Geometrical product specifications (GPS) -- Decomposition of geometrical characteristics for manufacturing control

This document describes principles and tools to control a manufacturing process in accordance with a GPS specification. For this purpose a set of one or more complementary, independent characteristics (size, form, orientation, and location characteristics independent to each other) that correlate to the manufacturing process parameters and to the manufacturing process coordinate system established from the manufacturing datum system are used. This document describes the concept of decomposition of the macro-geometrical part of the GPS specification. It does not cover the micro-geometry, i.e. surface texture. The objective of the decomposition presented in this document is to define correction values for manufacturing control or to perform a statistical analysis of the process.

Spécification géométrique des produits (GPS) -- Décomposition des caractéristiques géométriques pour la maîtrise de la fabrication

Le présent document décrit les principes et outils nécessaires pour maîtriser un processus de fabrication conformément ŕ une spécification GPS. A cet effet, on utilise un ensemble d'une ou plusieurs caractéristiques indépendantes complémentaires (taille, forme, orientation et caractéristiques de position, indépendantes les unes des autres), qui sont corrélées avec les paramčtres du processus de fabrication et le systčme de coordonnées du processus de fabrication établi ŕ partir du systčme de références, est utilisé ŕ cet effet. Le présent document décrit le concept de décomposition de la partie macro-géométrique de la spécification GPS. Il ne traite pas de la micro-géométrie, c'est-ŕ-dire de l'état de surface. L'objectif de la décomposition présentée dans le présent document est de définir les valeurs de correction pour maîtriser la fabrication ou réaliser une analyse statistique du processus.

General Information

Status
Published
Publication Date
10-Apr-2019
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
19-Jan-2019
Completion Date
11-Apr-2019
Ref Project

Buy Standard

Standard
ISO 20170:2019 - Geometrical product specifications (GPS) -- Decomposition of geometrical characteristics for manufacturing control
English language
20 pages
sale 15% off
Preview
sale 15% off
Preview
Standard
ISO 20170:2019 - Spécification géométrique des produits (GPS) -- Décomposition des caractéristiques géométriques pour la maîtrise de la fabrication
French language
20 pages
sale 15% off
Preview
sale 15% off
Preview

Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20170
First edition
2019-04
Geometrical product specifications
(GPS) — Decomposition of
geometrical characteristics for
manufacturing control
Spécification géométrique des produits (GPS) — Décomposition des
caractéristiques géométriques pour la maîtrise de la fabrication
Reference number
ISO 20170:2019(E)
ISO 2019
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 20170:2019(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2019

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

below or ISO’s member body in the country of the requester.
ISO copyright office
CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Fax: +41 22 749 09 47
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 20170:2019(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Symbols .......................................................................................................................................................................................................................... 3

5 Principles ..................................................................................................................................................................................................................... 3

5.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 3

5.2 Decomposition process ................................................................................................................................................................... 4

5.3 Determination of components of a collected characteristic .........................................................................12

5.4 Use of collected characteristics ..............................................................................................................................................13

5.5 Presentation of a GPS or a collected characteristic results ............................................................................14

5.5.1 General...................................................................................................................................................................................14

5.5.2 Decomposition steps .................................................................................................................................................15

Annex A (informative) Relationship to the ISO GPS matrix model .....................................................................................19

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................20

© ISO 2019 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 20170:2019(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.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).

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. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso

.org/iso/foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 213, Dimensional and geometrical product

specifications and verification.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
iv © ISO 2019 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 20170:2019(E)
Introduction

This document is a geometrical product specifications (GPS) standard and is to be regarded as a

fundamental GPS standard (see ISO 14638). It influences indirectly chain link E of the chains of

standards of geometrical characteristic (size, distance, form, orientation, location and run-out) in

the general GPS matrix model as graphically illustrated in Table A.1. The measurement as given in

chain link E is decomposed to evaluate quantity values of a geometrical characteristic, and to define

manufacturing adjustment values, not to manage the conformance of a workpiece.

The ISO GPS matrix model given in ISO 14638 gives an overview of the ISO GPS system of which this

document is a part. The fundamental rules of ISO GPS given in ISO 8015 apply to this document and

the default decision rules given in ISO 14253-1 apply to specifications made in accordance with this

document, unless otherwise indicated.

For more detailed information on the relationship of this document to other standards and to the GPS

matrix model, see Annex A.

The geometrical specification, as defined in ISO 1101, allows the evaluation of conformance or non-

conformance by defining a limit value for a geometrical characteristic as a univariate characteristic

(non-signed value). This evaluation alone does not provide the information necessary to adjust machine

tools parameters to maintain the production of conforming workpieces. The goal of decomposition of

the measurement result is to isolate parameter values that can be used to adjust the manufacturing

process. This document uses simple examples to illustrate the fundamental principles.

