便携式三坐标测量仪功能用途介绍

三坐标测量技术及现代制造技术的迅猛发展，使得三坐标测量机得到广泛应用，由于它的通用性强，精度高，效率高，与CAD结合紧密，因此在几何量测量中，特别是汽车，航空，航天，机床和模具工业测量中发挥了重要的作用。

传统物模拟直角坐标的框架式三坐标测量机具有精度高，功能完善等优势，因而在中小尺寸工业零件的几何量检测中至今占有绝对统治地位。但是由于不便于携带和框架尺寸的限制，对于大尺寸的测量，现场的零件测量，较隐蔽部位的测量，以及大型飞机，航天飞机，火箭的测量，建筑和山川的测量等，它的应用受到了限制。因此在坐标测量概念的基础上，人们力争有所突破，便携式测量系统的出现，就迎合了这种需求。它有如下特点：

1） 在结构上突破直角框架的形式。

2） 在坐标系地建立上更多的应用矢量坐标系或球坐标系。

3） 在探测系统方面除了传统的接触式探测系统，更多的采用非接触式探测系统——光学或激光甚至雷达系统。

4） 由于计时系统的精确性大大提高，现在常常把距离的测量转化为时间间隔的测量。

5） 重量轻且便于携带

一、便携式三坐标测量机的定义及分类

便携式三坐标是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的、并方便携式带移动测量仪器，又称为便携式三坐标测量仪或便携式式三次元。

二、便携式三坐标测量机的分类

按工作原理分，便携式三坐标一般分为CCD、关节臂2种。

三、下面主要介绍一下关节臂测量机的工作原理及应用

1.关节臂测量机的工作特点

在检测空间一固定点坐标时，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时却有无穷的组合，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在于各转角的误差，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。

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10um级以上，加上只能手动，所以选用时要注意应用场合。

2.关节臂测量机性能评价方法

1）检测的项目

对测量机本身有三项检测，即：

等效直径性能检测：测标准球得到与校准值的最大偏差，此项检测用于判断机器是否超差，测头的回差大小及不合适的测头校准。

关节性能的单点检测：通过检测空间一固定被测点到参考点的距离误差，检测对同一点提供相同值的能力，表示关节臂各部分组合后的性能，利用统计的方法可以得到标准偏差及百分之九十五置信度进行距离测量。

空间检测：用已校准的标准器在量程内多个位置进行距离测量。

2）检测的方法

用户在检测开始前要按供应商要求提供合适的工作环境，按供应商推荐的安装程序安装测量机及指[定的测头并按供应商推荐的程序校准测头。

1.等效直径性能检测。在关节臂的行程中间处，对已校准的标准球测3次直径，每次测9点，然后计算与校准的最大偏差作出报告，检测球直径为10-15MM，刚性安装。

2.关节性能的单点检测。由于关节臂测量同一点时有无穷多的组合，为了最充分的检测所有臂的解码器在所测范围内的测量近似性能和重现的能力（重复性和重现性），设计了此项检测。

此测试是在关节臂测量机三个不同臂展的位置进行检测，第一个是在全臂展的20%处，第二个是在全臂展的20%-80%区域处，第三个是在全臂展的80%以外处。实验表明人工操作的测力随接触时间的延长而增加，所以在测量踩点后，侧头与被测物立即分开。

用硬的球测头检测：被测对象做成带倒角或锥体或三点分布的非过定位的标准器，对标准器在同一位置以不同方向测10次，其中5次的肘关节分别为左下、左上、中下、右上、右下的位置，然后肩关节改变180度在测5次，这10个方向的测试在三个臂展范围内都要进行。

用触发测头检测：前述的硬测头检测头是缺省的方法。用开关测头检测时其标准器为直径10-50mm的检测球，在臂展的每个范围测三个位置，每个位置用不同轴的方向测10次球心坐标，每个球心坐标由5个测点来拟合（1个在极点，4在赤道），测此5点时保持各臂的方向不变。

数据分析：对同一位置的十次测量分别计算中心的坐标然后求平均值，再求各中心对平均中心的标准偏差，用2σ原则来求得中心坐标的扩展不确定度。

3）空间检测。由于关节臂测量机没有固定的X,Y,z轴，所以在此把位移测量和空间性能测量综合为空间性能测量，其中心为用已校准的标准器在量程内许多位置进行距离测量。具体来说是棒球在2个垂直方向，10个水平方向和8个45度方向，每个位置测球棒5个数据，球棒长度为臂展的120%d到150%，以便臂能一次测到两球。

检测的环境要求

 1.温度和湿度。

 2.振动。

 3.电气。

 4.安装刚性和方向。

在验收方法中队以上提到的环境条件，厂家要做说明，并说明在非标准条件下对性能的影响，如果使用的环境条件与标准时的条件差别很大，那么要作补充实验，特别是等效直径试验和空间性能试验。

对于安装处各个方向允许的受力和力矩应有规定。

 5.合格判定准则

等效直径性能检测：若第一次不合格可以重作，总共可作3次，若3次均不合格则判测量机此项指标不合格。

四、如何选择合适你的便携式三坐标测量机

根据客户不同的操作需求、测量范围、测量精度、测量环境和设备的稳定性、售后服务的质量等，做出综合考虑。

一旦你确定了如何以及在何处使用测量机，有一些关键的性能需要进行考察，这包括了测量不确定度和工作效率。根据现行的国际标准，对于测量机的不确定度和检测程序在ISO10360中进行了描述。

ISO10360主要确定了以下三项误差：

A．长度测量最大允许示值误差MPEE (ISO10360-2 )

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。

B.最大允许探测误差MPEP (ISO10360-2)

C．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差值。

D.最大允许扫描探测误差MPETHP (ISO10360-4)。

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值为所有测量半径的最大差值。

在可接受不确定度水平上采集点的数量，确定了测量机的工作效率。一些测量机能够在一分钟内采集超过100个数据点，而可以达到非常接近计量型的精度。

测量机能够为现代制造业提供保证，因为它可取代平面的测量工具、固定的或定制的量规，以及精密的手工测量工具。他们在处理不同工作方面的灵活性使其成为一个主仲裁者。在为过程控制提供尺寸数据的同时，测量机还可提供入厂产品检验、机床的校验、客户质量认证、量规检验、加工试验以及优化机床设置等附加性能。对于固定资产的投入有许多要考虑的因素，但一但考虑到提高了生产效率、降低了成本并将生产纳入了控制，测量机就是测量和检测的最好的选择。优质的技术服务，将会协助您最大限度地发挥测量机的应用作用。

在选购了适用、可靠性能测量机的基础上，您还需要充分考虑到便携式式三坐标测量机供应商的技术实力和应用、技术服务能力，是否具有本地化的技术和长久综合发展实力，并拥有众多的客户群和广泛的认知。通过及时可靠的技术服务支持和备件保障，对于测量机的长期高效率运行提供保障。同时，拥有着专业的培训和应用支持队伍，使得客户能够从容应对纷繁复杂的各种测量任务。

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