JF
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF1408—2013
关节臂式坐标测量机校准规范
Calibration Specification for Articulated Arm
Coordinate Measuring Machines
2013-05-13发布
2013-08-13实施
国家质量监督检验检疫总局发布 JJF1408—2013
关节臂式坐标测量机校准规范 Calibration Specificationfor Articulated Arm
JJF 1408—2013
Coordinate Measuring Machines
归口单位：全国几何量长度计量技术委员会主要起草单位：中国计量科学研究院参加起草单位：吉林省计量科学研究院
海克斯康测量技术（青岛）有限公司
法如国际贸易（上海）有限公司
本规范委托全国几何量长度计量技术委员会负责解释 JJF1408—2013
本规范主要起草人：
李建双（中国计量科学研究院）蒋远林（中国计量科学研究院）
参加起草人：
康瑶（中国计量科学研究院）窦艳红（吉林省计量科学研究院）姜雅彦（海克斯康测量技术（青岛）有限公司）邓 斌（法如国际贸易（上海）有限公司） JJF1408—2013
目
录
引言
(Ⅱ) (1) (1) (1) (1) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (3) (3) (4) (5) (5) (6) (7) (11) (13)
范围·. 2 引用文件： 3
1
术语.· 概述·
4 5 计量特性：
5.1单轴坐标测量一致性 5.2空间长度示值误差 6校准条件.. 6.1环境条件.. 6.2主要校准设备及要求， 7校准项目和方法· 7.1单轴坐标测量一致性 7.2空间长度示值误差. 8 校准结果
复校时间间隔附录A单点标定测头推荐具体方法附录B校准记录格式例举附录 C 测量臂空间长度示值误差不确定度评定附录D测量结果不满足要求时的处理
9
-
- JJF1408—2013
引言
本规范为首次制定。主要计量性能及其校准方法依据ASMEB89.4.22《关节臂式坐标测量机性能评估方法》（MethodsforPerformanceEvaluationofArticulatedArm CoordinateMeasuringMachines）进行编制。
Ⅱ JJF1408—2013
关节臂式坐标测量机校准规范
1范围
本规范适用于关节臂式坐标测量机的校准。
2 引用文件
本规范引用了下列文件： JJF1071一2010国家计量校准规范编写规则 ASMEB89.4.22关节臂式坐标测量机性能评估方法（MethodsforPerformance
Evaluation of Articulated ArmCoordinateMeasuringMachines)
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。
3术语 3.1球杆standardbar，ballbar
由一个刚性杆连接的两个或多个直径相同的标准球组成的量规。 注：球杆中心长度是指标准球球心的空间长度。引用ASMEB89.4.22。
4概述
关节臂式坐标测量机也称便携式三维测量臂、曲臂式坐标测量机（以下简称测量臂）。测量臂是一种基于旋转关节和转动臂的坐标测量系统，通过每个关节处的角度编码器测量得到的转角信息，经过坐标变换得到测头在仪器坐标系中的坐标。
测量臂一般由3个关节组成，即肩关节、肘关节和腕关节，肩关节应包括A和B 转轴，肘关节包括D转轴，而腕关节包括E和F转轴。测头安装在最后一个转轴上，通过手动操作来实现测量。常见的测量臂有5轴、6轴、7轴几种构造，如图1～图4 所示。
图1212构造按ABDEF旋转轴
图2222构造按ABCDEF旋转轴
1 JJF1408—2013
B
图3213构造按ABDEFG旋转轴
图4223构造按ABCDEFG旋转轴
5计量特性 5.1 单轴坐标测量一致性
单轴坐标测量一致性是用于评估测量臂通过最大可能的运动范围给出某个固定点的坐标的综合能力。 5.2空间长度示值误差
测量臂在有效测量范围内关节不同姿态的空间长度最大示值误差。
6校准条件 6.1环境条件 6.1.1温度条件：温度条件应根据受校测量臂的测量不确定度或用户约定要求确定推荐的最低要求为：温度变化不应超过1.0℃/h，被校仪器在同一温度场内的时间不小于4h，开机预热时间应不少于0.5h。标准器在室内恒温时间不少于4h。 6.2主要校准设备及要求