This document defines a number of independent characteristics obtained by decomposition that are

intended to assist with adjusting and evaluating the manufacturing process.

In statistical analysis the mean value and standard deviation are used to calculate capability indices. In

the case of a position tolerance, for example the location of a hole, which applies in a plane perpendicular

to the axis of the hole, the position characteristic is two times the radial distance between the centre of

the hole and its theoretically exact location. Capability indices based on the mean value and standard

deviation of this characteristic do not properly reflect the capability of a manufacturing process.

Instead, the position characteristic could be decomposed according to the kinematic arrangement of

the manufacturing process. If the axis of the hole is manufactured using a machine with linear X- and

Y-axes, the position characteristic could be decomposed into an X-component and a Y-component and

the studies of capability could be calculated based on these components so that they properly reflect

the capability of the manufacturing process.
© ISO 2019 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 20170:2019(E)
Geometrical product specifications (GPS) —
Decomposition of geometrical characteristics for
manufacturing control
1 Scope

This document describes principles and tools to control a manufacturing process in accordance with

a GPS specification. For this purpose a set of one or more complementary, independent characteristics

(size, form, orientation, and location characteristics independent to each other) that correlate to the

manufacturing process parameters and to the manufacturing process coordinate system established

from the manufacturing datum system are used.

This document describes the concept of decomposition of the macro-geometrical part of the GPS

specification. It does not cover the micro-geometry, i.e. surface texture.

The objective of the decomposition presented in this document is to define correction values for

manufacturing control or to perform a statistical analysis of the process.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1
univariate characteristic
characteristic represented by a single scalar variable
EXAMPLE A global size characteristic is a univariate characteristic.
3.2
collected characteristic

set of a univariate characteristic (3.1) and the multivariate characteristic required to derive it (see 3.3)

EXAMPLE For a position specification, the median line of a hole is constrained by a cylindrical tolerance

zone with a diameter of 0,4 mm. The global univariate characteristic result is 0,5 mm (out of tolerance). The

decomposition of the location in two directions (X, Y) at a given height is given by the multivariate characteristic

result (+0,15; +0,2). The collected characteristic combines the global result and its decomposition.

© ISO 2019 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 20170:2019(E)
Result of evaluation
Univariate characteristic 0,5
Observed deviation 0,25
Collected characteristic
X +0,15
Multivariate deviations
Y +0,2

Note 1 to entry: A collected characteristic is a set of more than one independent variable and the final result from

this set of variables, e.g. C (A, G , G , G , R , R , R , G , T , T , T ). See Table 1 for an example.

F S O X Y Z L X Y Z
Note 2 to entry: A collected characteristic is a vector.
3.3
decomposition

operation establishing a multivariate characteristic from a univariate GPS

characteristic (3.1)

Note 1 to entry: The purpose of the decomposition for manufacturing is to define a multivariate characteristic

that consists of a set of variables, each of which is related to a manufacturing process parameter (See 5.2).

3.4
location point
defined point on the reference feature used to locate a geometrical feature
3.5
real orientation vector

unit vector defining the orientation of the extracted feature from the situation feature of the associated

feature in a specified Cartesian system
3.6
nominal orientation vector

unit vector defined from the situation feature of the nominal feature in a specified Cartesian system

3.7
angular deviation set

vector having components which are the angles defined in a specified Cartesian system allowing the

transformation of the real orientation vector (3.5) into the nominal orientation vector (3.6)

3.8
actual location vector

vector defining the location of the extracted feature from the origin of a specified Cartesian system to

the location point (3.4) of the situation feature of the associated integral feature

3.9
theoretical location vector

vector defined from the origin of a specified Cartesian system to a location point of a situation feature

of the nominal geometrical feature (integral, or derived)
2 © ISO 2019 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 20170:2019(E)
3.10
deviation location vector

vector defined as the difference between the actual location vector (3.8) and the theoretical location

vector (3.9)

Note 1 to entry: The components of the deviation location vector defined on the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the

specified Cartesian system are designated as T , T , T .
X Y Z.
4 Symbols
The list of symbols is given in Table 1.
Table 1 — Symbols
Symbol Description
C Generic symbol of a collected characteristic, which is a vector
A Actual value of the specified GPS characteristic
O Actual value of the orientation GPS characteristic
G Independent form characteristic
G Independent global size characteristic

G Independent orientation characteristic, corresponding to the effect of the angular deviation (R , R , R ) in length unit

