关节臂式测量课件

2/16/2021
关节臂式测量
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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。
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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，则需点击软件上的追加扫描图标，直到将数据扫描完
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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。
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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
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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
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（6）尺寸评价。
本实例用的上的尺寸评价功能有“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。
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（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。
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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。
图b 注册后完整数据
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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通用图形的标准格式；
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（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
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（c）三脚架
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（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。
c）FARO公司产品
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（d）ZETT MESS公司产品
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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。
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6自由度关节臂测量机
7自由度关节臂测量机
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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。
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
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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。
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。
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（a）CimCore公司产品
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（b）Romer公司产品
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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
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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
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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 。
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扫描采集数据 启动Geomagic Studio软件进行数据采集 ，按照
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
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基于PC-DIMS关节臂零件检测实例
测量模型
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（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。
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关节臂测量机激光扫描检测实例
实例对象为空调中隔板
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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 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。
Perceptron公司的 ScanWorks V系列激 光扫描头
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Romer公司的 G-Scan系列
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FARO公司的ScanArm V2、ScanArm V3系列
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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。
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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。
“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。
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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。
毕。
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的完整点云数据。
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。
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图a两次扫描数据
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测头 触发式测头 扫描测头
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触发式测头——可用于常规尺寸检测和点云数度较高，测量范围大，
死角较少，对被测物体表面无特殊要求
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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
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（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。
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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
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。
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图 空调中隔板多边形数据模型
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PC-DIMS工件检测流程
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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，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。