關(guān)節(jié)臂式測(cè)量課件

教學(xué)要求：了解關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)、原理了解關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)主要功能了解關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)測(cè)量方法1關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)的定義：關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)仿照人體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，以角度基準(zhǔn)取代長度基準(zhǔn)，由幾根固定長度的臂通過繞互相垂直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)（分別稱為肩、肘和腕關(guān)節(jié)）互相連接，在最后的轉(zhuǎn)軸上裝有探測(cè)系統(tǒng)的坐標(biāo)測(cè)量裝置。2關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種新型的非正交坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，每個(gè)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)軸或者與臂軸線垂直，或者繞臂自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，一般用三條橫線“-”來表示肩、肘和腕的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，例如圖3.1和3.2分別表示的2-2-2、2-2-3配置的關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)，為了適應(yīng)當(dāng)前情況，一般關(guān)節(jié)數(shù)為不大于7的手動(dòng)測(cè)量機(jī)。6自由度關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)7自由度關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)3關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024與傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)相比，關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、便于攜帶、測(cè)量靈活、測(cè)量空間大、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、重型機(jī)械、軌道交通、產(chǎn)品檢具制造、零部件加工等多個(gè)行業(yè)。隨著近30多年來的不斷發(fā)展，該產(chǎn)品已經(jīng)具有三坐標(biāo)測(cè)量、在線檢測(cè)、逆向工程、快速成型、掃描檢測(cè)、彎管測(cè)量等多種功能。一般來說關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)的精度比傳統(tǒng)的框架式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精度要略低，精度一般為10微米級(jí)以上，加上只能手動(dòng)，所以選用時(shí)要注意應(yīng)用場(chǎng)合。4關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024

（a）CimCore公司產(chǎn)品5關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024

（b）Romer公司產(chǎn)品6關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024

c）FARO公司產(chǎn)品7關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024

（d）ZETTMESS公司產(chǎn)品8關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024工作原理關(guān)節(jié)臂的工作原理主要是設(shè)備在空間旋轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)備同時(shí)從多個(gè)角度編碼器獲取角度數(shù)據(jù)，而設(shè)備臂長為一定值，這樣計(jì)算機(jī)就可以根據(jù)三角函數(shù)換算出測(cè)頭當(dāng)前的位置，從而轉(zhuǎn)化為XYZ的形式。9關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024測(cè)頭觸發(fā)式測(cè)頭掃描測(cè)頭10關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024觸發(fā)式測(cè)頭——可用于常規(guī)尺寸檢測(cè)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集；優(yōu)點(diǎn)：超輕重量，可移動(dòng)性好，便于移動(dòng)運(yùn)輸；精度較高，測(cè)量范圍大，死角較少，對(duì)被測(cè)物體表面無特殊要求11關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024激光掃描測(cè)頭——實(shí)現(xiàn)密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集，用于逆向工程和CAD對(duì)比檢測(cè)

Perceptron公司的ScanWorksV系列激光掃描頭

Romer公司的G-Scan系列FARO公司的ScanArmV2、ScanArmV3系列12關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024優(yōu)點(diǎn)：速度快，采樣密度高，適用面廣；對(duì)被測(cè)物體大小和重量無特別限制，適用于柔軟物體掃描；操作方便靈活，死角少，柔性好；維護(hù)容易，環(huán)境要求低，抗干擾性強(qiáng)；特征測(cè)量和掃描測(cè)量可結(jié)合使用。13關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024紅外線彎管測(cè)頭——可實(shí)現(xiàn)彎管參數(shù)的檢測(cè)，從而修正彎管機(jī)執(zhí)行參數(shù)。