O x y z

by considering the orientation deviation defined from the restricted associated feature

G Independent location characteristic, corresponding to the effect of the linear deviation (T , T , T ) considering the loca-

L x y z

tion deviation of the reference feature of the orientation characteristic from the theoretically exact location

V Real orientation vector for the extracted feature in the coordinate system
V Nominal orientation vector for the nominal feature in the coordinate system

V Angular deviation set from the theoretically exact orientation in the coordinate system

V Actual location vector for a specific point defined from extracted feature in the coordinate system

V Theoretical location vector for a specific point defined on the nominal feature in the coordinate system

V Deviation location vector from the theoretically exact location in the coordinate system

R , R , R Rotation angle components around axes of the coordinate system
X Y Z

T , T , T Components of V which are the translation deviations from the theoretically exact location of the location point

X Y Z ΔL

NOTE A geometrical GPS characteristic is defined in ISO 25378 as a “zone characteristic”.

5 Principles
5.1 General

A GPS specification is a condition (a tolerance) applied on a univariate characteristic.

In particular for a geometrical tolerance, this characteristic can include several types of independent

deviations (size, form, orientation and location) and other kinds of deviation parameters (angle

deviations, location deviations). To control the manufacturing process, these deviations shall be

separated. This document presents a way to perform this separation for a geometrical specification,

giving inputs to corrections to manufacturing process parameters. The decomposition of a GPS

characteristic yields the components of the collected characteristic. These shall be measurable

quantities. These components can be independent GPS characteristics (form, size, orientation and

location) or components from which rotation or translation parameters reflecting the kinematics of the

manufacturing process can be derived.

Typically, the univariate characteristic of a GPS specification is defined from a set of distances between

an input feature (the toleranced feature) and a reference feature or a set of sizes. This definition is the

primary model of decomposition for the GPS specification, having these n distances as the independent

variables. Therefore if the specification is verified on a feature using for example 1 000 points on the

© ISO 2019 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 20170:2019(E)

surface, this primary model of decomposition would result in 1 000 distances. However, these 1 000

distances cannot be used directly for manufacturing process corrections.

Three geometrical features shall be distinguished in this kind of operation: the extracted feature, its

associated feature and the situation feature of the associated feature.
5.2 Decomposition process

The first step of the decomposition is to define the default form GPS characteristic of the toleranced

feature (integral or derived), G [see Figure 2 d), Figure 3 d) and Figure 4 d)]. If the associated features

are established by another association criteria than the default criteria (minimax – Chebyshev) then it

shall be stated in the report of results of decomposition.

NOTE The curve variation of form deviation can itself be analysed by decomposition (e.g. by Fourier

analysis or modal discrete decomposition). It is not the intent of this document to describe this process of form

decomposition.

To separate the signed orientation and location parameters, a coordinate system, for example a

Cartesian system or a polar system, shall be defined for manufacturing purpose from the datum system

attached to the manufacturing process. If the specification datum system does not lock all degrees of

freedom, it shall be complemented by a secondary datum and/or a tertiary datum defined from the

workpiece interface surfaces with the manufacturing machine.

The orientation parameters (R , R , R ) expressed by V , shall be given in angular units.

X Y Z ΔΟ

The form characteristic (G ), the independent size characteristic (G ), the independent orientation

F S

characteristic (G ), the location parameters (T , T , T ) and the independent location characteristic

O X Y Z
(G ) shall be given in linear (length) unit.

The independent size characteristic, (G ), only applies to features of size or to a non-feature of size on

which an offset can be applied and which changes its nominal shape. For a feature of size, it is defined

as the difference between the size of the direct associated integral feature and the nominal size. For a

non-feature of size on which an offset can be applied, the size deviation parameter defines the observed

offset from the nominal shape.

The direction vector of the form reference feature allows establishing the transfer angles (R , R ,

X Y

R ) from the geometrical specification Cartesian system. The relation between the manufacturing

Cartesian system and the geometrical specification Cartesian system is used to define the correction

to the manufacturing process. To evaluate the independent characteristic, the restricted associated

feature shall be established by projecting the extracted feature onto the form reference feature.

The orientation reference feature is defined from the restricted associated feature. The independent

orientation characteristic, (G ), is evaluated as an orientation characteristic established from the

restricted associated feature (corresponding to the extracted feature, see Figure 2 e), Figure 3 e), and

Figure 4 e). The independent orientation characteristic can be decomposed in three angles (R , R , R ).

X Y Z

The independent location characteristic, (G ), is the signed distance between the location reference

feature and the orientation reference feature, at the location point (considered on the location reference

feature). The independent location characteristic shall be described in the manufacturing Cartesian

system. By default, it is the distance between the location point (belonging to the orientation reference

feature) and its theoretical exact location (see Figure 4 f).

