关节臂测量机调研报告

关节臂测量机的定义：关节臂测量机是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。

很明显它不是一个直角坐标测量系统，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(自转)，一般用三个“-”隔开的数来表示肩、肘和腕的转动自由度，2-2-3 配置可以有a0-b0-d0-e0-f0 和a0-b0-c0-d0-e0-f0-g0 角度转动的关节臂测量机，为了适应当前情况，关节数一般小于7，目前一般为手动测量机。

工作原理：关节臂式测量机是一种新型的非正交式坐标测量机，它以角度基准取代长度基准，将若干杆件和一个测头通过旋转关节串联连接，一端固定，另一端(测头)在空间自由运动，构成一个球形测量空间。

一般它由基座、6个关节、2个臂，以及测头等部分组成，该测量系统具有空间六自由度，可以方便地实现复杂工件的测量。

关节臂式坐标测量机以各个关节的转角和作用臂作为测量基准，通过坐标系变换实现坐标测量。

因此，数据采集系统中首要测量的参数为各个关节的转角，作用臂长通过机械结构的标定来确定。

特点：在检测空间一固定点时关节臂测量机与直角坐标系测量机完全不同，在测头确定情况下直角坐标测量机各轴的位置X，Y，Z 对固定空间点是唯一的、完全确定的；而关节臂
测量机各臂对测头测量一个固定空间点却有无穷的组合，即各臂在空间的角度和位置是无穷多、不是唯一的，因而各关节在不同角度位置的误差极大影响了对同一点的位置检测误差。

由于关节臂测量机的各臂长度固定，引起误差的主要因素为各转角的误差，因此转角误差的测量和补偿对提高关节臂测量机的精度至关重要。

探测系统(测头)距各关节的距离不同，根据实验和理论推导，不同级的转角误差对测量结果的影响是不同的，越靠近基座处关节的转角误差对测量结果影响越大。

由于关节臂测量机是固定于基座上，基座的的固定方式及刚性对测量精度及重复性的影响亦不能忽略。

关节臂测量机可能有测量死角或精度特别差的区域，供应商应加以说明。

关节臂测量机是便携式的，工作环境条件变化很大，因此在验收方法中对环境条件作了特殊说明。

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。

应用领域：
汽车及其零部件制造商
汽车内饰
航空航天零部件制造商
重型设备及其零部件制造商
船舶和造船
机械制造
家具制造业
土木工程
新能源及其零部件制造商
轨道交通
适用于检测、逆向工程、快速成形、3D建模。

此设备的特别功能是在扫描黑色和高反光材质时无需喷显影剂，提供了更好的表面扫描性能
坐标机精度评定标准：ISO 10360
1994年，ISO 10360 国际标准《坐标测量机的验收、检测和复检检测》开始实施。

这个标准说明了坐标测量机性能检测的基本步骤。

中国目前实行的测量机国家标准
GB/T16857.2-1997 《坐标计量学－第二部分：坐标测量机的性能测定》便等同于ISO相应标准。

ISO主要包含三个主要参数：长度测量最大允许示值误差(MPEE)、最大允许探测误差(MPEP)；对于扫描测量，采用最大允许扫描探测误差(MPETHP)
标准的这个部分适用于所有的测量机。

它描述了坐标测量机的两个基本定义：长度测量最大允许示值误差(MPEE)和最大允许探测误差(MPEP)
长度测量最大允许示值误差MPEE：
在测量空间的任意7种不同的方位，测量一组5种尺寸的量块，每种量块长度分别测量3次所有测量结果必须在规定的MPEE值范围内。

最大允许探测误差(MPEP)
25点测量精密标准球，探测点分布均匀。

最大允许探测误差MPEP值为所有测量半径的最大值。

ISO 10 360-3 (2000) “配置转台轴线为第四轴的坐标测量机”
对于配备了转台的测量机来说，测量机的测量误差在这部分进行了定义。

主要包含三个指标：径向四轴误差(FR)、切向四轴误差(FT)、轴向四轴误差(FA)。

ISO 10 360-4 (2000) “扫描测量型坐标测量机”
这个部分适用于具有连续扫描功能的坐标测量机。

它描述了在扫描模式下的测量误差。

大多数测量机制造商定义了"在THP情况下的空间扫描探测误差"。

在THP之外，标准还定义了在THN、TLP和TLN情况下的扫描探测误差。

最大允许扫描探测误差(MPETHP)：
沿标准球上4条确定的路径进行扫描。

最大允许扫描探测误差MPETHP值为所有扫描半径的最大差值。

注：THP的说明必须包括总的测量时间，例如：THP = 1.5um （扫描时间是72 秒）THP说明了沿已知路径在密度最大的点上的扫描特性。

ISO 10 360-4 进一步说明了：TLP: 沿已知路径，以低密度点的方式扫描。

THN: 沿未知路径，以高密度点的方式扫描。

TLN: 沿未知路径，以低密度点的方式扫描。

工作温度：0°C - 50°C (32 °F - 122°F) 存储温度：-30°C - 70°C (-22°F - 158°F) 相对湿度：95% 非冷凝
厂家及标配：
1、美国FARO关节臂，进入国内市场较早，目前排名世界第一
2、海克斯康的是Romer，有法国工厂和美国工厂。

