(高清版)GBT 16857.12-2022 产品几何技术规范（GPS） 坐标测量系统（CMS）的验收检测和复检检测 第12部分：关节臂式坐标测量机

检测第12部分：关节臂式坐标测量机Geometricalproductspecifications(GPS)—Acceptanceandreverififorcoordinatemeasuringsystems(CMS)—Part1国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会 I Ⅱ 1 2 5 7 77合格判定 9产品文件和数据页中的说明 附录A(资料性)表格 附录B(规范性)复现参考检测长度的标准器 附录C(资料性)标准器的找正 附录D(资料性)期间核查 24附录E(规范性)检测关节臂式坐标测量机的扫描探测系统 26附录F(规范性)通过连接检测长度进行长度误差测量 27附录G(资料性)可选万向探测尺寸和形状误差 附录H(资料性)长度测量误差的可选重复性范围 参考文献 33I ⅡGB/T16857《产品几何技术规范(G制定可填补我国坐标测量机验收检测和复检检测标准的空白，有助于各相关GB/T16857拟由14个部分构成。——第2部分：用于测量线性尺寸的坐标测量机。目的在于规定用于测量按照制造商给定的特性指标进行验收检测的验证方法，以及用户对测量机进行周期复检检测 -第3部分：配置转台的轴线为第四轴的坐标测量机。目的在于规定验证一台由制造商所规定的四轴坐标测量机性能的验收检测规范，以及用户能定期再验证四轴坐标测量机性能的复检 -第4部分：在扫描模式下使用的坐标测量机。目的在于规定在扫描模式下使用的坐标测量机 第7部分：配置影像探测系统的坐标测量机。目的在于规定验证用于测量尺寸的坐标测量机 第8部分：使用光学距离传感器的坐标测量机。目的在于规定由坐标测量机制造商或用户规 —第9部分：配置多种探测系统的坐标测量机。目的在于规定配备接触/非接触 第901部分：配置多影像探测系统的坐标测量机。目的在于规定对配置多影像探测系统的坐第10部分：激光跟踪仪。目的在于规定激光跟踪仪性能的验收检测规范和用户定期再验证激 第11部分：工业CT。目的在于规定以基于X射线衰减的X射线计算机断层扫描(CT)原理Ⅲ11范围本文件适用于使用接触式测头和可选光学距离传感器配件(也称为线激光扫描仪或线激光测头)的验收检测是通过测量经校准的检测长度验证制造商规定的性能。复检检测是臂式坐标测量机的性能进行复检。附录E中给出了扫描仪配件检测的详细信息。——由制造商或用户规定关节臂式坐标测量 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文ISO10360-1产品几何量技术规范(GPS)坐标测量机的验收检测和复检检测第1部分：词汇[GeometricalProducturingmachines(CMM)—Part1:VoISO10360-5产品几何技术规范(GPS)坐标测量系统(CMS)的验收检测和复检检测第5部分：使用离散点和/或扫描测量模式的单触针和多触针接触式探测系统的坐标测量机[Geometricalproductspecifications(GPS)—Acceptanceandreverificationtestsforcoordinatemea(CMS)—Part5:Coordinatemeasuringmachines(CMMs)usingsingleprobingsystemsusingdiscretepointand/orscanningmeasuringmode]ISO10360-8:2013产品几何技术规范(GPS)坐标测量系统(CMS)的验收检测和复检检测第8ISO10360-9:2013产品几何技术规范(GPS)坐标测量系统(CMS)的验收检测和复检检测第9cationtestsforcoordi23术语和定义ISO10360-1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。关节臂式坐标测量机articulatedarmcoordinatemeasuringmachine用于测量空间坐标且包含下列要素的系统：——多个固定长度段的开放链；——将段与段、段与探测系统互连，并将它们与固关节臂式坐标测量机相邻元件之间的连接件，使这些元件之间存在单一旋转自由度。