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1、关节臂测量机关节臂测量机杨雪荣杨雪荣1严选资料教学要求：教学要求：l了解关了解关节臂臂测量机量机结构、原理构、原理l了解关了解关节臂臂测量机主要功能量机主要功能l了解关了解关节臂臂测量机量机测量方法量方法2严选资料严选资料l关关节臂臂测量机的定量机的定义：关关节臂臂测量机仿照人体关量机仿照人体关节结构，以角度基准取构，以角度基准取代代长度基准，由几根固定度基准，由几根固定长度的臂通度的臂通过绕互相垂直互相垂直轴线转动的关的关节（分（分别称称为肩、肘和腕关肩、肘和腕关节）互相）互相连接，接，在最后的在最后的转轴上装有探上装有探测系系统的坐的坐标测量装置。量装置。3严选资料严选资料l关关节臂式坐臂
2、式坐标测量机是一种新型的非正交坐量机是一种新型的非正交坐标测量机，每个臂的量机，每个臂的转动轴或者与臂或者与臂轴线垂直，或者垂直，或者绕臂自身臂自身轴线转动，一般用三条，一般用三条横横线“-”来表示肩、肘和腕的来表示肩、肘和腕的转动自由度，例如自由度，例如图3.1和和3.2分分别表示的表示的2-2-2、2-2-3配置的关配置的关节臂臂测量机，量机，为了适了适应当前情况，当前情况，一般关一般关节数数为不大于不大于7的手的手动测量机。量机。6 6自由度关节臂测量机自由度关节臂测量机7 7自由度关节臂测量机自由度关节臂测量机4严选资料严选资料l与与传统的三坐的三坐标测量机相比，量机相比，关关节臂式坐
3、臂式坐标测量机具有体量机具有体积小、小、质量量轻、便于携、便于携带、测量量灵活、灵活、测量空量空间大、大、环境适境适应性性强、成本低等、成本低等优点。被广泛点。被广泛应用用于航空航天、汽于航空航天、汽车制造、重型机械、制造、重型机械、轨道交通、道交通、产品品检具制造、具制造、零部件加工等多个行零部件加工等多个行业。随着近。随着近30多年来的不断多年来的不断发展，展，该产品已品已经具有三坐具有三坐标测量、在量、在线检测、逆向工程、快速成型、逆向工程、快速成型、扫描描检测、弯管弯管测量等多种功能。量等多种功能。一般来一般来说关关节臂臂测量机的精度比量机的精度比传统的框架式三坐的框架式三坐标测量机量
4、机精度要略低，精度一般精度要略低，精度一般为10微米微米级以上，加上只能手以上，加上只能手动，所以，所以选用用时要注意要注意应用用场合。合。5严选资料严选资料 （a）CimCore公司产品 6严选资料严选资料（b）Romer公司产品 7严选资料严选资料 c）FARO公司产品 8严选资料严选资料（d）ZETT MESS公司产品 9严选资料严选资料l工作原理工作原理关关节臂的工作原理主要是臂的工作原理主要是设备在空在空间旋旋转时，设备同同时从多个角度从多个角度编码器器获取角度数据，而取角度数据，而设备臂臂长为一定一定值，这样计算机就可以根据三角函数算机就可以根据三角函数换算出算出测头当前的位置，从
5、而当前的位置，从而转化化为XYZ的形式。的形式。10严选资料严选资料测头l触触发式式测头l扫描描测头11严选资料严选资料l触触发式式测头可用于常可用于常规尺寸尺寸检测和点云数据的采集；和点云数据的采集；优点：超点：超轻重量，可移重量，可移动性好，便于移性好，便于移动运运输；精度；精度较高，高，测量范量范围大，大，死角死角较少，少，对被被测物体表面无特殊要求物体表面无特殊要求12严选资料严选资料l激光激光扫描描测头实现密集点云数据的采集，用于逆向工程和密集点云数据的采集，用于逆向工程和CADCAD对比比检测PerceptronPerceptron公司的公司的ScanWorks VScanWork