The independent location characteristic can be decomposed in three linear components (T , T , T ).

X Y Z

Figure 1 a) presents a geometrical specification with datum system where the manufacturing datum

system is considered identical to the specified datum system. Figure 1 b) illustrates the manufacturing

result: the workpiece. Figures 1 c) to f) illustrate steps of the decomposition process of a specified

geometrical characteristic.
4 © ISO 2019 – All rights reserved
-----
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 20170
Première édition
2019-04
Spécification géométrique des
produits (GPS) — Décomposition des
caractéristiques géométriques pour la
maîtrise de la fabrication
Geometrical product specifications (GPS) — Decomposition of
geometrical characteristics for manufacturing control
Numéro de référence
ISO 20170:2019(F)
ISO 2019
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 20170:2019(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2019

Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, 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, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +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 2019 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 20170:2019(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d’application ...................................................................................................................................................................................1

2 Références normatives ...................................................................................................................................................................................1

3 Termes et définitions .......................................................................................................................................................................................1

4 Symboles .......................................................................................................................................................................................................................3

5 Principes .......................................................................................................................................................................................................................3

5.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 3

5.2 Processus de décomposition ....................................................................................................................................................... 4

5.3 Détermination des composantes d’une caractéristique collectée ...........................................................12

5.4 Utilisation des caractéristiques collectées ...................................................................................................................13

5.5 Présentation des résultats d’une caractéristique GPS ou collectée ........................................................14

5.5.1 Généralités .........................................................................................................................................................................14

5.5.2 Étapes de décomposition ......................................................................................................................................15

Annexe A (informative) Relation avec le modèle de matrice ISO GPS .............................................................................19

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................20

© ISO 2019 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 20170:2019(F)
Avant-propos

L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes

nationaux de normalisation (comités 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 (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir https:

//www .iso .org/fr/directives -and -policies .html).

L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document 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. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l’ISO (voir https: //www .iso .org/fr/iso -standards -and -patents .html).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation

de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de l’Organisation

mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au commerce (OTC) voir le lien

suivant: https: //www .iso .org/fr/foreword -supplementary -information .html.

Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 213, Spécifications et vérification

dimensionnelles et géométriques des produits.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 20170:2019(F)
Introduction

Le présent document est une norme de spécification géométrique des produits (GPS) et doit être

considéré comme une norme GPS fondamentale (voir l’ISO ISO 14638). Il influence indirectement le

maillon E des chaînes de normes relatives aux caractéristiques géométriques (taille, distance, forme,

orientation, position et battement) dans le modèle de matrice GPS générale, comme illustré dans le

Tableau A.1. Le mesurage indiqué dans le maillon E est décomposé pour évaluer les valeurs de grandeur

d’une caractéristique géométrique et pour définir les valeurs d’ajustage de la fabrication, et non pour

gérer la conformité d’une pièce.

Le modèle de matrice ISO GPS donné dans l’ISO 14638 donne une vue d’ensemble du système ISO

GPS dont le présent document fait partie. Les principes fondamentaux du système ISO GPS, donnés

dans l’ISO 8015, s’appliquent au présent document et les règles de décision par défaut, données dans

l’ISO 14253-1, s’appliquent aux spécifications faites conformément au présent document, sauf indication

contraire.

Pour de plus amples informations sur la relation du présent document avec les autres normes et le

modèle de matrice GPS, voir l’Annexe A.

La spécification géométrique, telle que définie dans l’ISO 1101, permet d’évaluer la conformité ou la non-

conformité en définissant une valeur limite pour une caractéristique géométrique sous la forme d’une

caractéristique univariée (valeur sans signe). Cette évaluation seule ne fournit pas les informations

nécessaires pour ajuster les paramètres des machines-outils afin de continuer à produire des pièces

conformes. Le but de la décomposition du résultat de mesure est d’isoler les valeurs des paramètres

qui peuvent être utilisées pour ajuster le processus de fabrication. Le présent document utilise des

exemples simples pour illustrer les principes fondamentaux.

Le présent document définit un certain nombre de caractéristiques indépendantes obtenues par

décomposition qui sont destinées à faciliter l’ajustage et l’évaluation du processus de fabrication.

