SIGMA关节臂测量机的使用和维护

SIGMA关节臂测量机的使用和维护

哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 理化计量中心 崔柏慧 席岷 郑睿

邮编：150066崔柏慧 论坛用户名：huniang联系人手机：151******** 摘要：SIGMA关节臂测量机逐渐被越来越多的坐标测量机用户所熟知，本文除介绍SIGMA 关节臂测量机的性能特点外，将重点介绍此种测量机的一些使用和维护技巧和经验，包括其基本的安装、使用和特殊应用等，以作交流。

关键词：关节臂测量机 特殊应用维护

0引 言

关节臂坐标测量机是一种便携的接触式测量仪器，对空间不同位置待测点的接触模拟人手臂的运动方式。仪器由测量臂、码盘、测头等组成如图1（a）所示，各关节之间测量臂的长度是固定的，测量臂之间的转动角可通过光栅编码度盘实时得到，测头功能同三坐标测量机，甚至可以通用。就好比是直尺、量角器和铅笔的组合应用，如图1（b）所示。

（a）（b）

图1 关节臂坐标测量机示意图

关节式坐标测量机利用空间支导线的原理实现三维坐标测量功能，它也是非正交系坐标测量系统的一种。SIGMA关节臂测量机和三坐标测量机比较，它重量轻，可移动性好；整体精度较高，测量范围大，死角较少，被测物体无特殊要求；测量速度快，可做在线检测，适合车间使用；对外界环境要求较低，操作简便易学，特别适合复杂曲面和非规则物体的测量，可接激光扫描测头进行扫描和点云对比检测。下面将介绍SIGMA关节臂测量机的安装、使用和维护知识，简单的应用技巧，以及其特殊应用。

1 SIGMA关节臂测量机的使用

1.1 测量机的安装与连接

1.1.1 测量机的安装

底座的安装位置应选择在稳固、平整、结实牢固的平面，可以是铸铁平台、方箱、大理石平台或是钢性轨道等。如图2所示。底座安装好后，要将关节臂与

底座连接的臂沿竖直方向安放在底座上，然后锁紧位于底座中心的紧固螺母，将其它的测量臂放在安全稳定的位置。在次过程中要注意安装豁槽的选择，对于配有平衡支撑（带气撑的辅助结构）的测量机与底座凸起相配的是矩形豁槽，对于没有平衡支撑的测量机则要选择三角形的豁槽，如图3所示。

图2 关节臂坐标测量机底座的安装

(a)没有平衡支撑 (b)有平衡支撑

图3 关节臂坐标测量机的安装

选择适合具体测量任务的测头，在测头形状不受限制的情况下，尽量选择测头直径大的测头，以提高测量精度。安装测头时只需看准测头杆上的小圆孔，将小圆孔向着测量按钮的方向安装即可，如图4所示。

图4 测头的安装

1.1.2 测量机的连接

SIGMA关节臂测量机与软件相连接时有两种连接方式：无线连接和有线连接。

无线连接是通过一个带有无线信号接收卡的WBP进行通讯的，如图5（a）所示。此时要对电脑的无线连接的IP地址和测量机软件中的IP地址进行统一设置，要求在测量机软件中的连接窗口的设置对话框中将IP地址改为10.3.*.*（每

个WBP 的背面都标有其IP 地址），网关255.0.0.0，同时将电脑的无线连接中的IP 地址设为10.100.*.*，网关255.255.255.0，注意电脑中的IP 地址除第二位与测量机软件的IP 地址不应相同外，其它的均应一致。

有线连接是通过一个集线盒进行连接的，连接方法如图5（b ）所示。同样，电脑和测量机的IP 都要进行新的设置。测量机的IP 地址设为192.168.*.*（根据电脑设置即可），网关255.255.255.0；电脑此处采用本地连接，IP 地址设为：192.168.*.（255~0），网关255.255.255.0，但要注意此IP 的最后一位不能与测量机软件的相同。

（a ）无线连接

（b ）有线连接

图5 测量机连接示意图

1.2 测量机的操作

SIGMA 关节臂测量机测头的校验根据测量软件的不同，方法不尽相同，但原理基本一致，就是通过转动关节用测头的不同部位触测相同的若干点，最后拟合计算出测头的测量误差和补偿值，通常对于针形探针，校验结果通常要小于0.02mm ；对于3mm 的球形探针，校验结果通常要小于0.015mm ；对于6mm 的球形探针，校验结果通常要小于0.01mm 。

操作时，要求单手握好测头安装臂（通常为F轴，如图2所示），拇指朝向有按钮的一侧，为了在测量过程中保持稳定，另外一只手可以进行辅助支撑，但不要碰到测头。测量元素时，测头应尽量避免与测量面垂直接触，并且一定要掌握好接触力度，既不能太轻，容易采不到实体上，也不能太重，造成工件变形，最好是另一只手在F轴臂处支撑一下测头，感觉测头接触到工件表面即可，在采点

WBP 信卡）

前在原地晃动一下测头然后再按键进行采点，保证测头与测量表面接触充分。

软件的操作对于不同版本种类的测量软件有所不同，但是都是坐标测量机的适配软件，如PC-DMIS、Power Inspect等，它们的基本原理都是首先采集建立坐标系的元素，建立坐标系（3-2-1法），然后在此坐标系下测量要测的元素，构造元素，最后在按要求进行评价，其间都可以对坐标系进行平移和旋转。