关节组件jointassembly关节臂式坐标测量机的两个相邻元件之间的两个或多个关节构成的组件。图1关节臂式坐标测量机3图1关节臂式坐标测量机(续)aCTE范围为8×10-⁶℃-¹至13×10-⁶℃-¹的材料。4铰链座kinematicseat可重复地将球面的中心保持在空间中固定位置的机械座(巢)。单点万向检测single-pointarticulationtest关节臂式坐标测量机测头保持在铰链座内，同时肘部位置旋转180°的检测。接触式万向位置误差articulatedlocationerror,tactile当使用接触式测头时，通过执行万向位置检测获得的包含五个球体中心点的最小外切球体的直径。双向长度测量误差lengthmeasurementerror,bidirectional执行双向点到点距离测量时的示值误差。执行单向点到点距离测量时的示值误差。接触式探测形状误差probingformerror,tactile使用接触式测头在检测球表面测量25个点，以高斯(最小二乘)拟合确定的高斯径向距离的变化范围表示的示值误差。接触式探测尺寸误差probingsizeerror,tactile使用接触式测头测得球形标准器表面25个点，通过高斯(最小二乘)拟合确定的直径示值误差。技术规范允许的接触式万向位置误差LD₅×5:Ar,TatAAm的极限值。5双向长度测量最大允许误差maximumpermissibleerrorofbidirectionallengthmeasur接触式探测形状最大允许误差maximumperPForm.Sph₁×25:TactAArPsie.sSph₁×25TactAAr[来源：ISO/IEC指南99:20074符号表1中的符号适用于本文件。6表1符号(续)ODS探测形状误差(基于ISO10360-8)*ODS探测形状离散误差(基于ISO10360-8)*ODS探测尺寸误差(基于ISO10360-8)*All探测尺寸误差(基于ISO10360-8)ODS探测形状最大允许误差(基于ISO10PForm.Ssb.D₀5%,.00SAAm探测形状离散最大允许误差(基于ISO10360-8)Psm.sphl×2s.,OD₈AArODS探测尺寸最大允许误差(基于ISO10All探测尺寸最大允许误差(基于ISO10360-PForm.Pa.D₉5%,.00SAAr探测平面形状最大允许误差(基于ISO10360-8)多系统探测形状误差(基于ISO10360-9)多系统探测尺寸误差(基于ISO10360-9)多系统探测位置误差(基于ISO10360-9)*多系统探测形状最大允许误差(基于ISO10360-9)多系统探测尺寸最大允许误差(基于ISO10360-9)多系统探测位置最大允许误差(基于ISO10360-9)*双向长度测量误差的重复性范围单向长度测量误差的重复性范围万向探测形状误差万向探测尺寸最大允许误差PForm5×5;Art,TaetAAr万向探测形状最大允许误差·结尾限定符，“.AArm”,表示相关ISO10360部分这些符号与计量特性相关，其规格和检测是可选的(非规范性)。7 这些条件的示例方法)。制造商应在出版文献中的单独位置提供MPE以及保证MPE有效的工作8不旋转探针或改变探针的方向，在检测球上探测25个点。这些点应—-一点在检测球的极点(由探针方向确定)上；用第一位置和第二位置分别探测全部25个测量点，计算出高斯(最小二乘)拟合球。高斯(最小二乘)拟合球的直径DMa中减去直径的校准值DRd,得到Pscsph₁×25=Dxc-DRd。各位置探测尺寸误差9用第一位置和第二位置分别探测全部25个测量点，计算出高斯(最小二乘)拟合球。对于25次测量中的每次测量，都要计算出高斯半径距离R,记录25个点相对于高斯(最小二乘)拟合球心的半径变化范围作为探测形状误差：PForm.Ssh₁×25=Rmax-Rmi。每个位置的探测形状误差应与制造商规定的6.3万向位置误差6.3和6.4的原理是将关节臂式坐标测量机的所有铰接关节都包括在本文件的性能评价中。6.4中节和第七个(如有)旋转关节；6.3中的评估侧重于该关节组件的评估。检测程序是通过在腕上铰接的个点探测了检测球，并计算了高斯(最小二乘)球中心位置。