6、s V系列激光系列激光扫描头扫描头 RomerRomer公司的公司的G-ScanG-Scan系列系列FAROFARO公司的公司的ScanArm V2ScanArm V2、ScanArm V3ScanArm V3系列系列13严选资料严选资料优点：点：速度快，采速度快，采样密度高，适用面广；密度高，适用面广；对被被测物体大小和重量无特物体大小和重量无特别限制，适用于柔限制，适用于柔软物体物体扫描；描；操作方便灵活，死角少，柔性好；操作方便灵活，死角少，柔性好；维护容易，容易，环境要求低，抗干境要求低，抗干扰性性强；特征特征测量和量和扫描描测量可量可结合使用。合使用。14严选资料严选资料l红外外线弯
7、管弯管测头可可实现弯管参数的弯管参数的检测，从而修正弯管机，从而修正弯管机执行参数。行参数。15严选资料严选资料关关节臂臂测量机系量机系统组成成l主机系主机系统l激光激光测头系系统l计算机系算机系统l软件系件系统16严选资料严选资料激光扫描操作流程激光扫描操作流程l物件的表面物件的表面处理和着色理和着色l连接接测量系量系统l关关节臂的初始化臂的初始化l扫描采集数据描采集数据l根据需要保存并根据需要保存并输出数据出数据17严选资料严选资料关节臂测量机激光扫描检测实例关节臂测量机激光扫描检测实例实例例对象象为空空调中隔板中隔板18严选资料严选资料l物件的表面物件的表面处理和着色理和着色产品在数据采
8、集之前需要品在数据采集之前需要进行表面行表面处理，清理干理，清理干净所有要所有要进行数据采集的表面，行数据采集的表面，这样才能得到高精度有用的数据信息。原才能得到高精度有用的数据信息。原则上上ScanWorks扫描系描系统对模型没有着色要求，但是如果模型没有着色要求，但是如果扫描的描的模型是反射效果模型是反射效果较为强烈的塑料、金属等材烈的塑料、金属等材质，CCD无法正确捕无法正确捕捉到反射回来的激光，无法正常捉到反射回来的激光，无法正常进行行扫描，特描，特别是曲率是曲率变化化较大大的部位，更容易的部位，更容易丢失数据。失数据。扫描描时可以通可以通过喷施着色施着色剂可增可增强模模型表面的漫反射
9、，使型表面的漫反射，使CCD正常工作。正常工作。19严选资料严选资料l联接接测量系量系统将将测量机主体安装在磁力底座量机主体安装在磁力底座或者固定架上，按照系或者固定架上，按照系统联接接规范，用各种数据范，用各种数据线将机器将机器设备、计算机、控制器算机、控制器连接起来。接起来。连接接完成后完成后检查各种数据各种数据线，启，启动控控制器、主机制器、主机电源开关，再启源开关，再启动计算机和相关程序。启算机和相关程序。启动数据盒开数据盒开关关进行行预热5min后，当激光后，当激光头开开关旁关旁边的的ready指示灯亮，就可以指示灯亮，就可以启启动激光激光头开关，开关，进入初始化入初始化阶段。段。2
10、0严选资料严选资料l关关节臂的初始化臂的初始化运行关运行关节臂初始化程序，臂初始化程序，设备将将进行整个系行整个系统的的连接和初始化工作，从接和初始化工作，从设备主机到各个关主机到各个关节的的连接接检测，检测6个关个关节的响的响应，保，保证数据数据传输正常，。正常，。如果是首次使用关如果是首次使用关节臂臂测量机或者是需要量机或者是需要对激光激光扫描描头进行校准行校准。21严选资料严选资料l扫描采集数据描采集数据启启动GeomagicStudio软件件进行数据采集行数据采集，按照，按照“顺着特征着特征线走，沿着法走，沿着法线方向方向扫”的原的原则，从各个，从各个角度和方位完成角度和方位完成对数据
11、的数据的扫描。描。22严选资料严选资料把模型放在可把模型放在可扫描范描范围之内，在之内，在扫描描过程中不能移程中不能移动物体，物体，按下手持部位的按下手持部位的红色按色按钮，激光，激光发射器将射器将发出出线激光到物体表面，激光到物体表面，激光返回到接收器，通激光返回到接收器，通过关关节臂数据臂数据传感器感器传输数据到控制器，数据到控制器，然后然后传输到到计算机界面，算机界面，显示示扫描的描的动态实时过程。程。 23严选资料严选资料在在扫描描过程中，关程中，关节臂的激光臂的激光发射器与相射器与相应零件区域保持零件区域保持在在150 mm150 mm左右，使左右，使测量机达到最佳的数据量机达到最佳
