（优质医学）关节臂式测量

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1、关节臂测量机,1,教学要求： 了解关节臂测量机结构、原理 了解关节臂测量机主要功能 了解关节臂测量机测量方法,2,关节臂测量机的定义： 关节臂测量机仿照人体关节结构，以角度基准取代长度基准，由几根固定长度的臂通过绕互相垂直轴线转动的关节（分别称为肩、肘和腕关节）互相连接，在最后的转轴上装有探测系统的坐标测量装置。,3,关节臂式坐标测量机是一种新型的非正交坐标测量机，每个臂的转动轴或者与臂轴线垂直，或者绕臂自身轴线转动，一般用三条横线“-”来表示肩、肘和腕的转动自由度，例如图3.1和3.2分别表示的2-2-2、2-2-3配置的关节臂测量机，为了适应当前情况，一般关节数为不大于7的手动测量机。,6

2、自由度关节臂测量机,7自由度关节臂测量机,4,与传统的三坐标测量机相比， 关节臂式坐标测量机具有体积小、质量轻、便于携带、测量灵活、测量空间大、环境适应性强、成本低等优点。被广泛应用于航空航天、汽车制造、重型机械、轨道交通、产品检具制造、零部件加工等多个行业。随着近30多年来的不断发展，该产品已经具有三坐标测量、在线检测、逆向工程、快速成型、扫描检测、弯管测量等多种功能。 一般来说关节臂测量机的精度比传统的框架式三坐标测量机精度要略低，精度一般为10 微米级以上，加上只能手动，所以选用时要注意应用场合。,5,（a）CimCore公司产品,6,（b）Romer公司产品,7,c）FARO公司产品,

3、8,（d）ZETT MESS公司产品,9,工作原理 关节臂的工作原理主要是设备在空间旋转时，设备同时从多个角度编码器获取角度数据，而设备臂长为一定值，这样计算机就可以根据三角函数换算出测头当前的位置，从而转化为XYZ的形式。,10,测头 触发式测头 扫描测头,11,触发式测头可用于常规尺寸检测和点云数据的采集； 优点：超轻重量，可移动性好，便于移动运输；精度较高，测量范围大，死角较少，对被测物体表面无特殊要求,12,激光扫描测头实现密集点云数据的采集，用于逆向工程和CAD对比检测,Perceptron公司的ScanWorks V系列激光扫描头,Romer公司的 G-Scan系列,FARO公司的

4、ScanArm V2、ScanArm V3系列,13,优点： 速度快，采样密度高，适用面广； 对被测物体大小和重量无特别限制，适用于柔软物体扫描； 操作方便灵活，死角少，柔性好； 维护容易，环境要求低，抗干扰性强； 特征测量和扫描测量可结合使用。,14,红外线弯管测头可实现弯管参数的检测，从而修正弯管机执行参数。,15,关节臂测量机系统组成 主机系统 激光测头系统 计算机系统 软件系统,16,激光扫描操作流程,物件的表面处理和着色 连接测量系统 关节臂的初始化 扫描采集数据 根据需要保存并输出数据,17,关节臂测量机激光扫描检测实例,实例对象为空调中隔板,18,物件的表面处理和着色 产品在数据

5、采集之前需要进行表面处理，清理干净所有要进行数据采集的表面，这样才能得到高精度有用的数据信息。原则上ScanWorks扫描系统对模型没有着色要求，但是如果扫描的模型是反射效果较为强烈的塑料、金属等材质，CCD无法正确捕捉到反射回来的激光，无法正常进行扫描，特别是曲率变化较大的部位，更容易丢失数据。扫描时可以通过喷施着色剂可增强模型表面的漫反射，使CCD正常工作。,19,联接测量系统 将测量机主体安装在磁力底座或者固定架上，按照系统联接规范，用各种数据线将机器设备、计算机、控制器连接起来。连接完成后检查各种数据线，启动控制器、主机电源开关，再启动计算机和相关程序。启动数据盒开关进行预热5min后

6、，当激光头开关旁边的ready指示灯亮，就可以启动激光头开关，进入初始化阶段。,20,关节臂的初始化 运行关节臂初始化程序，设备将进行整个系统的连接和初始化工作，从设备主机到各个关节的连接检测，检测6个关节的响应，保证数据传输正常，。 如果是首次使用关节臂测量机或者是需要对激光扫描头进行校准 。,21,扫描采集数据 启动Geomagic Studio软件进行数据采集 ，按照“顺着特征线走，沿着法线方向扫”的原则，从各个角度和方位完成对数据的扫描。,22,把模型放在可扫描范围之内，在扫描过程中不能移动物体，按下手持部位的红色按钮，激光发射器将发出线激光到物体表面，激光返回到接收器，通过关节臂数据