14關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)系統(tǒng)組成主機(jī)系統(tǒng)激光測(cè)頭系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)15關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024激光掃描操作流程物件的表面處理和著色連接測(cè)量系統(tǒng)關(guān)節(jié)臂的初始化掃描采集數(shù)據(jù)根據(jù)需要保存并輸出數(shù)據(jù)16關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)激光掃描檢測(cè)實(shí)例實(shí)例對(duì)象為空調(diào)中隔板17關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024物件的表面處理和著色產(chǎn)品在數(shù)據(jù)采集之前需要進(jìn)行表面處理，清理干凈所有要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的表面，這樣才能得到高精度有用的數(shù)據(jù)信息。原則上ScanWorks掃描系統(tǒng)對(duì)模型沒有著色要求，但是如果掃描的模型是反射效果較為強(qiáng)烈的塑料、金屬等材質(zhì)，CCD無法正確捕捉到反射回來的激光，無法正常進(jìn)行掃描，特別是曲率變化較大的部位，更容易丟失數(shù)據(jù)。掃描時(shí)可以通過噴施著色劑可增強(qiáng)模型表面的漫反射，使CCD正常工作。18關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024聯(lián)接測(cè)量系統(tǒng)將測(cè)量機(jī)主體安裝在磁力底座或者固定架上，按照系統(tǒng)聯(lián)接規(guī)范，用各種數(shù)據(jù)線將機(jī)器設(shè)備、計(jì)算機(jī)、控制器連接起來。連接完成后檢查各種數(shù)據(jù)線，啟動(dòng)控制器、主機(jī)電源開關(guān)，再啟動(dòng)計(jì)算機(jī)和相關(guān)程序。啟動(dòng)數(shù)據(jù)盒開關(guān)進(jìn)行預(yù)熱5min后，當(dāng)激光頭開關(guān)旁邊的ready指示燈亮，就可以啟動(dòng)激光頭開關(guān)，進(jìn)入初始化階段。19關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024關(guān)節(jié)臂的初始化運(yùn)行關(guān)節(jié)臂初始化程序，設(shè)備將進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的連接和初始化工作，從設(shè)備主機(jī)到各個(gè)關(guān)節(jié)的連接檢測(cè)，檢測(cè)6個(gè)關(guān)節(jié)的響應(yīng)，保證數(shù)據(jù)傳輸正常，。如果是首次使用關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)或者是需要對(duì)激光掃描頭進(jìn)行校準(zhǔn)。20關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024掃描采集數(shù)據(jù)啟動(dòng)GeomagicStudio軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，按照“順著特征線走，沿著法線方向掃”的原則，從各個(gè)角度和方位完成對(duì)數(shù)據(jù)的掃描。21關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024

把模型放在可掃描范圍之內(nèi)，在掃描過程中不能移動(dòng)物體，按下手持部位的紅色按鈕，激光發(fā)射器將發(fā)出線激光到物體表面，激光返回到接收器，通過關(guān)節(jié)臂數(shù)據(jù)傳感器傳輸數(shù)據(jù)到控制器，然后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)界面，顯示掃描的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)過程。22關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024

在掃描過程中，關(guān)節(jié)臂的激光發(fā)射器與相應(yīng)零件區(qū)域保持在150mm左右，使測(cè)量機(jī)達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)。如果兩者的距離過近或過遠(yuǎn)，系統(tǒng)將透過距離探測(cè)顯示和聲音來提示，綠色指示條顯示在2/3位置為佳，可以根據(jù)綠色指示條位置和掃描時(shí)發(fā)出的聲音來調(diào)整激光頭和物體表面的位置，以得到最佳的掃描效果。23關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024按照“順著特征線走，沿著法線方向掃”的原則，從各個(gè)角度和方位完成對(duì)數(shù)據(jù)的掃描。一般來說，期間需要暫停或者停止掃描，以觀察掃描點(diǎn)云質(zhì)量如何，同時(shí)觀察哪些部位數(shù)據(jù)還沒有掃到，決定是否需要繼續(xù)或者追加掃描數(shù)據(jù)。要想接上次數(shù)據(jù)追加掃描，則需點(diǎn)擊軟件上的追加掃描圖標(biāo)，直到將數(shù)據(jù)掃描完畢。

24關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024

復(fù)雜的大型零件一般不能一次完成數(shù)據(jù)的掃描，可以轉(zhuǎn)換零件，從多個(gè)角度來完成數(shù)據(jù)的采集，然后再使用專業(yè)的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)注冊(cè)，拼接成一個(gè)完整的模型數(shù)據(jù)；利用蛙跳技術(shù)的幫助，也可完成復(fù)雜的大型零件的掃描。

的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

圖a兩次掃描數(shù)據(jù)圖b注冊(cè)后完整數(shù)據(jù)25關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024保存并輸出數(shù)據(jù)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以保存的類型：wrp是GeomagicStudio自帶的一種文件格式，此格式可以保存點(diǎn)云階段、多邊形階段等各個(gè)階段的數(shù)據(jù)文件；iges文件是一種三維軟件幾乎都能打開的通用格式；wrl是一種文本格式的文件，可以用文本編輯器打開編輯；u3d是3D通用圖形的標(biāo)準(zhǔn)格式；obj文件一般是程序編譯后的二進(jìn)制文件，再通過鏈接器和資源文件鏈接就成exe文件了；dxf是AutoCAD中的矢量文件格式，它以ASCII碼方式存儲(chǔ)文件，在表現(xiàn)圖形的大小方面十分精確。