12、的数据输入状入状态。如果两者的。如果两者的距离距离过近或近或过远，系，系统将透将透过距离探距离探测显示和声音来提示，示和声音来提示，绿色色指示条指示条显示在示在2/32/3位置位置为佳，可以根据佳，可以根据绿色指示条位置和色指示条位置和扫描描时发出的声音来出的声音来调整激光整激光头和物体表面的位置，以得到最佳的和物体表面的位置，以得到最佳的扫描描效果。效果。 24严选资料严选资料按照按照“顺着特征着特征线走，沿着法走，沿着法线方向方向扫”的原的原则，从各个角，从各个角度和方位完成度和方位完成对数据的数据的扫描。一般来描。一般来说，期，期间需要需要暂停或者停止停或者停止扫描，以描，以观察察扫描点
13、云描点云质量如何，同量如何，同时观察哪些部位数据察哪些部位数据还没有没有扫到，决定是否需要到，决定是否需要继续或者追加或者追加扫描数据。要想接上次数据追描数据。要想接上次数据追加加扫描，描，则需点需点击软件上的追加件上的追加扫描描图标，直到将数据，直到将数据扫描完描完毕。25严选资料严选资料复复杂的大型零件一般不能一次完成数据的的大型零件一般不能一次完成数据的扫描，可以描，可以转换零件，从多个角度来完成数据的采集，然后再使用零件，从多个角度来完成数据的采集，然后再使用专业的的软件件进行数据注册，拼接成一个完整的模型数据；利用蛙跳技行数据注册，拼接成一个完整的模型数据；利用蛙跳技术的帮助，的帮助
14、，也可完成复也可完成复杂的大型零件的的大型零件的扫描。描。的完整点云数据。 图图a a两次扫描数据两次扫描数据 图图b b 注册后完整数据注册后完整数据26严选资料严选资料l保存并保存并输出数据。出数据。点云数据可以保存的点云数据可以保存的类型：型：wrp是是GeomagicStudio自自带的一种文件格式，此格式可以保存点云的一种文件格式，此格式可以保存点云阶段、多段、多边形形阶段等各个段等各个阶段的数据文件；段的数据文件；iges文件是一种三文件是一种三维软件几乎都能打开的通用格式；件几乎都能打开的通用格式；wrl是一种文本格式的文件，可以用文本是一种文本格式的文件，可以用文本编辑器打开器
15、打开编辑；u3d是是3D通用通用图形的形的标准格式；准格式；obj文件一般是程序文件一般是程序编译后的二后的二进制文件，再通制文件，再通过链接器和接器和资源文件源文件链接就成接就成exe文件了；文件了；dxf是是AutoCAD中的矢量文件格式，它以中的矢量文件格式，它以ASCII码方式存方式存储文件，在表文件，在表现图形的大小方面十分精确。形的大小方面十分精确。27严选资料严选资料图图 空调中隔板多边形数据模型空调中隔板多边形数据模型 28严选资料严选资料PC-DIMS工件检测流程工件检测流程PC-DIMS工件工件检测流程流程l固定好机器固定好机器l选择测头、系、系统连接接l固定好工件固定好工
16、件l开启机器开启机器电源开关，源开关，对机器机器进行复位行复位l建立零件坐建立零件坐标系系l进行行检测项目元素的目元素的测量量l进行形状、位置公差行形状、位置公差评价价l输出出检测报告告29严选资料严选资料基于基于PC-DIMS关节臂零件检测实例关节臂零件检测实例l测量模型量模型30严选资料严选资料（1）固定好机器。）固定好机器。若机器置于金属的工作台上，建若机器置于金属的工作台上，建议选用磁力底座用磁力底座(图a)，也可使，也可使用卡用卡钳进行固定行固定(图b)；如；如为非金属工作台，建非金属工作台，建议使用卡使用卡钳进行行固定；而在工厂固定；而在工厂现场测量建量建议采用三角架固定方式采用三