7、传感器传输数据到控制器，然后传输到计算机界面，显示扫描的动态实时过程。,23,在扫描过程中，关节臂的激光发射器与相应零件区域保持在150 mm左右，使测量机达到最佳的数据输入状态。如果两者的距离过近或过远，系统将透过距离探测显示和声音来提示，绿色指示条显示在2/3位置为佳，可以根据绿色指示条位置和扫描时发出的声音来调整激光头和物体表面的位置，以得到最佳的扫描效果。,24,按照“顺着特征线走，沿着法线方向扫”的原则，从各个角度和方位完成对数据的扫描。一般来说，期间需要暂停或者停止扫描，以观察扫描点云质量如何，同时观察哪些部位数据还没有扫到，决定是否需要继续或者追加扫描数据。要想接上次数据追加扫描

8、，则需点击软件上的追加扫描图标，直到将数据扫描完毕。,25,复杂的大型零件一般不能一次完成数据的扫描，可以转换零件，从多个角度来完成数据的采集，然后再使用专业的软件进行数据注册，拼接成一个完整的模型数据；利用蛙跳技术的帮助，也可完成复杂的大型零件的扫描。,的完整点云数据。,图a两次扫描数据 图b 注册后完整数据,26,保存并输出数据。 点云数据可以保存的类型： wrp是Geomagic Studio自带的一种文件格式，此格式可以保存点云阶段、多边形阶段等各个阶段的数据文件； iges文件是一种三维软件几乎都能打开的通用格式； wrl是一种文本格式的文件，可以用文本编辑器打开编辑； u3d是3D

9、通用图形的标准格式； obj文件一般是程序编译后的二进制文件，再通过链接器和资源文件链接就成exe文件了； dxf是AutoCAD中的矢量文件格式，它以ASCII码方式存储文件，在表现图形的大小方面十分精确。,27,图 空调中隔板多边形数据模型,28,PC-DIMS工件检测流程,PC-DIMS工件检测流程 固定好机器 选择测头、系统连接 固定好工件 开启机器电源开关，对机器进行复位 建立零件坐标系 进行检测项目元素的测量 进行形状、位置公差评价 输出检测报告,29,基于PC-DIMS关节臂零件检测实例,测量模型,30,（1）固定好机器。 若机器置于金属的工作台上，建议选用磁力底座(图a)，也可

10、使用卡钳进行固定(图b)；如为非金属工作台，建议使用卡钳进行固定；而在工厂现场测量建议采用三角架固定方式(图c)。 （a）磁力底座 （b）卡钳 （c）三脚架,31,（2）新建程序 命名零件名，修订号和序列号可以不填，然后选择测量单位，点击“确定”，完成程序新建。如图所示。,32,（3）导入数模 在有CAD数模的情况下才执行这步。从“文件”“导入”“IGES”从放置数模的文件夹下选则模型文件”，点击“导入”“处理”“确定”，然后对线框模型实体化，最终导入的模型如图所示。,33,坐标系的建立 典型的“3-2-1”法建立坐标系有三步：用平面的法矢量确定第一轴向；用直线的矢量确定第二轴向；用面、线、点

11、确定三个轴向的原点。没有CAD模型情况下，根据图纸设计基准建立零件坐标系；有CAD模型情况下，建立和CAD模型完全相同的坐标系，需点击CAD=PART，使模型和零件实际摆放位置重合。,34,（5）基本元素的测量。 在软件界面，把测量模式切换成“自动测量”模式，用自动特征在CAD模型上分别测量圆1、圆2、圆3、圆4、圆5和圆柱体1、圆柱体2，平面2，得出上述特征的理论值，然后选择自动测量生成的程序，单击鼠标右键，点击“执行块”，如图3.33所示，根据弹出提示对话框手动测量上述特征（图3.34），得到上述特征的实测值，最终测量的结果如图3.35所示。,35,（6）尺寸评价。 本实例用的上的尺寸评价

12、功能有“位置”、“同心度”、“同轴度”、“平行度”、“垂直度”。对于零件上的每一特征对象，一般图纸上都给出了尺寸公差和形位公差，尺寸公差就是某特征单一尺寸的允许变化范围，它给出了一个尺寸合格的条件；而形位公差约束了零件某一对象的形状和置误差，比如平面的平整度（平面度）、两个平面的垂直度等。,36,（7）报告输出。 一般报告中需显示图片，以增加报告的生动性。先将图形窗口摆放到适当的位置，并把图形上的特征标识符调整到合适的位置。,37,38,39,18:30： 材料成型及控制工程 测控技术与仪器 电气工程及其自动化 电子科学与技术 给水排水工程 工程管理 光信息科学与技术 化学工程与工艺,40,19:00 环境工程 计算机科学与技术 交通运输 金属材料工程 软件工程 生物工程 食品科学与工程 统计学 土木工程,41,19:30 网络工程 微电子学 信息工程 应用化学 制药工程 自动化,42,