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智慧光学
技术聚焦 l 汽车紧固件常用形位公差说明与测量方法
“理想与现实的差距”
只要是制作加工出来的产品，无论用多精密的设备，无论做多大的努力，其尺寸和形状也是无法完全符合理论数值要求的，那么，做到多少才能与理论形状、位置相近呢？
我们把该相近程度用数值来表示，这就是形状公差和位置公差，简称“形位公差”。
常用形位公差
目前国际上惯用的形位公差共有14种，它们是经过多个国家长期的努力和协调为了确保满足互换性同时降低成本而达成的统一共识,右图即国际统一化的形位公差符号列表。
形位公差运用场景
汽车紧固件的作用是对汽车的各部件与结构进行连接，为了使得螺栓在实际的装配过程中能够顺利的完成拧紧过程，因此螺栓的形位公差要求就非常重要。
例如直线度，直线度不符合要求的零件在装配过程中极易发生拧紧过程中的卡死导致扭矩报警。
同时，螺栓驱动部分相对于中径部分的跳动也非常重要，若零件的头部驱动与中径基准跳动超差，同样会造成拧紧过程中接头径向晃动过大导致装配失效，另外支撑面作为接触面若是与杆部基准的轴向跳动要求不符合时会造成头下的摩擦系数异常。
为了规避这些制造过程中的形位公差超差的风险，国标GB/T 3103.1-2002章节3.2中详细定义了每种形位公差的最大范围，基准和被测的关系对应，将形位公差归为“圆度”、“直线度”、“径向跳动”、“全跳动”等。
形位公差的解析
圆度
即通常所说的圆整程度，表示零件上圆的要素实际形状与其中心保持等距的状况，圆度公差是在同一截面上，实际圆对理想圆所允许的最大变动量。
直线度
即通常所说的平直程度，表示零件上的直线要素实际形状保持理想直线的状况。直线度公差是实际线对理想直线所允许的最大变动量。
跳动公差
常规的跳动公差一般为：径向单跳动和全跳动、同轴度、位置度。
以径向跳动和全跳动为例：
径向跳动是表示零件上的回转表面在限定的测量面内，相对于基准轴线保持固定位置的状况。
径向跳动公差是被测实际要素绕基准轴线，无轴向移动地旋转一整圈时，在限定的测量范围内所允许的最大变动量。
其他的例如同轴度，位置度（回转体）其评估方式和径向的单跳动是完全一致的。
径向跳动
全跳动是指被测实际表面绕基准轴线无轴向移动的回转,同时指示器作平行或垂直于基准轴线的移动,在整个过程中指示器测得的最大读数差。
全跳动在实际使用中往往要求对整个表面的形位公差综合控制。
全跳动
形位公差在紧固件中的应用
传统测量方式
传统紧固件的测量方式通常是使用工装再加上百分表或者千分表，加持工件后沿着被测工件的基准轴心旋转一圈读取最大偏差来计算行为公差值。
例如跳动，或者使用千分尺测量一圈计算最大最小值测量。人工测量这些形位公差的时都离必须要遵循以下的步骤:
1、基准定位
2、装夹调整读数表
3、旋转被测工件
4、读数
5、计算测量结果
传统方式的挑战
在常规的测量方式中，操作员经常会遇到这样的困扰，不同人员测量的结果不同，到底哪个是准确的，为什么用更高一级精度的设备复核时，误差显得更大，为什么测量轴向跳动时测量不准确等等。
测量失效典型案例
当零件的弯曲方向平行于测量人员时，将无法测试出零件的弯曲状态，如图所示，上图为正确的方向下测试直线度，下图为零件转动后测试的状态，可以看出，下图的测试方法无法测试出零件的直线度实际值。
以第一视角顺时针旋转90°
（真实状态依旧是弯曲）
兹懋解决方案
“ECM全自动光学螺栓尺寸测量仪”
与传统的探针式、激光式测量系统不同，全自动螺栓尺寸测量仪采取可见光成像技术，先对被测物进行投影，然后根据多组的投影数据进行解析。
解析完成后即可自动得出产品的尺寸、位置、形位等跟螺栓、螺柱、回转体相关的参数。
测试实例
测试步骤
从上面的视频中我们可以看出，原来手工测量复杂的步骤在这简化成了3个步骤：
1、根据图纸框选基准要素和被测要素
2、测量开始，
3、结果输出
仅仅3-5秒，你甚至还没反应过来，我们的测试便已经完成了，有没有快到让你吃惊，当然，各位作为技术宅的先进代表一定对如此快速的测量心存顾虑。
懋哥呢也想到了一起，让我们一起从设备精度、测量效率、管理成本控制这几个典型角度来深度剖析下我们的这台全自动螺栓尺寸测量仪。
设备精度对比
测试耗时对比
当然了，这台设备不仅仅只是测试形位公差速度快，精度高，测量其他尺寸同样效率非常高，通过以下的分析您便可以一目了然
全尺寸测试耗时对比
单件测试耗时对比
对照表格您可能有点看着有点累，那么我们同样做了下面这张对比图，这样一眼就能看出差距了。
关于兹懋 （原兹韦克中国的紧固技术业务单元）
作为德国领先紧固技术在中国的代言人，旨在通过引进最先进的紧固技术助推中国先进制造业的发展。兹懋是来自德国的Kistler Remscheid (原Schatz)、ECM Datensysteme、AFS先进连接技术研究所驻中国的全权代表机构。提供源自德国的螺纹紧固连接检测、校准、分析的仪器设备，以及紧固连接全寿命周期的解决方案，并定期举办专业的紧固培训研讨会，深受业内好评。
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