1、关节臂式测量关节臂式测量教学要求：教学要求：l了解关节臂测量机结构、原理了解关节臂测量机结构、原理l了解关节臂测量机主要功能了解关节臂测量机主要功能l了解关节臂测量机测量方法了解关节臂测量机测量方法l关节臂测量机的定义：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，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。在最后的转轴上装有探测系统的坐标测量装置。
2、l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，一般用三条横线横线“-”来表示肩、肘和腕的转动自由度，例如图来表示肩、肘和腕的转动自由度，例如图3.1和和3.2分别分别表示的表示的2-2-2、2-2-3配置的关节臂测量机，为了适应当前情况，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一般关节数为不大于7的手动测量机。的手动测量机。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l与
3、传统的三坐标测量机相比，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、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、扫描检已经具有三坐标测量、在线检测、逆向工程、快速成型、扫描检
4、测、弯管测量等多种功能。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，精度一般为机精度要略低，精度一般为10 微米级以上，加上只能手动，所微米级以上，加上只能手动，所以选用时要注意应用场合。以选用时要注意应用场合。 （a）CimCore公司产品 （b）Romer公司产品 c）FARO公司产品 （d）ZETT MESS公司产品 l工作原理工作原理 关节臂的工作原理主要是设备在空间旋转时，设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，而设备臂长备同时从多个角度编码器获取角
5、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，从而转化为头当前的位置，从而转化为XYZ的形式。的形式。 测头测头l触发式测头触发式测头l扫描测头扫描测头l触发式测头触发式测头可用于常规尺寸检测和点云数据的采集；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，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死角较少，对被测物体表面无特殊要求 l激光扫描测头激光扫描测头实现密集点云数据的采集，用于逆向工程和实现密集点云数
6、据的采集，用于逆向工程和CADCAD对比检测对比检测 PerceptronPerceptron公司的公司的ScanWorks VScanWorks 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系列系列优点：优点： 速度快，采样密度高，适用面广；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；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；操作方便灵活，死角少，柔性
7、好； 维护容易，环境要求低，抗干扰性强；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。特征测量和扫描测量可结合使用。 l红外线弯管测头红外线弯管测头可实现弯管参数的检测，从而修正弯管机执可实现弯管参数的检测，从而修正弯管机执行参数。行参数。 关节臂测量机系统组成关节臂测量机系统组成 l主机系统主机系统l激光测头系统激光测头系统l计算机系统计算机系统 l软件系统软件系统激光扫描操作流程激光扫描操作流程l物件的表面处理和着色物件的表面处理和着色l连接测量系统连接测量系统 l关节臂的初始化关节臂的初始化 l扫描采集数据扫描采集数据 l根据需要保存并输出数据根据需要保存并输出数据
8、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 实例对象为空调中隔板实例对象为空调中隔板 l物件的表面处理和着色物件的表面处理和着色 产品在数据采集之前需要进行表面处理，清理干净所有要进产品在数据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。原则上上ScanWorks扫描系统对模型没有着色要求，但是如果扫描的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，模型是反射效果较为强烈的塑料、金属等材质，CCD无法正确无法正确捕捉到反射回来的激光，无法正
9、常进行扫描，特别是曲率变化较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，使模型表面的漫反射，使CCD正常工作。正常工作。 l联接测量系统联接测量系统 将测量机主体安装在磁力底座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、范，用各种数据线将机器设备、计算机、控制器连接起来。连接计算机、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，再启动计制器
10、、主机电源开关，再启动计算机和相关程序。启动数据盒开算机和相关程序。启动数据盒开关进行预热关进行预热5min后，当激光头开后，当激光头开关旁边的关旁边的ready指示灯亮，就可指示灯亮，就可以启动激光头开关，进入初始化以启动激光头开关，进入初始化阶段。阶段。l关节臂的初始化关节臂的初始化 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，检测测，检测6个关节的响应，保证数据传输正常，。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如果
11、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扫描头进行校准 。l扫描采集数据扫描采集数据 启动启动Geomagic Studio软件进行数据采集软件进行数据采集 ，按照，按照“顺着特征线走，沿着法线方向扫顺着特征线走，沿着法线方向扫”的原则，从各个的原则，从各个角度和方位完成对数据的扫描。角度和方位完成对数据的扫描。 把模型放在可扫描范围之内，在扫描过程中不能移动物体，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，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，通过关节臂数据传感器传输数据到控制