En analyse statistique, la valeur moyenne et l’écart-type sont utilisés pour calculer les indices de

capabilité. Dans le cas d’une tolérance de localisation, par exemple la position d’un trou, qui s’applique

dans un plan perpendiculaire à l’axe du trou, la caractéristique de localisation est égale à deux fois la

distance radiale entre le centre du trou et sa position théorique exacte. Les indices de capabilité basés

sur la valeur moyenne et l’écart-type de cette caractéristique ne reflètent pas correctement la capabilité

du processus de fabrication. Au lieu de cela, la caractéristique de localisation pourrait être décomposée

selon l’arrangement de la cinématique du processus de fabrication. Si l’axe du trou est fabriqué à l’aide

d’une machine avec des axes linéaires X et Y, la caractéristique de localisation pourrait être décomposée

en une composante X et une composante Y, et les études de la capabilité pourraient être calculés sur la

base de ces composantes, de manière à refléter correctement la capabilité du processus de fabrication.

© ISO 2019 – Tous droits réservés v
---------------------- Page: 5 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 20170:2019(F)
Spécification géométrique des produits (GPS) —
Décomposition des caractéristiques géométriques pour la
maîtrise de la fabrication
1 Domaine d’application

Le présent document décrit les principes et outils nécessaires pour maîtriser un processus de

fabrication conformément à une spécification GPS. A cet effet, on utilise un ensemble d’une ou plusieurs

caractéristiques indépendantes complémentaires (taille, forme, orientation et caractéristiques de

position, indépendantes les unes des autres), qui sont corrélées avec les paramètres du processus de

fabrication et le système de coordonnées du processus de fabrication établi à partir du système de

références, est utilisé à cet effet.

Le présent document décrit le concept de décomposition de la partie macro-géométrique de la

spécification GPS. Il ne traite pas de la micro-géométrie, c’est-à-dire de l’état de surface.

L’objectif de la décomposition présentée dans le présent document est de définir les valeurs de

correction pour maîtriser la fabrication ou réaliser une analyse statistique du processus.

2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
caractéristique univariée
caractéristique représentée par une seule variable scalaire
EXEMPLE Une caractéristique de taille globale est une caractéristique univariée.
3.2
caractéristique collectée

ensemble constitué par une caractéristique univariée (3.1) et la caractéristique multivariée résultant de

la décomposition (voir 3.3)

EXEMPLE Pour la spécification de localisation, la ligne médiane d’un trou est contrainte par une zone de

tolérance cylindrique ayant un diamètre de 0,4 mm. Le résultat de la caractéristique univariée globale est de

0,5 mm (hors tolérance). La décomposition de la position dans deux directions (X, Y) à une hauteur donnée est

donnée par le résultat de la caractéristique multivariée (+0,15; +0,2). La caractéristique collectée combine le

résultat global et sa décomposition.
© ISO 2019 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 20170:2019(F)
Résultat de l’évaluation
Caractéristique univariée 0,5
Écart observé 0,25
Caractéristique collectée
X + 0,15
Écarts multivariés
Y + 0,2

Note 1 à l'article: Une caractéristique collectée est un ensemble de plusieurs variables indépendantes et le

résultat final de cet ensemble de variables, par exemple C ()AG,,GG,, RR,, RG,,TT,,T . Voir le

FS OX YZ LX YZ
Tableau 1 pour plus de détails.
Note 2 à l'article: Une caractéristique collectée est un vecteur.
3.3
décomposition

opération qui établit une caractéristique multivariée à partir d’une caractéristique GPS

univariée (3.1)

Note 1 à l'article: L’objet de la décomposition pour la fabrication est de définir une caractéristique multivariée qui

est composée d’un ensemble de variables, chacune étant liée à un paramètre de processus (voir 5.2).

3.4
point de position

point défini sur l’élément d'évaluation servant à positionner un élément géométrique

3.5
vecteur d’orientation effective

vecteur unitaire définissant l’orientation de l’élément extrait à partir de l’élément de situation de

l’élément associé dans un système cartésien spécifié
3.6
vecteur d’orientation nominale

vecteur unitaire défini à partir de l’élément de situation de l’élément nominal dans un système cartésien

spécifié
3.7
ensemble d’écarts angulaires

vecteur ayant des composantes qui sont les angles définis dans un système cartésien spécifié, permettant

la transformation du vecteur d’orientation effective (3.5) en le vecteur d’orientation nominale (3.6)

3.8
vecteur de position effective

vecteur définissant la position de l’élément extrait à partir de l’origine d’un système cartésien spécifié

par rapport au point de position (3.4) de l’élément de situation de l’élément intégral associé

3.9
vecteur de position théorique

vecteur défini à partir de l’origine d’un système cartésien spécifié jusqu’à un point de position d’un

élément de situation de l’élément géométrique nominal (intégral ou dérivé)
2 © ISO 2019 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 20170:2019(F)
3.10
vecteur d’écart de position

vecteur défini par la différence entre le vecteur de position effective (3.8) et le vecteur de position

théorique (3.9)