理想情况下，五个如果关节臂式坐标测量机在第七轴上配备有旋转关节，则探针可在方向，在测量空间的任意两个位置安装检测球(参见3.5的注3对于给定的探针方向，五个测量点在检测球的半球上均匀分布。然而，25个图3极点长度误差评估的原理是使用参考检测长度(可溯源到米),评估关节臂式坐标测量机的测量能力是否在制造商规定的长度测量最大允许误差范围内。制造商可选择提供单向长度测量最大允许误差对不带工件热膨胀补偿的关节臂式坐标测量机，参考检测长度的温度热膨胀误差主要来源于参考检测长度的CTE的不确定度(即导致了不完整的热膨胀修正),因此本文件要求在标准器制造商的规范中提供参考检测长度CTE的扩展不确定度。有些关节臂式坐标测量机，在操作说明书规定作为自动温度补偿系统的范围也是操作条件的一部分。制造商应规定参考检测长度CTE的最大允许扩展不确定度(k=2)。制制造商可以规定对参考检测长度CTE的限制。如果制造商的规范中标明参考检测长度非常规CTE材料，则相应的EUn,MPe和/也可是多个标准器。五个检测长度中最长的至少应为测量范围的66%。五个检测长度应分布均匀。附录B描述了适用于单向和双向检测的参考检测长度。关节臂式坐标测量机有一个带旋转关节“a”的竖轴“z”,如图1所示。为了进行检测，检测人员构建参考检测长度的中心。特定测量的方位角定义为基准面和测量平面之间的角测量线方向方位角/()70如图4所示。最大参考检测长度的端点应位于一个球形包络面内，覆盖测量范围的60%至100%。11GB/T16857.12—2022根据制造商的标准流程配置和标定探测系统(见5.2)。对五个参考检测长度分别测量获得三个测量结果。对所有七条测量线重复上述步骤，利用参考检测长度获得105个测量结果。如图5所示，每个点都可以用关节臂式坐标测量机的肘部左转(L)、肘部置于高处(O)或肘部右转(R)进行测量。图5肘部位置因为每个长度测量包括测量参考检测长度上的第一点(如L、0或R)和第二点(如L、O或R)的步骤，所以在测量每个参考检测长度的两点时有九种可能的肘部位置组合。使用缩写，九个组合是LL、表3测量第一点和第二点的交替肘部方向示例重复1123456长度编号重复1重复3789量范围的50%,测量进行一次。制造商可以校准这个参考检测长度的CTE。对于105次测量和(必要时)根据6.4.3.3进行的附加测量，通过取测量值(示值校准值之间的差值，计算单向长度测量误差Eui,或双向长度测量误差Em或同时计算Eum和Eg。如果关节臂式坐标测量机有温度修正附件，可以修正参考检测长度的热致误差(包括热膨胀)。当环境条 接触式探测形状误差PFormSoh1×2s不大于由制造商规定的接触式探测形状最大允许误 接触式探测尺寸误差的绝对值PsSsh1×25不大于由制造商规定的接触式探测尺寸最大允许误——接触式万向位置误差LDs×5.ART不大于由制造商规定的接触式万向位置最大允许误 单向长度测量误差Eu;的绝对值在由制造商 双向长度测量误差En的绝对值在由制造商规定的双向长度测量最大允许误差EB,MPE的范如果两个位置的检测没有达到探测形状误差或探测尺寸误差的性能在可能影响测量结果的故障。排除故障后，在两个位置的相关检测仅允许重复一次。原测量结果应如果万向位置误差的性能未通过检测验证，应检查探测设备是否存在可能影响测量结果的故障。35组三次重复测量中最多允许五组，且每组的三个值中只允许有一个(且不超过一个)不符合验收考虑到检测值的不确定度，如果三次重复测量检测长度标准器的示值误差都在制造商的规范范围8应用本文件所规定的复检检测可用于组织内部的质量保证体系，用于验证关节臂式坐标测量机测量线在组织内部的质量保证体系中，周期性地使用简化的复检检测来检查关节臂本文件中使用的符号PForm.Sph.1×25::Tact,AArmPpoarm,sph1×25,TatAArPForm.Sph.1×25::Tact.Psizc.Sph1×25,TactAArPSize.Sph.1×25::Tact.AArm,MPForm.Sph.1×25::ODS.AArmPSize.Sph.A11::ODPForm.Sph1×25.,ODSAArPForm.Sph.1×25::ODS.AArm,MPEPForm.sph.D5%.ODSAAPForm.Sph.D95%::ODS.Psm.sph.1×25,,ODSAArPForm.Pla.D95%::ODS.AArmPForm.Pla.D95%::ODS.AArm,MPEPSize.Sph,1×25::MPS.AArmPForm.Sph1×25::MPSAArPForm.Sph.1×25::MPS.PForm.5×5:Art:Tact.AArmRBi.0::Tact.AArm,MPEPsm.5×5,Art,Tat.AArPForm.5×5,Art,TactAArPForm.5×5:Art:Tact.AArm,MPE(资料性)表格通用规范和额定工作条件的记录格式示例见表A.1,制造商的性能规范和检测结果记录格式示例表A.1通用规范和额定工作条件a.