ISO/TS 17450-1:2005
(Main)Geometrical product specifications (GPS) — General concepts — Part 1: Model for geometrical specification and verification
Geometrical product specifications (GPS) — General concepts — Part 1: Model for geometrical specification and verification
ISO/TS 17450-1:2005 provides a model for geometrical specification and verification and defines the corresponding concepts. It also explains the mathematical basis of the concepts associated with the model.
Spécification géométrique des produits (GPS) — Concepts généraux — Partie 1: Modèle pour la spécification et la vérification géométriques
L'ISO/TS 17450-1:2005 propose un modèle pour la spécification et la vérification géométriques, et elle définit les concepts correspondants. Elle fournit également une explication des bases mathématiques de ces concepts.
General Information
Relations
Buy Standard
Standards Content (Sample)
TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 17450-1
First edition
2005-02-01
Geometrical product specifications
(GPS) — General concepts —
Part 1:
Model for geometrical specification and
verification
Spécification géométrique des produits (GPS) — Concepts généraux —
Partie 1: Modèle pour la spécification et la vérification géométriques
Reference number
ISOTS 17450-1:2005(E)
©
ISO 2005
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(E)
PDF disclaimer
This PDF file may contain embedded typefaces. In accordance with Adobe's licensing policy, this file may be printed or viewed but shall not
be edited unless the typefaces which are embedded are licensed to and installed on the computer performing the editing. In downloading this
file, parties accept therein the responsibility of not infringing Adobe's licensing policy. The ISO Central Secretariat accepts no liability in this
area.
Adobe is a trademark of Adobe Systems Incorporated.
Details of the software products used to create this PDF file can be found in the General Info relative to the file; the PDF-creation parameters
were optimized for printing. Every care has been taken to ensure that the file is suitable for use by ISO member bodies. In the unlikely event
that a problem relating to it is found, please inform the Central Secretariat at the address given below.
© ISO 2005
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic
or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or ISO's member body
in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2005 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(E)
Contents Page
Foreword . iv
Introduction. v
1 Scope. 1
2 Normative references. 1
3 Terms and definitions. 1
4 Application and future prospects. 5
5 General. 5
6 Features. 7
6.1 General. 7
6.2 Ideal features. 7
6.3 Non-ideal features. 9
7 Characteristics. 9
7.1 General. 9
7.2 Intrinsic characteristics of ideal features . 9
7.3 Situation characteristics between ideal features. 10
7.4 Situation characteristics between non-ideal and ideal features . 11
8 Operations. 12
8.1 Feature operations. 12
8.2 Evaluation. 16
9 Specification. 16
9.1 General. 16
9.2 Specification by dimension. 16
9.3 Specification by zone. 17
9.4 Deviation. 18
10 Verification. 18
Annex A (informative) Examples of application to ISO 1101. 20
Annex B (informative) Mathematical symbols and definitions . 33
Annex C (informative) Comparison between tolerancing and metrology. 45
Annex D (informative) Concept diagram for characteristics. 47
Annex E (informative) Relationship to the GPS matrix model . 48
Bibliography. 49
© ISO 2005 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted
by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
In other circumstances, particularly when there is an urgent market requirement for such documents, a technical
committee may decide to publish other types of normative document:
— an ISO Publicly Available Specification (ISO/PAS) represents an agreement between technical experts in an
ISO working group and is accepted for publication if it is approved by more than 50 % of the members of the
parent committee casting a vote;
— an ISO Technical Specification (ISO/TS) represents an agreement between the members of a technical
committee and is accepted for publication if it is approved by 2/3 of the members of the committee casting a
vote.
An ISO/PAS or ISO/TS is reviewed after three years in order to decide whether it will be confirmed for a further
three years, revised to become an International Standard, or withdrawn. If the ISO/PAS or ISO/TS is confirmed, it is
reviewed again after a further three years, at which time it must either be transformed into an International
Standard or be withdrawn.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights.
ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO/TS 17450-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 213, Dimensional and geometrical product
specifications and verification.
ISO/TS 17450 consists of the following parts, under the general title Geometrical product specifications (GPS) —
General concepts:
Part 1: Model for geometrical specification and verification
Part 2: Basic tenets, specifications, operators and uncertainties
iv © ISO 2005 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(E)
Introduction
This part of ISO/TS 17450 is a Geometrical Product Specification (GPS) document and is to be regarded as a
global GPS document (see ISO/TR 14638). It influences all chain links of the chains of standards.
For more detailed information on the relationship of this part of ISO/TS 17450 to other standards and to the GPS
matrix model, see annex E.
In a market environment of increased globalization, the exchange of technical product information is of high
importance and the need to express unambiguously the geometry of mechanical workpieces of vital urgency.
Consequently, codification associated with the macro- and micro-geometry of workpiece specifications must be
unambiguous and complete if the functional geometrical variation of parts is to be limited; in addition, the language
ought to be applicable to CAX systems.
The aim of ISO/TC 213 is to provide the tools for a global and “top-down” approach to GPS. These tools are the
basis of new standards for a common language for geometrical definition, able to be used by design (assemblies
and individual workpieces), manufacturing and inspection, including for description of the measurement procedure,
regardless of the media (e.g. paper drawing, numerical drawing or exchange file) used. These tools are based on
the characteristics of features, as well as on the constraints between the features and on feature operations, used
for the creation of different geometrical features.
