规范。分析了新一代产品几何量技术规范(GPS)的系统模型、标准体系、关键技术、目前的研究方向与内容,以及我国新一代GPS标准体系的建立途径。     

新一代产品几何技术规范(GPS)体系中不确定度理论及应用技术的研究

不确定度理论及应用技术是新一代GPS标准体系中的关键技术之一。新一代GPS利用不确定度的量化统计特性和经济杠杆调节作用,实现产品设计、制造和检测/认证全过程资源配置的优化。     

新一代产品几何量技术规范(GPS)中的几何要素

几何要素是构成工件几何特征的点、线和面。研究了新一代产品几何量技术规范(GPS)中几何要素的术语、定义、分类以及它们之间的相互关系,介绍了几何要素的操作与操作算子等数学处理工具,并给出了在产品设计、规范和认证过程中的应用。     

产品几何技术规范(GPS)领域国内外标准比对分析

产品几何技术规范领域包括极限与配合、几何公差和表面结构等几方面,本文着重对该领域的国内外标准进行比对分析,指出国内外标准之间的差异,为标准应用提供直观的指导。     

现代产品几何技术规范(GPS)中基于对偶性的操作技术及其应用

揭示现代产品几何技术规范（geometrical product specification and verification，GPS）中规范过程和检验／认证过程的物象对应关系，以及其表面模型存在着对偶性、操作技术存在着共性的内在规律性；井以几何误差的检验／认证过程为例，阐述利用操作及算子技术实现GPS计量过程数字化的可能性及应用规律；进一步明确基于对偶性的表面模型、操作及操作算子技术，对于实现GPS设计与计量的统一性、与CAX的集成性和数字化功能是至关重要的。     

蒙特卡洛方法在GPS不确定度评定中的应用

不确定度的概算是新一代GPS测量不确定度管理体系的核心内容。《测量不确定度表示指南》提供的评定方法是基于不确定度传播率。可是当不确定度分量间的相关系数以及有效自由度难以有效确定时,依据GUM提供的方法就会遇到很大的困难。采用蒙特卡洛方法对新一代GPS不确定度进行了分析和概算,给出了评定复杂模型测量不确定度的原理和评定步骤,并对GUM法和蒙特卡洛法两种评定方法进行了对比,用实例验证了蒙特卡洛方法的实用性和准确性。     

设计平面凸轮轮廓的新方法

提出了设计平面凸轮轮廓的相对运动法,这是一种适用于各种平面凸轮轮廓设计的通用方法。利用从动件相对凸轮运动的相对速度、相对加速度和从动件的表面法线确定平面凸轮的轮廓方程、压力角和曲率半径是该方法的基本原理。通过建立基于反转原理的通用模型、坐标系和齐次坐标变换技术,导出了平面凸轮的轮廓方程、压力角和曲率半径的一般表达式。该推导过程不仅适用于手工完成,而且为平面凸轮轮廓设计的智能化、自动化打下了基础。根据设计的自动推导和求解策略,用C++和OpenGL语言开发了计算机辅助设计程序实现了平面凸轮轮廓设计和机构运动仿真的自动化。最后,给出了设计和仿真实例。     

基于HHT的新一代GPS动态测量误差分析和滤波技术研究

针对新一代GPS的轮廓信号和几何误差成分特点,引入一种具有自适应能力的非平稳信号分析新方法——希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)用于轮廓滤波和几何误差成分分析。研究了HHT中固有模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)的特点,指出各阶IMF分量按特征时间尺度从小到大的顺序排列,构建了基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的滤波器并将其用于轮廓滤波。分析了EMD分解中剩余项的特点,根据各阶IMF的瞬时频率和幅值函数以及Hilbert-Huang谱,确定了各周期性分量以及非周期性趋势项。几何误差仿真信号分析结果表明,与小波神经网络方法的相比,HHT方法获取的初始阶段信号更好;对实测轮廓曲线,采用HHT和小波变换进行了滤波试验验证,结果表明HHT方法获取的轮廓曲线更平滑。     

新型机器人敏感皮肤信号处理系统

对机器人敏感皮肤信号处理系统进行详细地描述。该系统采用模块化结构,使用高速浮点的数字信号处理器(DSP)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)进行并行信号处理。针对敏感皮肤中的多传感器数据融合问题,提出一种在线自适应加权融合算法来实现,该算法依据各传感器方差的变化,及时调整参与融合的各传感器的权系数,使融合系统的均方误差始终最小,从而能在线适应传感器性能改变。试验结果表明该敏感皮肤信号处理系统在感知范围内可以实时为多关节机器人避障提供所需要的环境信息。