测量范围_m电流短暂持续时间℃AV V_sc.温度范围工作热梯度极限d.电气电压瞬时最大值e.允许的方向(垂直、水平等) ℃ ℃ V V h.预热时间i.温度范围j.相对湿度℃数值，MPE序列号最终检测结果(合格/不合格)(规范性)B.1通则经校准的激光干涉仪的空气折射率的CTE为零(a=0)。因此，如果用激光干涉仪提供参考检测件(材料)温度传感器，则激光干涉仪软件中的工件CTE应设置为0。如果用激光干涉仪测试带温度补B.2.1一般要求双向测量校准规代表一个双向参考检测长度。双向测量涉及到在量规的每表点(详解见ISO10360-8,适用于光学距离传感器),从测针直径相反的方向探测点(外部双向测量的示例见图B.1)。在一条测量线上，不应混用内部和外部双向测量。以下描述了几种可能的双向测量一些光学距离传感器可以在没有探测运动的情况下获得探测点。但元尺寸误差和形状误差相关的误差。如果是关节臂式坐标测量机，可以将探头单参考检测长度可通过单点到单点双向测量参考步距规测得(见图B参考检测长度可通过单点到单点双向测量经校准的量块测得(见图B.1参考检测长度可通过球棒/球板上每个球的四个特定点测得[见图B.1c]]。这种测量相当于单点B.2.5基于光学探测的双向激光干涉测量参考检测长度可通过激光干涉仪和尺寸实物标准器组合提供。参考检测长度是尺寸实物标准器的校准长度和经校准的激光干涉仪的位移之和。在初始位置测量尺寸实物标准器的一个点(单点或代表点),然后在第二个位置测量尺寸实物标准器的相对面的一个点(用单点或代表点)[见图B.1d接触式探测模式下标准器的测量必须使测头与参考检测长度相关联。将反射标测量机的探针上，然后用干涉仪测量反射镜的位移得到的测量值不被视为6.4中表述的有效的长度B.3.1一般要求校准量规的单向测量值表示单向参考检测长度。单向测量采用探测量规上校准点(探测点或代表点),并从名义上相同的方向感测这些探测点(见图B.2)。一个方向的单向测量和对侧面的单向测量不一些光学距离传感器可在不探测运动的情况下获得探测点。但是，传感器，建议遵循图B.2所示的探测方向。1——位置1;图B.2单向测量示例B.3.2量块参考检测长度可通过单点到单点测量一块或多块研合的经校准的量块测得[见图B.2a]]。校准程序见附录C。建议各探测点与量块的校准点重合。B.3.3以单向方式测量的步距规参考检测长度可通过单点到单点单向测量经校准的步距规测得(见图B.2b)]。校准程序见附录C。B.3.4以单向方式测量的球棒/球板可通过球棒/球板上获得单向参考测长度。检测期间使用的探测策略不同则所需的参考检测长度有所不同。使用图B.2c)所示的测量策略，参考检测长度等于校准球体中心到中心的长度，加上第一个球体校准直径的一半，减去第二个球体校准直径的一半。使用图B.2c)所示的测量策略，第一个球置于左侧，第二个球置于右侧。Lum(参考检测长度)=Lalbratedee+Dira/2-Dcd/2检测长度Lum(测量值)的计算宜与参考检测长度的计算一致，均利用测得的中心到中心距离和测利用这些点位置得出的结果等同于单点到单点测量结果。仔细选择这些点位置[特别是图B.2d]]可以使用激光干涉仪和实物标准器通过两个探测点或两个代表点测量参度就是经校准的激光干涉仪系统记录的位移。在初始位置用单点或代表点(详解见ISO10360-8,适用校准点(见图B.2e)]。接触式探测模式下标准器的测量应使测头与参考检测长度相关联。将反射镜测量机的探针上，然后用干涉仪测量反射镜的位移得到的测量值不被视为6.4中表述的有效的长度测参考检测长度可视为是两个运动座(巢)中心至中心长度，如图B.2f)所示。