26關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024圖空調(diào)中隔板多邊形數(shù)據(jù)模型

27關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024PC-DIMS工件檢測(cè)流程PC-DIMS工件檢測(cè)流程固定好機(jī)器選擇測(cè)頭、系統(tǒng)連接固定好工件開啟機(jī)器電源開關(guān)，對(duì)機(jī)器進(jìn)行復(fù)位建立零件坐標(biāo)系進(jìn)行檢測(cè)項(xiàng)目元素的測(cè)量進(jìn)行形狀、位置公差評(píng)價(jià)輸出檢測(cè)報(bào)告28關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024基于PC-DIMS關(guān)節(jié)臂零件檢測(cè)實(shí)例測(cè)量模型

29關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024（1）固定好機(jī)器。若機(jī)器置于金屬的工作臺(tái)上，建議選用磁力底座(圖a)，也可使用卡鉗進(jìn)行固定(圖b)；如為非金屬工作臺(tái)，建議使用卡鉗進(jìn)行固定；而在工廠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量建議采用三角架固定方式(圖c)。

（a）磁力底座（b）卡鉗（c）三腳架

30關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024（2）新建程序

命名零件名，修訂號(hào)和序列號(hào)可以不填，然后選擇測(cè)量單位，點(diǎn)擊“確定”，完成程序新建。如圖所示。

31關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024（3）導(dǎo)入數(shù)模在有CAD數(shù)模的情況下才執(zhí)行這步。從“文件”→“導(dǎo)入”→“IGES”從放置數(shù)模的文件夾下選則模型文件”，點(diǎn)擊“導(dǎo)入”→“處理”→“確定”，然后對(duì)線框模型實(shí)體化，最終導(dǎo)入的模型如圖所示。

32關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024坐標(biāo)系的建立

典型的“3-2-1”法建立坐標(biāo)系有三步：用平面的法矢量確定第一軸向；用直線的矢量確定第二軸向；用面、線、點(diǎn)確定三個(gè)軸向的原點(diǎn)。沒有CAD模型情況下，根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)基準(zhǔn)建立零件坐標(biāo)系；有CAD模型情況下，建立和CAD模型完全相同的坐標(biāo)系，需點(diǎn)擊CAD=PART，使模型和零件實(shí)際擺放位置重合。

33關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024（5）基本元素的測(cè)量。在軟件界面，把測(cè)量模式切換成“自動(dòng)測(cè)量”模式，用自動(dòng)特征在CAD模型上分別測(cè)量圓1、圓2、圓3、圓4、圓5和圓柱體1、圓柱體2，平面2，得出上述特征的理論值，然后選擇自動(dòng)測(cè)量生成的程序，單擊鼠標(biāo)右鍵，點(diǎn)擊“執(zhí)行塊”，如圖3.33所示，根據(jù)彈出提示對(duì)話框手動(dòng)測(cè)量上述特征（圖3.34），得到上述特征的實(shí)測(cè)值，最終測(cè)量的結(jié)果如圖3.35所示。34關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024（6）尺寸評(píng)價(jià)。本實(shí)例用的上的尺寸評(píng)價(jià)功能有“位置”、“同心度”、“同軸度”、“平行度”、“垂直度”。對(duì)于零件上的每一特征對(duì)象，一般圖紙上都給出了尺寸公差和形位公差，尺寸公差就是某特征單一尺寸的允許變化范圍，它給出了一個(gè)尺寸合格的條件；而形位公差約束了零件某一對(duì)象的形狀和置誤差，比如平面的平整度（平面度）、兩個(gè)平面的垂直度等。

35關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/2024（7）報(bào)告輸出。一般報(bào)告中需顯示圖片，以增加報(bào)告的生動(dòng)性。先將圖形窗口擺放到適當(dāng)?shù)奈恢?，并把圖形上的特征標(biāo)識(shí)符調(diào)整到合適的位置。36關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/202437關(guān)節(jié)臂式測(cè)量11/28/202438關(guān)