Note 1 à l'article: Les composantes du vecteur d’écart de position définies sur les axes X, Y et Z du système

cartésien spécifié sont désignées par T , T , T
X Y Z.
4 Symboles
La liste des symboles est donnée dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Symboles
Symbole Description
C Symbole générique d’une caractéristique collectée, qui est un vecteur
A Valeur effective de la caractéristique GPS spécifiée
O Valeur effective de la caractéristique GPS d’orientation
G Caractéristique de forme indépendante
G Caractéristique de taille globale indépendante

G Caractéristique d’orientation indépendante, correspondant à l’effet de l’écart angulaire (R , R ,

O X Y

R ) en unité de longueur en prenant en considération l’écart d’orientation défini par rapport à

l’élément associé restreint

G Caractéristique de position indépendante, correspondant à l’effet de l’écart linéaire (T , T , T )

L X Y Z

en prenant en considération l’écart de position de l’élément d'évaluation de la caractéristique

d’orientation par rapport à la position théoriquement exacte

V Vecteur d’orientation effective pour l’élément extrait dans le système de coordonnées

V Vecteur d’orientation nominale pour l’élément nominal dans le système de coordonnées

V Ensemble d’écarts angulaires par rapport à l’orientation théoriquement exacte dans le système

de coordonnées

V Vecteur de position effective pour un point spécifique défini à partir de l’élément extrait dans le

système de coordonnées

V Vecteur de position théorique pour un point spécifique défini sur l’élément nominal dans le sys-

tème de coordonnées

V Vecteur d’écart de position par rapport à la position théoriquement exacte dans le système de

coordonnées

R , R , R Composantes de l’angle de rotation autour des axes du système de coordonnées

X Y Z

T , T , T Composantes de V , qui sont les écarts de translation par rapport à la position théoriquement

X Y Z ∆L
exacte du point de position

NOTE Une caractéristique GPS géométrique est définie dans l’ISO 25378 comme une «caractéristique de zone».

5 Principes
5.1 Généralités

Une spécification GPS est une condition (une tolérance) appliquée à une caractéristique univariée.

En particulier pour une tolérance géométrique, cette caractéristique peut inclure plusieurs types

d’écarts indépendants (taille, forme, orientation et position) et d’autres types de paramètres d’écart

(écarts d’angle, écarts de position). Pour maîtriser le processus de fabrication, ces écarts doivent être

séparés. Le présent document décrit une méthode permettant de réaliser cette séparation pour une

spécification géométrique, en fournissant des valeurs d’entrées pour les corrections des paramètres

du processus de fabrication. La décomposition d’une caractéristique GPS produit les composantes de

© ISO 2019 – Tous droits réservés 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 20170:2019(F)

la caractéristique collectée. Ces composantes doivent être des grandeurs mesurables. Ces composantes

peuvent être des caractéristiques GPS indépendantes (forme, taille, orientation et position) ou des

composantes à partir desquelles les paramètres de rotation ou de translation reflétant la cinématique

du processus de fabrication peuvent être dérivés.

Généralement, la caractéristique univariée d’une spécification GPS est définie à partir d’un ensemble

de distances entre l’élément d’entrée (l’élément tolérancé) et un élément d'évaluation ou un ensemble

de tailles. Cette définition est le modèle primaire de décomposition pour la spécification GPS et ces

n distances sont les variables indépendantes. Par conséquent, si la spécification est vérifiée sur un

élément en utilisant, par exemple, 1 000 points sur la surface, ce modèle primaire de décomposition

résulterait en 1 000 distances. Ces 1 000 distances ne peuvent toutefois pas être utilisées directement

pour les corrections du processus de fabrication.

Trois éléments géométriques doivent être distingués dans ce type d’opération: l’élément extrait, son

élément associé et l’élément de situation de l’élément associé.
5.2 Processus de décomposition

La première étape du processus de décomposition consiste à définir la caractéristique GPS de forme par

défaut de l’élément tolérancé (intégral ou dérivé), G (voir Figures 2d, 3d et 4d). Si les éléments associés

sont établis par d’autres critères d’association que les critères par défaut (minimax – Chebyshev), cela

doit être stipulé dans le rapport des résultats de la décomposition.

NOTE La variation de l’écart de forme sur la courbe peut être analysée par décomposition (par analyse

de Fourier, décomposition discrète modale). Le présent document n’a pas pour but de décrire ce processus de

décomposition de la forme.