© ISO 2005 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 17450-1:2005(E)
Geometrical product specifications (GPS) — General concepts —
Part 1:
Model for geometrical specification and verification
1 Scope
This part of ISO/TS 17450 provides a model for geometrical specification and verification and defines the
corresponding concepts. It also explains the mathematical basis of the concepts associated with the model.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated references,
only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any
amendments) applies.
ISO 14660-1:1999, Geometrical Product Specifications (GPS) — Geometrical features — Part 1: General terms
and definitions
International Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology (VIM). BIPM, IFCC, IEC, ISO, IUPAC, IUPAP,
OIML, 2nd edition, 1993
3 Terms and definitions
For the purposes of the present document, the terms and definitions given in ISO 14660-1 and VIM, and the
following apply.
3.1
associated feature
ideal feature established from a non-ideal surface model (skin model) or from a real surface through an association
operation
NOTE The relationship between this term and ISO 14660-1 is given in Figure 1.
Figure 1 — Relationships of the term associated feature
© ISO 2005 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(E)
3.2
association
operation used to fit ideal feature(s) to non-ideal feature(s) according to a criterion
NOTE See 8.1.5.
3.3
bounded feature
feature contained within a sphere of finite radius
3.4
characteristic
single property of one or more feature(s) expressed in linear or angular units
NOTE See annex D.
3.5
collection
operation used to identify more than one feature together, in accordance with the function of the workpiece
NOTE See 8.1.6.
3.6
construction
operation used to build ideal feature(s) from other ideal features, within constraints
NOTE See 8.1.7.
3.7
deviation
difference between the value of a characteristic obtained from the non-ideal surface model (skin model) and the
corresponding nominal value
3.8
evaluation
operation used to identify either the value of a characteristic, or its nominal value and its limit(s)
NOTE See 8.2.
3.9
extraction
operation used to identify specific points from a non-ideal feature
NOTE See 8.1.3.
3.10
feature
geometric feature
point, line or surface
[ISO 14660-1]
3.11
feature operation
specific tool required for obtaining features
3.12
filtration
operation used to create a non-ideal feature by reducing the level of information of a non-ideal feature
NOTE See 8.1.4.
2 © ISO 2005 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(E)
3.13
ideal feature
feature defined by a parametrized equation
NOTE The expression of the parametrized equation depends on the type of ideal feature and on the intrinsic
characteristics.
3.14
intrinsic characteristic
characteristic of an ideal feature
NOTE 1 See 7.2.
NOTE 2 Ideal features have only dimensional characteristics as intrinsic characteristics.
NOTE 3 The intrinsic characteristics are the parameters of the parametrized equation of the ideal feature.
3.15
invariance class
a group of ideal features defined by the same invariance degree
3.16
invariance degree of an ideal feature
displacement(s) of the ideal feature for which the feature is kept identical in the space
NOTE It corresponds to the degree of freedom used in kinematics.
3.17
nominal feature
ideal feature independent of the non-ideal surface model (skin model)
NOTE The relationship between this term and ISO 14660-1 is given in Figure 2.
Figure 2 — Relationships of the term nominal feature
3.18
nominal model
model of the workpiece of perfect shape defined by the designer (design intent)
3.19
non-ideal feature
imperfect feature fully dependent on the non-ideal surface model (skin model)
3.20
operation
specific tool required to obtain features or values of characteristics, their nominal value and their limit(s)
© ISO 2005 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(E)
3.21
partition
operation used to identify bounded feature(s) from non-ideal feature(s) or from ideal feature(s)
NOTE See 8.1.2
3.22
real surface of a workpiece
set of features which physically exist and separate the entire workpiece from the surrounding medium
[ISO 14660-1]
3.23
situation characteristic
characteristic defining the relative location or orientation between two features
3.24
situation characteristic between ideal features
characteristic defining the relative location or orientation between two situation features
3.25
situation characteristic between non-ideal and ideal features
characteristic defining the relative location between a non-ideal feature and an ideal feature
3.26
situation feature
feature of type point, straight line, plane or helix, which allows the location and/or orientation of a feature to be
defined
3.27
non-ideal surface model (of a workpiece)
skin model (of a workpiece)
model of the physical interface of the workpiece with its environment
NOTE See clause 5.
3.28
specification
expression of permissible limits on a characteristic
3.29
specification by dimension
specification that limits the permissible value of an intrinsic characteristic or of a situation characteristic between
ideal features
3.30
specification by zone
specification that limits the permissible variation of a non-ideal feature inside a space limited by an ideal feature or
by ideal features
3.31
type (of ideal feature)
name given for a set of shapes of an ideal feature
NOTE 1 See Tables 2 and 3.
NOTE 2 From a type of ideal feature, a particular feature can be defined by giving value(s) to intrinsic characteristic(s).
NOTE 3 The type defines the parametrized equation of the ideal feature.
4 © ISO 2005 – All rights reserved
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(E)
3.32
unbounded feature
feature that cannot be contained within a sphere of finite radius
3.33
variation
phenomenon whereby the value of a characteristic is not constant within one individual feature or within a set of
workpieces
4 Application and future prospects
4.1 The model proposed in this part of ISO/TS 17450 is aimed at
a) expressing the fundamental concepts on which the geometrical specification of workpieces can be based, with
a global approach including all the geometrical tools (e.g. operations) needed in GPS, and
b) providing a mathematization of the concepts (see annex B), in order to facilitate standardization inputs to
software designers for CAD-systems,
software designers for computing algorithms in metrology, and
standards makers on STEP (computerized exchange of product data between CAD-systems).