在检测空间一固定点坐标时，关节臂测量机与普通的直角坐标系测量机完全不同，在测头确定的情况下直角坐标测量机的各轴的位置对于固定空间点是唯一的。而关节臂测量机各臂对测头测量一固定点时却又无穷的组合，即各臂在空间的角度和位置不是唯一的，因而各关节在不同角度和位置的误差极大影响着对同一点的位置检测误差。测头距各关节的距离不同，转角误差对测量结果的影响也不同，越靠近基座处的关节转角误差对测量结果影响越大。因此在测量过程中应规划好测量机安装的方位，减少靠近基座处的关节（通常为A轴）的转动，还要兼顾测头的极限位置，要确保在测量工件时不会因为到了极限位置而重新定位。

由于关节臂测量机的检测精度不如固定式的三坐标测量机，因此在选择检测对象时一定要考虑好其测量不确定度是否可以满足检测对象的要求。测量过程中也要注意工作平面的选择，注意避开加工疵点。同时，对于工件，在测量前一定要固定好，由于手动触测的力度不稳定，所以一定要固定好被测工件，防止其在检测过程中产生移动。

2 SIGMA关节臂测量机的特殊应用

2.1 SIGMA关节臂测量机的大尺寸测量

对于较大的被测对象，可以使用关节臂测量机进行现场检测。但由于关节臂长的限制，它的测量范围最长可以到4m。对于更大型的被测对象，SIGMA关节臂测量机便可以采用“蛙跳”的方法(公共点坐标转换法)，或附加扩展测量导轨支架的方法来扩大其测量范围。检测流程图如图6所示。

图6 重新定位进行大尺寸测量流程图

2.2 SIGMA关节臂测量机的数字化应用

与三坐标测量机相同，SIGMA关节臂测量机也可以结合已有工件的CAD模型进行检测。将CAD模型导入后，可以在模型上选择要测量的元素，然后在进行测量，测量软件会根据模型给出所测实际元素与理论尺寸的偏差。

对于被测工件上没有可以建立坐标系的特征元素的情况，还可以使用自由形状对齐定位或是拟合坐标系的方法建立坐标系。这种方法需要在曲面上采集一定数量的动态点或定位元素，然后根据这些动态点的实际坐标将工件的实际坐标最佳拟合成和CAD数模统一的坐标系。

当客户有特殊要求，检测工件指定的某一截面和数学模型是否有偏离时，还可以使用截面组功能，在截面组内可以以点云的方式仅测量所设定截面上的点的

坐标值，并能按所设截面直观地显示截面上所测各点和理论位置之间的偏离程度，如图7所示。

图7 截面示意图

2.3 SIGMA关节臂测量机的逆向工程应用

SIGMA关节臂测量机可接激光扫描或接触测头进行扫描和点云对比检测，特别适合复杂曲面和非规则物体的测量。和三坐标测量机比较，关节式坐标测量机的测头安置非常灵活，和其它光学测量系统比较，它不需要测点的通视条件，因此在一些测点通视条件较差的情况下(隐藏点)，非常有效，例如汽车车身内点的测量等。

在产品研制测绘过程中，SIGMA关节臂测量机可以扫描得到大量的点云，然后可以通过专门的软件对测得的点云进行处理，得到产品的外形，也可以在有产品数模的情况下将点云与理论模型进行比对检测，得到产品加工的信息。

3 SIGMA关节臂测量机的维护

3.1 环境

尽管SIGMA关节臂测量机对于环境的要求不是很严格，但是仍要注意不要在超出其温湿度(可在0℃～46℃,湿度小于80%的环境下使用)要求的情况下使用。

要避免安装位置有强烈的震动，注意平时安放场所的清洁度，不要有粉尘和油污等物，不使用时尽量将其罩起或放入仪器配套的箱子中。

3.2 人员

操作人员要注意所选测头能否适合被测对象表面，如果被测对象材料很硬且很粗糙，就不要选择易磨损的针形测头、金属测头进行测量。

在进行测量机操作时，要注意测头与测量表面的接触力度，不能突然猛烈接触测量表面，造成测头弯曲损坏。

最为重要的是，要在进行软件操作的过程中，做好测量机的固定工作，或是让其两臂放在工作台上，或是将支撑装置锁紧稳妥，以免测量机突然下垂，造成测头损坏。

3.3 日常维护

在日常维护时，应定期清洁，但不要随意拆卸或是碰触关节内部，做好仪器的防尘工作，定期验证测头是否准确。连接配件要放在固定位置，不要与其它设备的附件混淆，电脑应定期杀毒，不要随意更改电脑的IP地址。

4 总结

关节臂测量机作为当今精密测试技术的发展标志，近年来开始受到越来越多人的关注。尤其是伴随着以数字制造为核心的先进制造技术的迅猛发展，关节臂测量机的出现不仅为先进制造技术提供了质量技术保证，更为产品生产效益的提高做出了贡献。本文主要介绍了SIGMA关节臂测量机的性能特点，及其一些使用和维护技巧和经验，包括其基本的安装、使用和特殊应用等，全当交流只用，不足之处还望指正。

参考文献：

[1] 叶声华，王仲，曲兴华．精密测试技术展望．中国机械工程，2000，11(3)：262～264．

[2] 黄桂平，钦桂勤．大尺寸三坐标测量方法与系统．宇航计测技术，2007，27（4）：18.

[3] 海克斯康技术中心.《实用坐标测量技术》.中国工业出版社.2007

[4] 陆佩弘.便携式三坐标测量机在大型设备维修中的应用.设备管理与维修.2007,10:38