測頭技術應用

　　測頭係統是由測頭及其附件組成的係統。測頭是測量機觸摸被測零件的發送機構。 它可以輸出開關信號或比（bǐ）例（lì）模擬信號。 它是坐（zuò）標測量機的關鍵組件。 探頭的精度在很大程度上決定了測（cè）量重複性和測量機的精度。 近年來，坐標測頭技術得到了飛速發展，尤（yóu）其是掃（sǎo）描（miáo）測頭和非接觸測頭。

　　一、測（cè）頭（tóu）的分類

　　1.觸發（fā）測頭

　　觸（chù）發測（cè）頭(Trigger Probe):又稱為開關測頭，是（shì）測量機最基本的（de）、最常用的一類測頭。 觸發（fā）測頭的（de）主要任（rèn）務是探測零（líng）件時發出鎖存信號，實（shí）時鎖存被測（cè）表麵坐標（biāo）點的三維坐（zuò）標值。觸發測頭（tóu）按（àn）工作原理分為三種:機械開關測頭（tóu）、應變片開關（guān）測頭和壓電陶（táo）瓷（cí）開關（guān）測頭。

　　2.連續掃描測頭

　　掃描測頭(Scanning Probe):又稱（chēng）為比例測頭（tóu）或模擬測頭，此類測頭不僅能作（zuò）觸發測頭使用（yòng），更重要的是能輸出與（yǔ）測杆的偏轉成比例的信號(模擬電壓或數字信號)，由計算機與測量機的三維坐標信（xìn）號同時讀（dú）人得到被探測點的三維坐（zuò）標。這（zhè）種測頭掃描時采點率高,對於離散（sàn）點的測量（liàng）可以確定該點所在表麵的法矢方向，因此更適於曲麵（miàn）的測量。

　　3.激光測頭

　　激（jī）光測頭的原理是簡單的光（guāng）學三（sān）角測距，半導（dǎo）體激光器和CCD探測器是其關鍵器件，當測量機連續運動（dòng）時將得到一條掃（sǎo）描線。考慮到實際應（yīng）用上的問題，例如零件上（shàng）可能的台階麵的擋光，內部光（guāng）路的設計（jì）有不同的解決方（fāng）案。在此簡單原理上，如果將光源改為線列激光，CCD改為麵陣列，就產生了線掃描激光測頭，即當測量機連續運動時將得到一條掃描帶。

　　4.光（guāng）學（xué）視頻測頭

　　光學視（shì）頻測頭，或者視覺（jiào）測頭(Vision Probe)實際上就是一個CCD攝像頭，由攝像頭對零件表麵成像，再藉數據（jù）圖像分析技術,提取測量元（yuán）素。這種測頭往往（wǎng）附帶有照明光源，以保證足（zú）夠的成像亮度的要求。光學視頻測頭主要應用領域是二維（wéi）零件的測量，是工具顯（xiǎn）微鏡和兩坐標CNC測量機的標準測（cè）頭。用在坐標（biāo）測量（liàng）機上，可以作為一（yī）個附加功能，實（shí）現非接觸兩坐標（biāo）測量任（rèn）務。

　　二、測量機的多探頭支持技術

　　CMM支持多探針（zhēn）的主要（yào）技術有兩種，一種是係統的（de）集成，另一種是探針的快速互換性。

　　係統集成是指電纜，控（kòng）製係統和軟（ruǎn）件（jiàn）包是否可以與測量機的標準配置統一（yī）。如（rú）果無法實現係（xì）統集成，則探（tàn）針（zhēn）的控製係（xì）統，軟件和電纜以及測量機的標準係統將構成並行配置。探頭的快速互換性是（shì）指是否可以快速安裝和拆卸探頭與測量機（jī）之間的（de）電氣和機械（xiè）接口。在這兩個方麵，不同的（de）測量機製造商之間存在（zài）很大差異（yì）。