4.2 This part of ISO/TS 17450 is not intended to be used directly as a standard way to specify the geometry of a
workpiece, but should serve as a basis for revising and completing the existing standards according to a unified
and systematic approach, in order to
a) provide a non-ambiguous GPS language, to be used and understood by people involved in design,
manufacturing and inspection, and
b) identify correctly features, characteristics, and rules, thereby providing the capacity to
propose default definitions, for example, definition of a least square surface,
propose rules for expressing non-default definitions (special definitions),
propose a simplified symbology,
develop consistent rules for deviation assessment and measurement methods — the proposed tools allow
the definition, without any ambiguity, of the quantity to be evaluated for each characteristic and also allow
the explicit description of the measurement sequence — and
use statistical tools — as each characteristic is defined without any ambiguity, it is possible to consider it
as deterministic or statistical (e.g. statistical process control or statistical tolerance functional analysis).
5 General
The geometrical specification is the design step where the field of permissible deviations of a set of characteristics
of a workpiece is stated, accommodating the required functional performance of the workpiece (functional need). It
will also define a level of quality in conformance with manufacturing processes, the limits permissible for
manufacturing, and the definition of the conformity of the workpiece (see Figure 3).
Figure 3 — Relationship between functional needs and geometrical specification
© ISO 2005 – All rights reserved 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(E)
The designer first defines a “workpiece” of perfect form with shape and dimensions that fit the functions of the
mechanism. This “workpiece” of perfect form is called the nominal model (see Figure 4).
This first step establishes a representation of the workpiece with only nominal values that is impossible to produce
or inspect (each manufacturing or measuring process has its own variability or uncertainty).
The real surface of the workpiece, which is the physical interface of the workpiece with its environment, is imperfect
geometry; it is impossible to completely capture the dimensional variation of the real surface of the workpiece in
order to completely understand the complete extent of all variation.
From the nominal geometry, the designer imagines a model of this real surface, which represents the variations
that could be expected on the real surface of the workpiece. This model representing the imperfect geometry of the
workpiece is called the non-ideal surface model (skin model) (see Figure 5).
The non-ideal surface model (skin model) is used to simulate variations of the surface at a conceptual level. On this
model the designer will be able to optimize the maximum permissible limit values for which the function is
downgraded but still ensured. These maximum permissible limit values define the tolerances of each characteristic
of the workpiece.
NOTE This document does not include a methodology to evaluate how close the geometrical specification is to the
functional specifications.
Figure 4 — Nominal model Figure 5 — Non-ideal surface model
(skin model)
Verification is the manufacturing step at which a metrologist determines whether the real surface of a workpiece
conforms to the field of permissible deviations that have been specified.
The definition of this geometrical deviation will be used to adjust the manufacturing process.
The metrologist begins by reading the specification, taking into account the non-ideal surface model (skin model),
in order to know the specified characteristics. From the real surface of the workpiece, the metrologist defines the
individual steps of the verification plan, depending on the measuring equipment.
Conformance is then determined by comparing the specified characteristics with the result of measurement (see
Figure 6).
Figure 6 — Relationship between geometrical specification and result of measurement
6 © ISO 2005 – All rights reserved
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(E)
6 Features
6.1 General
According to the definition of a feature, its nature is point, line or surface.
Two kinds of features can be distinguished:
a) ideal features (see 6.2);
b) non-ideal features (see 6.3).
6.2 Ideal features
6.2.1 Ideal features are defined by their type and by their intrinsic characteristics.
A feature is generally called by its type, for example, straight line, plane, cylinder, cone, sphere or torus.
Characteristics are defined in clause 7. A characteristic is, for example, the diameter of a cylinder, a distance
between a plane and the centre point of a sphere, or the angle between the axis of a cylinder and a plane.
6.2.2 Ideal features used to define the nominal model are called nominal features. They are independent of the
non-ideal surface model (skin model).
Ideal features, the characteristics of which are dependent on the non-ideal surface model (skin model), are called
associated features.
For instance, the nominal model shown in Figure 7 is built with several ideal features of types plane and cylinder.
The location and orientation between the features are given by situation characteristics, and the diameters of the
cylinders are given by intrinsic characteristics (see clause 7).
Figure 7 — Building the nominal model
© ISO 2005 – All rights reserved 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(E)
6.2.3 Ideal features can be unbounded or bounded by ideal boundaries (e.g. nominal features are bounded,
associated features are bounded or unbounded).
6.2.4 All ideal features belong to one of the seven invariance classes defined in Table 1.
Table 1 — Table of invariance classes
a b
Invariance class Invariance degree
complex None
prismatic 1 translation along a straight line
revolute 1 rotation around a straight line
helical 1 translation along and 1 rotation combined around a straight line
cylindrical 1 translation along and 1 rotation around a straight line
planar 1 rotation around a straight line and 2 translations in a plane perpendicular to
the straight line
spherical 3 rotations around a point
a
As defined in 3.15.
b
As defined in 3.16.
EXAMPLE 1 A cylinder is invariant either by translation along its axis or by rotation around its axis; it belongs to the
cylindrical invariance class.