主要校准设备及要求见表1。
表1主要校准设备及要求
序号
校准设备
精度要求
用于校准项目
圆度：1.0uμm 直径：MPE：±1.0μm
标准球直径：10mm~50mm
单轴坐标测量一致性
1
锥角在60°～120°的范围内，锥孔深度不小于测头球直径的三分之一；锥孔内表面粗糙度Ra不大于0.8um
标准锥孔和三面孔直径：10mm~15mm
标准球：圆度：1.0uμm；直径：MPE：±1.0μm；球杆长度的扩展不确定度U≤1/4 空间长度示值误差 IMPE丨（测量臂空间长度最大允许误差)
单轴坐标测量一致性
球杆
2
注：空间长度示值误差校准可采用满足不确定度和测量范围要求（测量直径20%～80%的范
围）的其他标准器，如量块、锥孔杆等。
2 JJF1408—2013
7校准项目和方法
校准前，需对测头进行标定，通常采用单点法（见附录A）和标准球法，也可采用厂商提供其他它标定方法。在确定没有影响计量特性因素后再进行其他项目校准。 7.1单轴坐标测量一致性
通常采用锥孔校准法和标准球校准法。 为使测量臂所有的编码器可以达到最大转向，将校准用工具固定放置在测量臂测量
范围的至少3个位置进行校准，推荐的3个位置为：D≤20%R、D=（40%～60%） R，D≥80%R（3个位置在360°范围内大约均匀分布，D为校准用工具距测量臂的距离，R为测量臂的测量半径，下同），如图5所示。
测量臂所在位置
1）位置1：0%～20%臂长范围内
位置2:40%~60%臂长范围内 2位置3：80%～100%臂长范围内 ★安装基座的默认位置
图5校准用工具固定放置3个推荐位置
7.1.1锥孔校准法
在每一位置处，将测量臂从左方摆动到右方约180°，同时旋转腕关节约90°（如图6所示），在摆臂的同时，始终保持测头不脱离校准锥或孔的中心，采集至少10点的坐标值，重复测量至少3组数据。
每组单轴坐标的最大值和最小值之差的二分之一为.：：「见式（1）～式（3），取其三组，，的最大值为测量结果：
8: =max(r,) -min(z.) , = max(y,)=min(y,)
(1)
2
(2)
2
, = max(z,) - min(z,)
(3)
式中： ri,yi,z, 测量点坐标，mm。 测量数据记录格式例举见表B.1
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关节臂式坐标测量机校准规范
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2013-05-13发布
2013-08-13实施
国家质量监督检验检疫总局发布 JJF1408—2013
关节臂式坐标测量机校准规范 Calibration Specificationfor Articulated Arm
JJF 1408—2013
Coordinate Measuring Machines
归口单位：全国几何量长度计量技术委员会主要起草单位：中国计量科学研究院参加起草单位：吉林省计量科学研究院
海克斯康测量技术（青岛）有限公司
法如国际贸易（上海）有限公司
本规范委托全国几何量长度计量技术委员会负责解释 JJF1408—2013
本规范主要起草人：
李建双（中国计量科学研究院）蒋远林（中国计量科学研究院）
参加起草人：
康瑶（中国计量科学研究院）窦艳红（吉林省计量科学研究院）姜雅彦（海克斯康测量技术（青岛）有限公司）邓 斌（法如国际贸易（上海）有限公司） JJF1408—2013
目
录
引言
(Ⅱ) (1) (1) (1) (1) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (3) (3) (4) (5) (5) (6) (7) (11) (13)
范围·. 2 引用文件： 3
1
术语.· 概述·
4 5 计量特性：
5.1单轴坐标测量一致性 5.2空间长度示值误差 6校准条件.. 6.1环境条件.. 6.2主要校准设备及要求， 7校准项目和方法· 7.1单轴坐标测量一致性 7.2空间长度示值误差. 8 校准结果
复校时间间隔附录A单点标定测头推荐具体方法附录B校准记录格式例举附录 C 测量臂空间长度示值误差不确定度评定附录D测量结果不满足要求时的处理
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引言
本规范为首次制定。主要计量性能及其校准方法依据ASMEB89.4.22《关节臂式坐标测量机性能评估方法》（MethodsforPerformanceEvaluationofArticulatedArm CoordinateMeasuringMachines）进行编制。