Pour séparer les paramètres d’orientation et de position signés, un système de coordonnées, par

exemple système cartésien ou polaire, doit être défini aux fins de la fabrication à partir du système de

références lié au processus de fabrication. Si le système de références spécifiées de la spécification ne

bloque pas tous les degrés de liberté, il doit être complété par une référence secondaire et/ou tertiaire

définie à partir des surfaces d’interface de la pièce avec la machine de fabrication.

Les paramètres d’orientation (R , R , R ) exprimés par V , doivent être donnés en unités angulaires.

X Y Z ΔΟ

La caractéristique de forme indépendante(G ), la caractéristique de taille indépendante (G ),

F S

la caractéristique d’orientation indépendante (G ), les paramètres de position (T , T , T ) et la

O X Y Z

caractéristique de position indépendante (G ) doivent être donnés en unités de longueur.

La caractéristique d’écart de taille indépendante, (G ), s’applique uniquement aux entités

dimensionnelles ou à une entité non dimensionnelle sur laquelle un offset peut être appliqué, ce qui

change sa forme nominale. Pour une entité dimensionnelle, elle est définie comme la différence entre la

taille de l’élément intégral associé direct et la taille nominale. Pour une entité non dimensionnelle sur

laquelle un offset peut être appliqué, le paramètre d’écart de taille définit l’offset observé à partir de la

forme nominale.

Le vecteur de direction de l’élément d'évaluation de forme permet d’établir les angles de transfert

(R ,R ,R ) à partir du système cartésien de la spécification géométrique. La relation entre le système

X Y Z

cartésien de fabrication et le système cartésien de la spécification géométrique sert à définir la

correction à apporter au processus de fabrication. Pour évaluer la caractéristique indépendante,

l’élément associé restreint doit être établi par projection de l’élément extrait sur l’élément d'évaluation.

L’élément d'évaluation d’orientation est défini à partir de l’élément associé restreint. La caractéristique

d’orientation indépendante (G ) est évaluée comme une caractéristique d’orientation établie à

partir de l’élément associé restreint (correspondant à l’élément extrait, voir Figures 2e, 3e et 4e). La

caractéristique d’orientation indépendante peut être décomposée en trois angles (R ,R ,R ).

X Y Z

La caractéristique de position indépendante (G ) est la distance signée entre l’élément d'évaluation

de position et l’élément d'évaluation d’orientation, au point de position. (considéré sur l’élément

d'évaluation de position). La caractéristique de position indépendante doit être décrite dans le système

4 © ISO 2019 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 20170:2019(F)

cartésien de fabrication. Par défaut, il s’agit de la distance entre le point de position (appartenant à

l’élément d'évaluation d’orientation) et sa position théorique exacte (voir Figure 4f).

La caractéristique de position indépendante peut être décomposée en trois composantes linéaires

(T ,T ,T ).
X Y Z

La Figure 1a) présente une spécification géométrique avec système de références dans laquelle

le système de références de fabrication est considéré identique au système de références de la

spécification. La Figure 1b) illustre le résultat de la fabrication: la pièce. Les Figures 1c) à 1f) illustrent

les étapes du processus de décomposition d’une caractéristique géométrique spécifiée.

a) Spécification GPS b) Pièce
c) Étape 1: système de références d) Étape 2: caractéristique de forme et
spécifiées et système cartésien de taille indépendante
(voir la Note 1) (voir la Note 2)

e) Étape 3: caractéristique d’orientation f) Étape 4: caractéristique de position

indépendante (voir la Note 3) indépendante (voir la Note 4)
NOTE 1 Pour déterminer la caractéristique collectée (voir Tableau 4):

— la caractéristique univariée est le résultat de l’évaluation de la spécification de position GPS

© ISO 2019 – Tous droits réservés 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 20170:2019(F)

— la caractéristique multivariée est le résultat de la décomposition, c’est-à-dire l’évaluation de l’ensemble des

caractéristiques indépendantes taille, forme, orientation et position.

NOTE 2 Après une première association, l’évaluation du paramètre d’écart de taille-et de l’écart de forme est

prise en compte indépendamment.

NOTE 3 L’évaluation des écarts angulaires est établie à partir de l’élément de situation de l’élément associé

précédent à partir de la référence spécifiée A.

NOTE 4 L’évaluation des écarts de position est établie à partir du point de position considéré de l’élément de

situation à partir du système de références spécifiées A, B, C.

Figure 1 — Étapes de la décomposition pour la fabrication des spécifications géométriques

macro-géométriques

Les exemples 1 à 3 et les Figures 2 à 4 présentent et illustrent les composantes des caractéristiques

collectées pour la spécification d’orientation ou la spécification de position.