EXAMPLE 2 A cone is invariant by rotation around its axis; it belongs to the revolute invariance class.
EXAMPLE 3 A prism with elliptical section is invariant by a translation along a straight line; it belongs to the invariance class
prismatic.
6.2.5 For each ideal feature, one or more situation features can be defined: a situation feature is an ideal feature,
which is a point, a straight line, a plane, or a helix, from which the location or orientation of a feature can be defined
with characteristics. Examples of situation features are given in Table 2.
Table 2 — Examples of situation features of ideal features
Type Examples of situation features
Invariance class
elliptic curve ellipse plane, symmetry planes
complex hyperbolic paraboloid symmetry planes, tangent point
... ...
prism with an elliptic basis symmetry planes, axis
prismatic
...
circle the plane containing the circle, the circle centre
cone the symmetry axis, apex
revolute
torus the plane perpendicular to the torus axis, the torus centre
... ...
helical line helix
helical surface with a basis of helix
helical
involute to a circle
... ...
a
straight line the straight line
cylindrical
a
cylinder the symmetry axis
planar plane the plane
a
point the point
spherical
a
sphere the centre
a
No alternative situation feature can be chosen, because the result would be a different invariance class for the considered
feature.
8 © ISO 2005 – All rights reserved
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(E)
6.3 Non-ideal features
Non-ideal features are fully dependent of the non-ideal surface model (skin model). They can be
the non-ideal surface model (skin model) itself (see Figure 5),
part of the non-ideal surface model (skin model) (features called partition features) (see Figure 11),
the derived partition features [features not included in the non-ideal surface model (skin model) but created by
operation (see clause 8) from part of the non-ideal surface model (skin model)] (see Figure 8), or
the intersection between the “non-ideal surface model (skin model)” and an ideal feature.
Figure 8 — Derived partition feature
Non-ideal features are bounded and are composed of an infinite or finite set of points.
7 Characteristics
7.1 General
Characteristics are defined either
on ideal features and called intrinsic characteristics (see B.3.1), or
between ideal features and called situation characteristics (see B.3.2), or
between ideal and non-ideal features and also called situation characteristics (see B.3.3).
7.2 Intrinsic characteristics of ideal features
The intrinsic characteristics of an ideal feature are specific to the type of the feature itself. Examples of intrinsic
characteristics are given in Table 3.
© ISO 2005 – All rights reserved 9
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(E)
Table 3 — Examples of intrinsic characteristics of ideal features
Type Examples of intrinsic characteristics
Invariance class
elliptic curve length of major and minor axes
complex polar surface relative location of poles
... ...
prism with an elliptic basis length of major and minor axes
prism with a basis of involute to a pressure angle, basis radius
prismatic
circle
... ...
circle diameter
cone apex angle
revolute
torus generatrix and directrix diameters
... ...
helical line helix pitch and radius
helical surface with a basis of helix angle, pressure angle, basis radius
helical
involute to a circle
... ...
straight line none
cylindrical
cylinder diameter
planar plane none
point none
spherical
sphere diameter
7.3 Situation characteristics between ideal features
The situation characteristic or characteristics define the relative situation (location or orientation) between two
situation features. These characteristics are length and angle.
The situation characteristics can be separated into location characteristics and orientation characteristics (see
Table 4).
Table 4 — Situation characteristics
Location Orientation
point-point distance straight line-straight line angle
point-straight line distance straight line-plane angle
point-plane distance plane-plane angle
straight line-straight line distance
straight line-plane distance
plane-plane distance
EXAMPLE 1 The relative location between a sphere and a plane is given by the point-plane distance between the situation
feature of the sphere (centre of the sphere) and the situation feature of the plane (the plane itself).
EXAMPLE 2 The relative orientation between a cylinder and a plane is given by the straight line-plane angle between the
situation feature of the cylinder (axis of th
...
SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 17450-1
Première édition
2005-02-01
Spécification géométrique des produits
(GPS) — Concepts généraux —
Partie 1:
Modèle pour la spécification et la
vérification géométriques
Geometrical product specifications (GPS) — General concepts —
Part 1: Model for geometrical specification and verification
Numéro de référence
ISOTS 17450-1:2005(F)
©
ISO 2005
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(F)
PDF – Exonération de responsabilité
Le présent fichier PDF peut contenir des polices de caractères intégrées. Conformément aux conditions de licence d'Adobe, ce fichier peut
être imprimé ou visualisé, mais ne doit pas être modifié à moins que l'ordinateur employé à cet effet ne bénéficie d'une licence autorisant
l'utilisation de ces polices et que celles-ci y soient installées. Lors du téléchargement de ce fichier, les parties concernées acceptent de fait la
responsabilité de ne pas enfreindre les conditions de licence d'Adobe. Le Secrétariat central de l'ISO décline toute responsabilité en la
matière.
Adobe est une marque déposée d'Adobe Systems Incorporated.
Les détails relatifs aux produits logiciels utilisés pour la création du présent fichier PDF sont disponibles dans la rubrique General Info du
fichier; les paramètres de création PDF ont été optimisés pour l'impression. Toutes les mesures ont été prises pour garantir l'exploitation de
ce fichier par les comités membres de l'ISO. Dans le cas peu probable où surviendrait un problème d'utilisation, veuillez en informer le
Secrétariat central à l'adresse donnée ci-dessous.