12、器，激光返回到接收器，通过关节臂数据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。然后传输到计算机界面，显示扫描的动态实时过程。 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扫描过程中，关节臂的激光发射器与相应零件区域保持在在150 mm150 mm左右，使测量机达到最佳的数据输入状态。如果两者的左右，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，绿色指示条显示在指示条显示在2/32/3位置为佳，可以根据绿色指示条位置和扫描时位置为佳，可以根据绿色指示条位置和
13、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。效果。 按照按照“顺着特征线走，沿着法线方向扫顺着特征线走，沿着法线方向扫”的原则，从各个的原则，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，则需点击软件上的追加扫描图
14、标，直到将数据扫描完追加扫描，则需点击软件上的追加扫描图标，直到将数据扫描完毕。毕。 复杂的大型零件一般不能一次完成数据的扫描，可以转换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，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。也可完成复杂的大型零件的扫描。 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l保存并输出数据。保存并输出数
15、据。 点云数据可以保存的类型：点云数据可以保存的类型： wrp是是Geomagic Studio自带的一种文件格式，此格式可以保存点云阶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；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；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；是一种文本格式的文件，可以用文本编辑器打开编辑； u3d是是3D通用图形的标准格式；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文件一般是程序编译后的二进制文件
16、，再通过链接器和资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码方式存储文件，在表码方式存储文件，在表现图形的大小方面十分精确。现图形的大小方面十分精确。 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 PC-DIMS工件检测流程工件检测流程PC-DIMS工件检测流程工件检测流程 l固定好机器固定好机器 l选择测头、系统连接选择测头、系统连接 l固定好工件固定好工件 l开启机器电源开关，对机器进行复位开启机器电源开关，对机器进行复位 l建立零件坐标系建立零件坐标系 l进行检测项目元素的测量进行检测项目元素的测
17、量 l进行形状、位置公差评价进行形状、位置公差评价 l输出检测报告输出检测报告 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测量模型测量模型 （1）固定好机器。）固定好机器。 若机器置于金属的工作台上，建议选用磁力底座若机器置于金属的工作台上，建议选用磁力底座(图图a)，也可使，也可使用卡钳进行固定用卡钳进行固定(图图b)；如为非金属工作台，建议使用卡钳进行；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固定；而在工厂现场测量建议采用三角架固定方式(图图c)。 （a）磁力底座）磁力底座 （b）卡钳）卡钳 （c）三脚架）三脚架 （2）新建程序）新
18、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，点击位，点击“确定确定”，完成程序新建。如图所示。，完成程序新建。如图所示。 （3）导入数模）导入数模 在有在有CAD数模的情况下才执行这步。从数模的情况下才执行这步。从“文件文件”“导导入入”“IGES”从放置数模的文件夹下选则模型文件从放置数模的文件夹下选则模型文件”，点击，点击“导入导入”“处理处理”“确定确定”，然后对线框模型实体化，最终导，然后对线框模型实体化，最终导入的模型如图所示。入的模型如图所示。 l坐标系的建立坐标系的建立 典型的典型的“3-2-1”法建立坐标系有三
19、步：用平面的法矢量确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、点确定三定第一轴向；用直线的矢量确定第二轴向；用面、线、点确定三个轴向的原点。没有个轴向的原点。没有CAD模型情况下，根据图纸设计基准建立模型情况下，根据图纸设计基准建立零件坐标系；有零件坐标系；有CAD模型情况下，建立和模型情况下，建立和CAD模型完全相同的模型完全相同的坐标系，需点击坐标系，需点击CAD=PART，使模型和零件实际摆放位置重合。，使模型和零件实际摆放位置重合。 （5）基本元素的测量。）基本元素的测量。 在软件界面，把测量模式切换成在软件界面，把测量模式切换成“自动测量自动
20、测量”模模式，用自动特征在式，用自动特征在CAD模型上分别测量圆模型上分别测量圆1、圆、圆2、圆、圆3、圆、圆4、圆、圆5和圆柱体和圆柱体1、圆柱体、圆柱体2，平面，平面2，得出上述，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，点击鼠标右键，点击“执行块执行块”，如图，如图3.33所示，根据弹所示，根据弹出提示对话框手动测量上述特征（图出提示对话框手动测量上述特征（图3.34），得到上），得到上述特征的实测值，最终测量的结果如图述特征的实测值，最终测量的结果如图3.35所示。所示。 （6）尺寸评价。）尺寸评价。 本实例用的上的尺
21、寸评价功能有本实例用的上的尺寸评价功能有“位置位置”、“同心度同心度”、“同轴度同轴度”、“平行度平行度”、“垂直度垂直度”。对于零件上的每一特征。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；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。整度（平面度）、两个平面的垂直度等。 （7）报告输出。）
22、报告输出。 一般报告中需显示图片，以增加报告的生动性。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。标识符调整到合适的位置。 18:30：l材料成型及控制工程材料成型及控制工程l测控技术与仪器测控技术与仪器l电气工程及其自动化电气工程及其自动化l电子科学与技术电子科学与技术l给水排水工程给水排水工程l工程管理工程管理l光信息科学与技术光信息科学与技术l化学工程与工艺化学工程与工艺19:00l环境工程环境工程l计算机科学与技术计算机科学与技术l交通运输交通运输l金属材料工程金属材料工程l软件工程软件工程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统计学统计学l土木工程土木工程19:30l网络工程网络工程l微电子学微电子学l信息工程信息工程l应用化学应用化学l制药工程制药工程l自动化自动化