EXEMPLE 1 Une caractéristique d’orientation pour le parallélisme appliquée dans un plan d’intersection peut

être vue comme une caractéristique collectée combinant l’écart de forme et l’écart angulaire de la ligne intégrale

extraite, comme illustré à la Figure 2, en supposant que la surface de mise en position en fabrication et l’élément

de référence K sont les mêmes.
a) Spécification GPS b) Évaluation de la caractéristique
d'orientation GPS: A
6 © ISO 2019 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 20170:2019(F)
NOTE L: Élément de référence complémentaire
servant à établir le système cartésien (X, Y, Z).

c) Introduction d'un système cartésien d) Évaluation de la caractéristique de forme

et d'une référence spécifiée complémentaire indépendante: G

NOTE Dans le cas de la caractéristique GPS d’orientation, O est égale à A [distance entre 3)].

e) Caractéristique d’orientation indépendante: G [distance entre 12)]
Légende
A caractéristique GPS de parallélisme 5 vecteur normal à partir de 2)
O valeur effective de la caractéristique d'orientation 6 référence spécifiée K
GPS (dans ce cas O = A)
G caractéristique GPS de forme 7 élément de référence K
G caractéristique d’orientation indépendante 8 vecteur normal à partir de 6)
Rz écart angulaire autour de l’axe Z 9 limites de la zone minimale pour la forme
© ISO 2019 – Tous droits réservés 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 20170:2019(F)

1 élément tolérancé: surface intégrale extraite 10 élément associé restreint, restreint par la projection

de 1) sur l’élément médian de 9) (élément
d'évaluation pour la caractéristique GPS de forme)

2 élément d'évaluation 1) pour la caractéristique 11 vecteur normal à partir de 10)

GPS d’orientation qui est l’élément médian
de 3)

3 limites de la zone minimale de la caractéristique 12 limites de la zone minimale de la caractéristique GPS

GPS d’orientation avec contrainte d’orientation avec contrainte d’orientation pour 10)

d’orientation à partir de 1)
4 distance maximale entre 2) et 1)

NOTE Le système de coordonnées cartésien est établi à partir d’un système de référence.

Figure 2 — Illustration de la décomposition de la spécification de parallélisme

EXEMPLE 2 Une caractéristique d’orientation pour le parallélisme peut être vue comme une caractéristique

collectée combinant l’écart de forme et l’écart angulaire de la surface intégrale extraite, comme illustré à la

Figure 3, en supposant que la surface du dispositif de fabrication et l’élément de référence K sont les mêmes.

a) Spécification GPS b) Évaluation de la caractéristique
d'orientation GPS: A
NOTE L: Élément de référence complémentaire
servant à établir le système cartésien (X, Y, Z).

c) Introduction d'un système cartésien d) Évaluation de la caractéristique de forme

et d'une référence spécifiée complémentaire indépendante: G
8 © ISO 2019 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO 20170:2019(F)
NOTE Dans le cas de la caractéristique GPS d’orientation, O est égale à A.
e) Caractéristique d’orientation indépendante: G
Légende
A caractéristique GPS de parallélisme 4 distance maximale entre 2) et 1)

O valeur effective de la caractéristique d'orientation 5 vecteur normal à partir de 2)

GPS (dans ce cas O = A)
G caractéristique GPS de forme 6 référence spécifiée K
G caractéristique d’orientation indépendante 7 élément de référence K
Rx écart angulaire autour de l’axe X 8 vecteur normal à partir de 6)
R écart angulaire autour de l’axe Z 9 limites de la zone minimale pour la forme

1 élément tolérancé: surface intégrale extraite 10 élément associé restreint, restreint par la projection

de 1) sur l’élément médian de 9) (élément d'évaluation
pour la caractéristique GPS de forme)
2 élément d'évaluation de 1) pour la 11 vecteur normal à partir de 10)
caractéristique GPS d’orientation qui est
l’élément médian de 3)

3 limites de la zone minimale 12 limites de la zone minimale de la caractéristique GPS

de la caractéristique GPS d’orientation avec d’orientation avec contrainte d’orientation pour 10)

contrainte d’orientation à partir de 1)

NOTE Le système de coordonnées cartésien est établi à partir d’un système de références.

Figure 3 — Illustration de la décomposition de la spécification de parallélisme

EXEMPLE 3 Une caractéristique de localisation peut être vue comme une caractéristique collectée combinant

l’écart de forme, l’écart angulaire du plan et l’écart de position du plan, comme illustré à la Figure 4, en supposant

que la surface du dispositif de fabrication et l’élément de référence K sont les mêmes.

© ISO 2019 – Tous droits réservés 9
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.