© ISO 2005
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque
forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'ISO à
l'adresse ci-après ou du comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax. + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2005 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(F)
Sommaire Page
Avant-propos . iv
Introduction. v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 1
3 Termes et définitions . 1
4 Application et perspectives . 5
5 Généralités. 5
6 Éléments. 7
6.1 Généralités. 7
6.2 Éléments idéaux. 7
6.3 Éléments non idéaux . 9
7 Caractéristiques. 10
7.1 Généralités. 10
7.2 Caractéristiques intrinsèques des éléments idéaux . 10
7.3 Caractéristiques de situation entre éléments idéaux. 10
7.4 Caractéristiques de situation entre éléments idéaux et non idéaux . 12
8 Opérations. 13
8.1 Opérations d'identification des éléments. 13
8.2 Évaluation. 17
9 Spécifications. 17
9.1 Généralités. 17
9.2 Spécification par dimension . 17
9.3 Spécification par zone . 18
9.4 Écart. 19
10 Vérification. 19
Annexe A (informative) Exemples d’application à l’ISO 1101 . 21
Annexe B (informative) Symboles mathématiques et définitions. 34
Annexe C (informative) Comparaison entre tolérancement et métrologie . 46
Annexe D (informative) Diagramme conceptuel pour les caractéristiques . 48
Annexe E (informative) Relation avec la matrice GPS . 49
Bibliographie. 50
© ISO 2005 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comité membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
Dans d'autres circonstances, en particulier lorsqu'il existe une demande urgente du marché, un comité technique
peut décider de publier d'autres types de documents normatifs:
une Spécification publiquement disponible ISO (ISO/PAS) représente un accord entre les experts dans un
groupe de travail ISO et est acceptée pour publication si elle est approuvée par plus de 50 % des membres
votants du comité dont relève le groupe de travail;
une Spécification technique ISO (ISO/TS) représente un accord entre les membres d'un comité technique et
est acceptée pour publication si elle est approuvée par 2/3 des membres votants du comité.
Une ISO/PAS ou ISO/TS fait l'objet d'un examen après trois ans afin de décider si elle est confirmée pour trois
nouvelles années, révisée pour devenir une Norme internationale, ou annulée. Lorsqu'une ISO/PAS ou ISO/TS a
été confirmée, elle fait l'objet d'un nouvel examen après trois ans qui décidera soit de sa transformation en Norme
internationale soit de son annulation.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente Spécification technique peuvent faire
l'objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
La Spécification technique ISO/TS 17450-1 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 213, Spécifications et
vérification dimensionnelles et géométriques des produits.
L'ISO/TS 17450 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Spécification géométrique des
produits (GPS) — Concepts généraux:
Partie 1: Modèle pour la spécification et la vérification géométriques
Partie 2: Principes de base, spécifications, opérateurs et incertitudes
iv © ISO 2005 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(F)
Introduction
La présente partie de l’ISO/TS 17450 est un document sur la spécification géométrique des produits (GPS) qui doit
être considérée comme un document GPS global (voir l’ISO/TR 14638). Elle influence tous les maillons de toutes
les chaînes de normes de la matrice générale GPS.
Pour de plus amples informations sur les relations de la présente partie de l’ISO/TS 17450 avec les autres normes
et la matrice GPS, voir l’annexe E.
Dans un environnement de marché de globalisation croissante, les échanges d’informations techniques sur les
produits sont très importants, et le besoin d’exprimer de façon non ambiguë la géométrie des pièces mécaniques
est très urgent.
Par conséquent, la codification des spécifications associée à la macrogéométrie et à la microgéométrie des pièces
doit être sans ambiguïté et complète afin de limiter les variations géométriques fonctionnelles des pièces; de plus, il
convient que le langage soit compatible avec les systèmes de XAO.
L’ISO/TC 213 a pour objectif de fournir des outils dans le cadre d'une approche globale et descendante de la
spécification géométrique des produits. Ces outils constituent la base de nouvelles normes, permettant un langage
commun en matière de définition géométrique, utilisable en conception (assemblages et pièces individuelles), en
fabrication et en contrôle (incluant la description de la méthode de mesure), et ce, quel que soit le support utilisé
(dessin papier, dessin numérique, échange de données). Ces outils sont basés sur les caractéristiques d’éléments,
sur les contraintes entre ces éléments et sur les opérations d’identification des éléments utilisées lors de la création
de différents éléments géométriques.
© ISO 2005 – Tous droits réservés v
---------------------- Page: 5 ----------------------
SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 17450-1:2005(F)
Spécification géométrique des produits (GPS) —
Concepts généraux —
Partie 1:
Modèle pour la spécification et la vérification géométriques
1 Domaine d'application
La présente partie de l’ISO/TS 17450 propose un modèle pour la spécification et la vérification géométriques, et
elle définit les concepts correspondants. Elle fournit également une explication des bases mathématiques de ces
concepts.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document
de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 14660-1:1999, Spécification géométrique des produits (GPS) — Éléments géométriques — Partie 1: Termes
généraux et définitions
Vocabulaire international des termes fondamentaux et généraux de métrologie (VIM). BIPM, CEI, FICC, ISO, OIML
e
UICPA, UIPPA, 2 édition, 1993
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 14660-1 et le VIM, ainsi que les
suivants s'appliquent.