运动座直接用关节臂B.4基于单向长度误差和探测尺寸误差的双向在这种情况下，若以下不等式成立，关节臂式坐标测量机满足制造商的双向长度技术指标En,而|Euml+max(|Psc.sh₁×25ILoe,|P(资料性)标准器的找正C.1通则为了比对坐标测量机的测量长度与参考检测长度，应该对参考检测长器的校准证书已提供找正操作指南，那么在长度测量之前宜按照操作指南执行。如果校准证书中无找C.2平行面标准器测头多点探测一个测量面确立一个(最小二乘法拟合)基准面。垂直于平面的方向是基准方向(量对于相对于测量面尺寸非常长的一些量规(例如，当检测长度标准器大于测量面尺寸的10倍时),测量的单点(代表点)构建投影到基准方向上的点到点长度，然后将投影长度与标准器的校准值进行C.3球棒/球板双向测量中找正球棒或球盘的方法是每个球测量四个点(代表点),一个点位于球体上并与量规轴线相交(即端点),另外三个点空间90°间隔，位于球体上垂直于量规轴线并通过球心的平面内的球上图C.1显示用于双向球杆测量的每个球体的四点探测模式的视图(资料性)期间核查D.1通则单点万向检测是关节臂正确操作和补偿的一种快速有效的期间核查方法检测方法。已知长度的附加测量(例如从长度误差检测中选择的测量)也是较为实用的D.2单点万向检测SPATD.2.1原理单点万向评估的原理是测量关节臂式坐标测量机球形测头(接触式测头)在铰链座中的位置变化，此时关节臂式坐标测量机关节的肘部围绕底座旋转。在旋转过程中，测量10个点。10个点的测量坐标和平均坐标之间的最大距离产生单点万向(SPAT)误差。制造商提供最大推荐值。SPAT误差的绝铰链座可以是锥形槽或三面体槽。可以在底座底部放置磁铁，以帮助操作建议，放置在运动座上的球心位置重复性小于或等于SPAT最大推荐值的20%。8通过对10个测量值求平均值，找到测头针尖的平均笛卡尔坐标。分别计算X、Y和Z方向范围的一半。这三个范围值中的最大值是SPAT误差。如果SPAT误差超过制造商提供头的25个点。待测量包括多探测系统形状误差(规范性)通过连接检测长度进行长度误差测量如果参考检测长度无法超过测量范围的66%,则经双方同意，可使用以下两个参考检测长度测量的连接方法。该方法不应使用于小于测量范围的66%的已校准检测长度。F.2使用级联检测长度的长度误差使用连接长度进行长度误差评估的原理是使用两个以米计的已校准检测长度，以证明关节臂式坐标测量机符合制造商提供的组合长度测量的规定最大允许误差。制造商可以选择提供单向长度测量最大允许误差Euni,Mee或双向长度测量最大允许误差EB,Mpe或两者都提供。F.2.2测量设备测量设备特性如6.4.2所述，具有一个或多个参考检测长度。F.2.3程序如图F.1所示，放置第一个参考检测长度，使标准器的第一端位于覆盖60%至100%测量范围的球形包络面内。图F.1显示第一个检测长度标准器的视图使用表3所示的肘部位置测量第一个参考检测长度三次。三次均使用相同的肘部位置序列。如图F.2所示，放置第二个参考检测长度，此时第一个参考检测长度的第二端和第二个参考检测长度的第一端之间的距离小于12mm。对准第二个检测长度，使其标称方向与第一个检测长度的相同。第一个参考检测长度的第一端和第二个参考检测长度的第二端之间的距离应至少为测量范围的66%。第二个参考检测长度的第二端应位于覆盖60%至100%测量范围的球形包络面内。图F.2显示第一个和第二个检测长度标准器相对位置的视图使用表3所示的肘部位置测量第二个参考检测长度三次。三次均使用相同的肘部位置序列。表2中所示的每个需要连结的位置都需要进行该程序。F.2.4检测结果的处理按照6.4的程序，测量第一个参考检测长度三次，并用三次测量所得值各减去参考检测长度，分别获得三个带符号的长度误差En、E₁₂和E₁₃。在这些表达式中，第一个下标表示检测长度的数量(第一个或第二个),第二个下标表示重复的次数(第一次、第二次或第三次)。根据制造商的技术指标，误差第二个参考检测长度同样测量三次，并用三次测量所得值各减去参考检测长度，分别获得三个带符指标，每个连接长度误差可以是单向长度测量误差Eum,也可以是双向长度测量误差Es,或Eum和检测值不确定度与程序中所使用的参考检测长度的连接方式有关。如果在连接的第二步使用不同于第一步的检测长度标准器，则检测值不确定度包括两个不确定度的RSS(均方根)。如果在连结方法第二步使用的检测长度标准器与第一步相同，那么检测值不确定度包括与每个检测长度标准器测量相u(E)——长度