Ⅱ JJF1408—2013
关节臂式坐标测量机校准规范
1范围
本规范适用于关节臂式坐标测量机的校准。
2 引用文件
本规范引用了下列文件： JJF1071一2010国家计量校准规范编写规则 ASMEB89.4.22关节臂式坐标测量机性能评估方法（MethodsforPerformance
Evaluation of Articulated ArmCoordinateMeasuringMachines)
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。
3术语 3.1球杆standardbar，ballbar
由一个刚性杆连接的两个或多个直径相同的标准球组成的量规。 注：球杆中心长度是指标准球球心的空间长度。引用ASMEB89.4.22。
4概述
关节臂式坐标测量机也称便携式三维测量臂、曲臂式坐标测量机（以下简称测量臂）。测量臂是一种基于旋转关节和转动臂的坐标测量系统，通过每个关节处的角度编码器测量得到的转角信息，经过坐标变换得到测头在仪器坐标系中的坐标。
测量臂一般由3个关节组成，即肩关节、肘关节和腕关节，肩关节应包括A和B 转轴，肘关节包括D转轴，而腕关节包括E和F转轴。测头安装在最后一个转轴上，通过手动操作来实现测量。常见的测量臂有5轴、6轴、7轴几种构造，如图1～图4 所示。
图1212构造按ABDEF旋转轴
图2222构造按ABCDEF旋转轴
1 JJF1408—2013
B
图3213构造按ABDEFG旋转轴
图4223构造按ABCDEFG旋转轴
5计量特性 5.1 单轴坐标测量一致性
单轴坐标测量一致性是用于评估测量臂通过最大可能的运动范围给出某个固定点的坐标的综合能力。 5.2空间长度示值误差
测量臂在有效测量范围内关节不同姿态的空间长度最大示值误差。
6校准条件 6.1环境条件 6.1.1温度条件：温度条件应根据受校测量臂的测量不确定度或用户约定要求确定推荐的最低要求为：温度变化不应超过1.0℃/h，被校仪器在同一温度场内的时间不小于4h，开机预热时间应不少于0.5h。标准器在室内恒温时间不少于4h。 6.2主要校准设备及要求
主要校准设备及要求见表1。
表1主要校准设备及要求
序号
校准设备
精度要求
用于校准项目
圆度：1.0uμm 直径：MPE：±1.0μm
标准球直径：10mm~50mm
单轴坐标测量一致性
1
锥角在60°～120°的范围内，锥孔深度不小于测头球直径的三分之一；锥孔内表面粗糙度Ra不大于0.8um
标准锥孔和三面孔直径：10mm~15mm
标准球：圆度：1.0uμm；直径：MPE：±1.0μm；球杆长度的扩展不确定度U≤1/4 空间长度示值误差 IMPE丨（测量臂空间长度最大允许误差)
单轴坐标测量一致性
球杆
2
注：空间长度示值误差校准可采用满足不确定度和测量范围要求（测量直径20%～80%的范
围）的其他标准器，如量块、锥孔杆等。
2 JJF1408—2013
7校准项目和方法
校准前，需对测头进行标定，通常采用单点法（见附录A）和标准球法，也可采用厂商提供其他它标定方法。在确定没有影响计量特性因素后再进行其他项目校准。 7.1单轴坐标测量一致性
通常采用锥孔校准法和标准球校准法。 为使测量臂所有的编码器可以达到最大转向，将校准用工具固定放置在测量臂测量
范围的至少3个位置进行校准，推荐的3个位置为：D≤20%R、D=（40%～60%） R，D≥80%R（3个位置在360°范围内大约均匀分布，D为校准用工具距测量臂的距离，R为测量臂的测量半径，下同），如图5所示。
测量臂所在位置
1）位置1：0%～20%臂长范围内
位置2:40%~60%臂长范围内 2位置3：80%～100%臂长范围内 ★安装基座的默认位置
图5校准用工具固定放置3个推荐位置
7.1.1锥孔校准法
在每一位置处，将测量臂从左方摆动到右方约180°，同时旋转腕关节约90°（如图6所示），在摆臂的同时，始终保持测头不脱离校准锥或孔的中心，采集至少10点的坐标值，重复测量至少3组数据。
每组单轴坐标的最大值和最小值之差的二分之一为.：：「见式（1）～式（3），取其三组，，的最大值为测量结果：
8: =max(r,) -min(z.) , = max(y,)=min(y,)
(1)
2
(2)
2
, = max(z,) - min(z,)
(3)
式中： ri,yi,z, 测量点坐标，mm。 测量数据记录格式例举见表B.1
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