3.1
élément associé
élément idéal établi à partir d’un modèle de la surface non idéale («skin modèle») ou d’une surface réelle et obtenu
par une opération d’association
NOTE La relation entre ce terme et l’ISO 14660-1 est donnée à la Figure 1.
Figure 1 — Relations avec le terme «élément associé»
© ISO 2005 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(F)
3.2
association
opération utilisée pour ajuster un(des) élément(s) idéal(aux) à un(des) élément(s) non idéal(aux) selon un critère
NOTE Voir 8.1.5.
3.3
élément borné
élément contenu dans une sphère de rayon fini
3.4
caractéristique
propriété simple de un(plusieurs) élément(s), exprimée en unités de longueur ou d’angle
NOTE Voir annexe D.
3.5
collection
opération utilisée pour identifier plusieurs éléments ensemble, conformément à la fonction de la pièce
NOTE Voir 8.1.6.
3.6
construction
opération utilisée pour construire un(des) élément(s) idéal(aux) à partir d’autres éléments idéaux selon des
contraintes
NOTE Voir 8.1.7.
3.7
écart
différence entre la valeur d’une caractéristique obtenue à partir du modèle de la surface non idéale («skin
modèle») et la valeur nominale correspondante
3.8
évaluation
opération utilisée pour identifier soit la valeur d’une caractéristique, soit sa valeur nominale et sa (ses) limite(s)
NOTE Voir 8.2.
3.9
extraction
opération utilisée pour identifier des points spécifiques à partir d’un élément non idéal
NOTE Voir 8.1.3.
3.10
élément
élément géométrique
point, ligne ou surface
[ISO 14660-1]
3.11
opération d’identification des éléments
outil spécifique permettant de générer des éléments
3.12
filtrage
opération utilisée pour créer un élément non idéal en réduisant le niveau d’information d’un élément non idéal
NOTE Voir 8.1.4.
2 © ISO 2005 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(F)
3.13
élément idéal
élément défini par une équation paramétrée
NOTE L’expression de l’équation paramétrée dépend du type de l’élément idéal et des caractéristiques intrinsèques.
3.14
caractéristique intrinsèque
caractéristique d’un élément idéal
NOTE 1 Voir 7.2.
NOTE 2 Les éléments idéaux n’ont que des caractéristiques dimensionnelles comme caractéristiques intrinsèques.
NOTE 3 Les caractéristiques intrinsèques sont les paramètres de l’équation paramétrée de l’élément idéal.
3.15
classe d’invariance
groupe des éléments idéaux définis par le même degré d’invariance
3.16
degré d’invariance d’un élément idéal
déplacement(s) d’un élément idéal pour le(s)quel(s) l’élément reste identique dans l’espace
NOTE Il correspond au degré de liberté utilisé en cinématique.
3.17
élément nominal
élément idéal indépendant du modèle de la surface non idéale («skin modèle»)
NOTE La relation entre ce terme et l’ISO 14660-1 est donnée à la Figure 2.
Figure 2 — Relations avec le terme «élément nominal»
3.18
modèle nominal
modèle de la pièce de forme parfaite défini par le concepteur (intention du concepteur)
3.19
élément non idéal
élément imparfait totalement dépendant du modèle de la surface non idéale («skin modèle»)
3.20
opération
outil spécifique permettant de générer des éléments, des valeurs de caractéristiques, leur valeur nominale et
leur(s) limite(s)
© ISO 2005 – Tous droits réservés 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(F)
3.21
partition
opération utilisée pour identifier un(des) élément(s) borné(s) à partir d’élément(s) non idéal(aux) ou d’élément(s)
idéal(aux)
NOTE Voir 8.1.2.
3.22
surface réelle d’une pièce
ensemble des éléments qui existent physiquement et séparent la totalité de la pièce de son environnement
[ISO 14660-1]
3.23
caractéristique de situation
caractéristique définissant la position ou l’orientation relative entre deux éléments
3.24
caractéristique de situation entre éléments idéaux
caractéristique définissant la position ou l’orientation relative entre deux éléments de situation
3.25
caractéristique de situation entre éléments non idéaux et éléments idéaux
caractéristique définissant la position relative entre un élément non idéal et un élément idéal
3.26
élément de situation
élément de type point, droite, plan ou hélice qui permet de définir la position et/ou l’orientation d’un élément
3.27
modèle de la surface non idéale (d’une pièce)
skin modèle (d’une pièce)
modèle de l’interface physique de la pièce avec son environnement
NOTE Voir article 5.
3.28
spécification
expression des limites tolérées d’une caractéristique
3.29
spécification par dimension
spécification qui limite la valeur tolérée d’une caractéristique intrinsèque ou d’une caractéristique de situation entre
éléments idéaux
3.30
spécification par zone
spécification qui limite la variation tolérée d’un élément non idéal à l’intérieur d’un espace limité par un élément
idéal ou des éléments idéaux
3.31
type (d’un élément idéal)
nom attribué à un ensemble de formes d’un élément idéal
NOTE 1 Voir Tableaux 2 et 3.
NOTE 2 Un élément particulier peut être défini à partir d’un type d’élément idéal, en lui attribuant une(des) valeur(s) de
caractéristique(s) intrinsèque(s).
NOTE 3 Le type définit l’équation paramétrée de l’élément idéal.