3、日本三丰早起的都有romer代工，现在的nikon的关节臂也是romer的第六代技术。

4、纯日资工厂还有一款tts。

faro标准配置：主机，cam2软件，电脑，标准球，原装进口磁力底座，2个测头。

romer标准配置：主机，pc-dmis软件，电脑，标准球，标准尺，原装进口磁力底座，3个测头。

TTS标准配置: 主机，tts自己软件，电脑，标准球，测量车，测头。

关于辅助件蛙跳：
通过蛙跳技术（转站技术），可以将坐标系进行平移、拟合，从而将测量行程扩大1~2倍，每次蛙跳，损失精度0.02mm左右；不建议用户做2次以上的蛙跳（会导致精度不准确。

）
使用步骤：
1、固定机器
2、检查机器电源是否稳定与接地
3、图纸分析：找出测量基准，确定测量不确特征元素，以及应用这些元素进行位置公差的
评价基准
4、固定好工件，确保在机器的有效范围内能把工件一次测量完整，若要做蛙跳先规划好
5、开启机器电源开关，对机器进行复位(找零点)
6、建立零件坐标系
7、进行检测项目元素测量
8、进行形状位置公差评价
9、出具检测报告
使用中注意：
1、首先检查磁性底座是否有铁销或污染等杂物，确保磁力底座是平稳的
2、测量时，不要使用很大的力量压迫测头
3、使用测量时，应尽量保持一只手扶腕部（EF轴），另一只手扶测量机的肘部（CD轴）。

保养篇：
保持清洁：每月至少一次使用酒精擦拭测头
每月至少一到两次使用棉布(无纺布为最佳)擦拭标准棒，涂防锈油(以WD40为最佳)
每月检查连接电缆状态一次。

选用干净的清洁布蘸清水擦洗连接电源，然后使用干布将电缆上的水分擦拭干净
每月检验一次测量设备的螺钉紧固状态
每月用酒精清洁机器的各个螺钉和易生锈部位，待酒精干后使用干净的布蘸防锈油擦拭各个螺钉和易生锈部位
每月使用干棉布擦拭测量设备的所有部件表面
测量设备存放是，请放在干燥通风的地方，以下几个地方，请勿存放设备
1、潮湿的地方；
2、长时间接受太阳暴晒的地方；
3、勿在雨季将测量设备存放在能被雨淋
到的地方，如果测量设备固定在某一个地方长期使用，每周至少检查一到两次设备的稳定性。

使用篇
安装或短距离搬运测量设备时，只能通过测量设备背部提拎设备
移动测量设备到其他工作地点时，使用设备配备的运输包装箱托运。

在运输前，请查看包装箱的锁扣是否扣好。

测量设备安装时，首先检查磁性底座底部是否有铁屑或污垢等杂物。

若有请将杂物清除，保持磁性底座干净，以保证磁性底座与台面能够牢靠吸实，以免由于底座存在杂物导致磁性底座磁力不足发生侧翻磕碰设备。

进行测量时，不要使用很大的力量压迫测头，压力过大可能导致工件表面产生变量。

导致测量数据不精确。

使用测量设备时应尽量保持一只手扶腕部，另一支手扶测量设备的肘部。

检验篇
1、测量设备要配备UPS在线稳压电源
2、请将原始数据备份一份，及其他的参数盘
3、每周检验一次机器的单点重复精度和长度重复精度，并将检验后的精度检验报告保存到
同一个文件夹内作为以后判断机器精度是否合格的依据，建议每年进行一次设备校准。

相对三坐标测量机的主要优势：
1、体积小、重量轻、便于携带。

关节臂式坐标测量机通常只有5-10kg，由测量臂组成，占
用空间小，可以放置于方便携带的专用行李箱中，非常适用于室外测量以及测量物体不能移动的场合。

2、量程范围大。

三坐标测量机需要在量程范围内安装导轨、标尺及驱动装置，增加量程就
会大大地增加测量机的体积和重量，并造成生产成本的提高，而关节臂坐标测量机采用关节臂连接的形式，增加量程只要加长测量臂的长度即可。

3、基本无测量死角。

三坐标测量机的测量向量取决于测头测角，对于中空、不规则的零部
件的内部表面等情况很难在全部空间测量，存在测量死角；而经过杆长设计优化之后的关节臂式坐标测量机，由于具有多轴串联结构，几乎可以探触到测量空间的任意位置。

4、运动灵魂，操作简单。

关节臂式坐标测量机结构轻便，是被动式测量机，依靠测量者的
引导操作达到测量位置，操作简单容易。

5、价格适宜。

通常同样量程范围的两种测量机，关节臂式坐标测量机的价格仅是三坐标测
量机的1/2到1/4,。

关节臂式坐标测量机有利于测量机的推广以及测量技术的普及。

由于坐标测量机的使用需求不断扩大，以及关节臂式坐标测量机所拥有的上述优点，在精度要求不是很严格的场合，比如机械零件和中小型物件的快速测量与逆向工程应用方面，关节臂式坐标测量机的需求和应用越来越广泛，是正交型坐标测量机应用领域的有益补充与替代装备。

而且，随着其测量精度的不断提高，可以预见，将会逐步取代诸多领域中常规坐标测量机的应用。

因此对提高关节臂式三坐标精度的研究就显得非常重要，将有力地促进其广泛应用。

关节臂式坐标测量机的国外研究与产品应用现状
1、关节臂式坐标测量机国外研究现状
国外对。