17、角架固定方式(图c)。（a）磁力底座）磁力底座（b）卡）卡钳（c）三脚架）三脚架 31严选资料严选资料（2）新建程序）新建程序命名零件名，修命名零件名，修订号和序列号可以不填，然后号和序列号可以不填，然后选择测量量单位，点位，点击“确定确定”，完成程序新建。如，完成程序新建。如图所示。所示。32严选资料严选资料（3）导入数模入数模在有在有CAD数模的情况下才数模的情况下才执行行这步。从步。从“文件文件”“导入入”“IGES”从放置数模的文件从放置数模的文件夹下下选则模型文件模型文件”，点，点击“导入入”“处理理”“确定确定”，然后，然后对线框模型框模型实体化，最体化，最终导入入的模型如的模型如
18、图所示。所示。33严选资料严选资料l坐坐标系的建立系的建立典型的典型的“3-2-1”法建立坐法建立坐标系有三步：用平面的法矢量确系有三步：用平面的法矢量确定第一定第一轴向；用直向；用直线的矢量确定第二的矢量确定第二轴向；用面、向；用面、线、点确定三、点确定三个个轴向的原点。没有向的原点。没有CAD模型情况下，根据模型情况下，根据图纸设计基准建立零基准建立零件坐件坐标系；有系；有CAD模型情况下，建立和模型情况下，建立和CAD模型完全相同的坐模型完全相同的坐标系，需点系，需点击CAD=PART，使模型和零件，使模型和零件实际摆放位置重合。放位置重合。34严选资料严选资料（5）基本元素的）基本元素
19、的测量。量。在在软件界面，把件界面，把测量模式切量模式切换成成“自自动测量量”模模式，用自式，用自动特征在特征在CAD模型上分模型上分别测量量圆1、圆2、圆3、圆4、圆5和和圆柱体柱体1、圆柱体柱体2，平面，平面2，得出上述，得出上述特征的理特征的理论值，然后，然后选择自自动测量生成的程序，量生成的程序，单击鼠鼠标右右键，点，点击“执行行块”，如，如图3.33所示，根据所示，根据弹出提示出提示对话框手框手动测量上述特征（量上述特征（图3.34），得到上），得到上述特征的述特征的实测值，最，最终测量的量的结果如果如图3.35所示。所示。35严选资料严选资料（6）尺寸）尺寸评价。价。本本实例用的上
20、的尺寸例用的上的尺寸评价功能有价功能有“位置位置”、“同心度同心度”、“同同轴度度”、“平行度平行度”、“垂直度垂直度”。对于零件上的每一特征于零件上的每一特征对象，一般象，一般图纸上都上都给出了尺寸公差和形位公差，尺寸公差就是某出了尺寸公差和形位公差，尺寸公差就是某特征特征单一尺寸的允一尺寸的允许变化范化范围，它，它给出了一个尺寸合格的条件；出了一个尺寸合格的条件；而形位公差而形位公差约束了零件某一束了零件某一对象的形状和置象的形状和置误差，比如平面的平差，比如平面的平整度（平面度）、两个平面的垂直度等。整度（平面度）、两个平面的垂直度等。36严选资料严选资料（7）报告告输出。出。一般一般报
21、告中需告中需显示示图片，以增加片，以增加报告的生告的生动性。性。先将先将图形窗口形窗口摆放到适当的位置，并把放到适当的位置，并把图形上的特征形上的特征标识符符调整到合适的位置。整到合适的位置。37严选资料严选资料38严选资料严选资料39严选资料严选资料18:30：l材料成型及控制工程材料成型及控制工程l测控技控技术与与仪器器l电气工程及其自气工程及其自动化化l电子科学与技子科学与技术l给水排水工程水排水工程l工程管理工程管理l光信息科学与技光信息科学与技术l化学工程与工化学工程与工艺40严选资料严选资料19:00l环境工程境工程l计算机科学与技算机科学与技术l交通运交通运输l金属材料工程金属材料工程l软件工程件工程l生物工程生物工程l食品科学与工程食品科学与工程l统计学学l土木工程土木工程41严选资料严选资料19:30l网网络工程工程l微微电子学子学l信息工程信息工程l应用化学用化学l制制药工程工程l自自动化化42严选资料严选资料