4 © ISO 2005 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(F)
3.32
élément non borné
élément qui ne peut être contenu dans une sphère de rayon fini
3.33
variation
phénomène faisant que la valeur prise par une caractéristique n'est pas constante pour un élément individuel ou
un ensemble de pièces
4 Application et perspectives
4.1 Le modèle proposé dans la présente partie de l’ISO/TS 17450 vise à
a) exprimer les concepts fondamentaux sur lesquels la spécification géométrique des pièces peut être basée, en
mettant en œuvre une approche globale incluant tous les outils géométriques (par exemple les opérations)
utilisés dans le GPS;
b) proposer une mathématisation des concepts (voir annexe B), afin de faciliter l’intégration des données de
normalisation par
les concepteurs de logiciels pour systèmes de CAO,
les concepteurs de logiciels de calcul d’algorithmes utilisés en métrologie,
les réalisateurs de normes STEP (échange de données numériques entre systèmes de CAO).
4.2 La présente partie de l’ISO/TS 17450 n’est pas destinée à être utilisée directement comme un outil normatif
pour spécifier la géométrie d’une pièce mais comme un outil de base pour réviser et compléter les normes
existantes selon une approche unifiée et systématique, afin
a) de fournir un langage GPS non ambigu, pour être compris et utilisé par les personnes concernées par la
conception, la fabrication et le contrôle;
b) d’identifier correctement les éléments, les caractéristiques et les règles permettant
de proposer des définitions par défaut, par exemple la définition d’une surface des moindres carrés,
de proposer des règles pour exprimer des définitions non par défaut (définitions spéciales),
de proposer une symbolique simplifiée,
de développer des règles cohérentes pour l’évaluation des écarts et pour les méthodes de mesure — les
outils proposés permettent de définir sans aucune ambiguïté la grandeur à évaluer pour chaque
caractéristique et de décrire explicitement la séquence de mesure — et
d’utiliser des outils statistiques — comme chaque caractéristique est définie sans aucune ambiguïté, il est
possible de la considérer comme déterministe ou statistique (par exemple maîtrise statistique des
procédés ou analyse statistique des tolérances fonctionnelles).
5 Généralités
La spécification géométrique constitue l’étape de conception destinée à établir l’étendue des écarts tolérés d’un
ensemble de caractéristiques d’une pièce donnée, satisfaisant aux exigences de performance fonctionnelle de la
pièce (besoin fonctionnel). Elle définit également un niveau de qualité en adéquation avec le processus de
fabrication, les limites tolérées pour la fabrication, ainsi que les critères satisfaisant à la décision de conformité de
la pièce (voir Figure 3).
© ISO 2005 – Tous droits réservés 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(F)
Figure 3 — Relation entre besoin fonctionnel et spécification géométrique
Le concepteur définit en premier lieu une «pièce» de géométrie parfaite avec une forme et des dimensions
adaptées aux fonctions du mécanisme. Cette «pièce» de géométrie parfaite est appelée le modèle nominal (voir
Figure 4).
Cette première étape permet d’élaborer une représentation de la pièce avec seulement des valeurs nominales, qui
sont impossibles à réaliser ou à contrôler (tout processus de fabrication ou de mesure possède sa propre
dispersion ou incertitude).
La surface réelle de la pièce, qui est l’interface physique de la pièce avec son environnement, possède une
géométrie imparfaite; il est impossible d’appréhender totalement les variations dimensionnelles de la surface réelle
de la pièce afin de saisir l’intégralité de l’étendue des variations.
À partir de la géométrie nominale, le concepteur imagine un modèle de cette surface réelle, représentant les
variations possibles de la surface réelle de la pièce. Ce modèle représentant la géométrie imparfaite de la pièce
est appelé le modèle de la surface non idéale («skin modèle») (voir Figure 5).
Le modèle de la surface non idéale («skin modèle») est utilisé pour simuler des variations de la surface au niveau
conceptuel. Avec ce modèle, le concepteur pourra optimiser les valeurs de limites maximales tolérées pour
lesquelles la fonction est dégradée mais toujours assurée. Ces valeurs de limites maximales tolérées définissent
les tolérances de chaque caractéristique de la pièce.
NOTE La présente partie de l’ISO/TS 17450 n’inclut pas la méthodologie pour évaluer la corrélation entre la spécification
géométrique et les spécifications fonctionnelles.
Figure 4 — Modèle nominal Figure 5 — Modèle de la surface non idéale
(«skin modèle»)
La vérification constitue l’étape de la fabrication où un métrologue détermine si la surface réelle d’une pièce est
conforme à l’étendue des écarts possibles qui ont été spécifiés.
La définition de cet écart géométrique est utilisée pour adapter le processus de fabrication.
Le métrologue commence par lire la spécification prenant en compte le modèle de la surface non idéale («skin
modèle»), pour connaître les caractéristiques spécifiées. À partir de la surface réelle de la pièce, il définit les
étapes élémentaires de la procédure de vérification, en fonction des équipements de mesure.
6 © ISO 2005 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(F)
La conformité est alors prouvée en comparant les caractéristiques spécifiées avec les résultats de mesure (voir
Figure 6).
Figure 6 — Relation entre spécification géométrique et résultat de mesurage
6 Éléments
6.1 Généralités
Conformément à la définition d’un élément, sa nature est ponctuelle, linéique ou surfacique.
Deux types d’éléments peuvent être distingués:
a) les éléments idéaux (voir 6.2);
b) les éléments non idéaux (voir 6.3).
6.2 Éléments idéaux
6.2.1 Les éléments idéaux sont définis par leur type et leurs caractéristiques intrinsèques.
Un élément est généralement nommé par son type, par exemple droite, plan, cylindre, cône, sphère, tore, etc.
Les caractéristiques sont définies à l’article 7. Une caractéristique est, par exemple, le diamètre d’un cylindre, la
distance entre un plan et le centre d’une sphère ou l’angle entre l’axe d’un cylindre et un plan, etc.
6.2.2 Les éléments idéaux utilisés pour définir le modèle nominal sont appelés éléments nominaux. Ils sont
indépendants du modèle de la surface non idéale («skin modèle»).
Les éléments idéaux, dont les caractéristiques dépendent du modèle de la surface non idéale («skin modèle»),
sont appelés éléments associés.
Par exemple, le modèle nominal présenté à la Figure 7 est constitué de plusieurs éléments idéaux de types plan et
cylindre. La position et l’orientation entre les éléments sont données par les caractéristiques de situation, et les
diamètres des cylindres sont donnés par les caractéristiques intrinsèques (voir article 7).
© ISO 2005 – Tous droits réservés 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(F)
Figure 7 — Constitution du modèle nominal
6.2.3 Les éléments idéaux peuvent être bornés ou non par des limites idéales (exemples: les éléments
nominaux sont bornés, les éléments associés sont bornés ou non bornés).
6.2.4 Tous les éléments idéaux appartiennent à l’une des sept classes d’invariance définies dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Classes d’invariance
a b
Classe d’invariance Degré d’invariance
complexe Aucun
prismatique 1 translation selon une droite
de révolution 1 rotation autour d’une droite
hélicoïdale 1 translation selon une droite et 1 rotation combinée autour de la
même droite
cylindrique 1 translation selon une droite et 1 rotation autour de la même
droite
plane 1 rotation autour d’une droite et 2 translations dans un plan
perpendiculaire à cette droite
sphérique 3 rotations autour d’un point
a
Telle que définie en 3.15.
b
Tel que défini en 3.16.
EXEMPLE 1 Un cylindre est invariant soit par translation selon son axe, soit par rotation autour de son axe; il appartient à la
classe d’invariance cylindrique.
EXEMPLE 2 Un cône est invariant par rotation autour de son axe; il appartient à la classe d’invariance de révolution.
EXEMPLE 3 Un prisme de section elliptique est invariant par translation selon une droite; il appartient à la classe
d’invariance prismatique.
8 © ISO 2005 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(F)
6.2.5 Pour chaque élément idéal il est possible de définir un ou plusieurs éléments de situation: un élément de
situation est un élément idéal, de type point, droite, plan, ou hélice, à partir duquel la position ou l’orientation d’un
élément peut être défini selon des caractéristiques. Des exemples d’éléments de situation sont donnés dans le
Tableau 2.
Tableau 2 — Exemples d’éléments de situation d’éléments idéaux
Classe d’invariance Type Exemples d’éléments de situation
courbe elliptique plan de l’ellipse, plans de symétrie
complexe hyperbolique parabolique plans de symétrie, point tangent
... ...
prisme avec une base elliptique plans de symétrie, axe
prismatique
... ...
cercle le plan contenant le cercle, le centre du cercle
cône l’axe de symétrie, sommet
de révolution
tore le plan perpendiculaire à l’axe du tore, le centre du
tore
... ...
ligne hélicoïdale hélice
hélicoïdale surface hélicoïdale à base de hélice
développante de cercle
... ...
a
droite la droite
cylindrique
a
cylindre l’axe de symétrie
plane plan le plan
a
point le point
sphérique
a
sphère le centre
a
Aucun autre élément de situation ne peut être choisi, car il en résulterait une classe d’invariance différente pour l’élément
considéré.
6.3 Éléments non idéaux
Les éléments non idéaux dépendent totalement du modèle de la surface non idéale («skin modèle»). Ils peuvent
être
le modèle de la surface non idéale («skin modèle») lui-même (voir Figure 5),
une partie du modèle de la surface non idéale («skin modèle») (éléments appelés éléments issus d’une
partition) (voir Figure 11),
des éléments dérivés issus d’une partition [éléments non inclus dans le modèle de la surface non idéale
(«skin modèle») mais créés par une opération (voir article 8) appliquée sur une partie du modèle de la surface
non idéale («skin modèle»)] (voir Figure 8), ou
le résultat de l’intersection entre le modèle de la surface non idéale («skin modèle») et un élément idéal.
© ISO 2005 – Tous droits réservés 9
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO/TS 17450-1:2005(F)
Figure 8 — Élément dérivé issu d’une partition
Les éléments non idéaux sont bornés et sont constitués d’un nombre infini ou d’un nombre fini de points.
7 Caractéristiques
7.1 Généralités
Les caractéristiques sont définies
sur des éléments idéaux et elles sont appelées caractéristiques intrinsèques (voir B.3.1), ou
entre des éléments idéaux et elles sont appelées caractéristiques de situation (voir B.3.2), ou
entre éléments idéaux et non idéaux et elles sont également appelées caractéristiques de situation (voir
B.3.3).
7.2 Caract
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.