　　購（gòu）買多探頭（tóu）三坐標測（cè）量機時，用戶（hù）應注意（yì）區分製造商提供的（de）三坐標測（cè）量機（jī）探頭的工作模式：集成和（hé）外部。對於集成探頭係統，測量軟件包中包含探頭選擇項。隻要通知控製係統啟用其相應的驅動程（chéng）序模塊，它就可以與標（biāo）準觸（chù）發探針共享（xiǎng）統一的軟件和硬（yìng）件資源。

　　外（wài）部探針係統使用專門開發（fā）的PC軟（ruǎn）件（jiàn）來實現其驅動（dòng）模塊和數據處理（lǐ），與（yǔ）標準軟件包完全分（fèn）開。這樣，性能大大降低。首先，在多任務環境中運行（háng）時，驅動程序模塊的實時控製很差。另一方麵，它的數據處理功能相對（duì）簡單，根本無法與標準測量軟件包匹配。

　　在CMM中有兩種安裝集成式多功能（néng）探針（zhēn）的方法，一種是快速自動更換，例如，與觸發探針（zhēn）共享PH10測量基座。另一種是與觸發探針平行固定安裝，形成（chéng）所謂的“複合（hé）”測量機。

　　這兩種類型的測量機之間的主要區別在於，在快速自動更換模式下，多個探頭的測量功能不會相（xiàng）互影響。在觸發探針（zhēn）模式下，它是標準（zhǔn）的（de）坐標（biāo）測量機，而在視頻探針模式下，它成為專業的光學測量機。 “複合”的最大問（wèn）題是不同探針之間（jiān）的幹擾，因為每個探針都有一定的體積，當一個探針工作時，另一個（gè）成（chéng）為障礙（ài），直接影響（xiǎng）到工（gōng）件的可及性。同時（shí），由於（yú）空間錯位，兩種模式的測量範（fàn）圍（wéi）不一致，即隻能在中間（jiān）區域實現複合測量功能。

　　三（sān）、各種測頭的應用領域

　　CMM支（zhī）持（chí）各種探針的能力正在迅速發展，這使很多用戶(尤其是首次聯係CMM的新用戶)在選擇（zé）時感到困惑。他們不知道選擇哪種探針配置，並（bìng）且不同的探針配置與成（chéng）本密切相關。始終正確的原則是根據應用領域進行區分和選擇。這是一些參（cān）考指南。

　　1.常規形式和位置公差測量

　　接觸觸發探針仍然是大多（duō）數用戶的選擇。接觸式觸發探針具有精度高，價格低廉的優點，可以（yǐ）滿足測量點的所有要求，是大多（duō）數測量機的標（biāo）準配（pèi）置。

　　2.輪廓測量

　　除（chú）了一般的尺寸和幾何公差外（wài），如（rú）果（guǒ）還要進行輪廓測量，例如產品蓋，模具等，則建議（yì）使用接觸式掃描頭。

　　3.反向測量小零件

　　點掃描激光探針用於對諸如家用電器和手工藝品外殼（ké）等形狀複雜的小零件進行反向測量，具有（yǒu）成本低，自（zì）動化程（chéng）度高的特點。

　　4.大型零件的反向測量

　　這主要是指對諸如汽車和摩托車的（de）大（dà）型（xíng）產品的外殼零件或模型進行（háng）反向測量。效率非常重要（yào），因此需要專業的（de）掃描和采樣工具。激光探針的精度遠低於觸發探針，並且在數量級上存在差異，因此激光探針的應用受到很大（dà）限製。

　　5.二維小孔和平麵圖案零（líng）件

　　這些（xiē）產（chǎn）品（pǐn）是光學成像探頭（tóu）(例如印刷電路板)的典型應用領（lǐng）域。值得強調的（de）是，複（fù）合探頭測量機（jī）在光學模式下也是二維測量機，因為（wéi）它的透鏡方向是固定的。盡管z軸可以移動到不同（tóng）的高度，但是根據機器分類，隻能將其稱為兩個半軸（zhóu）。

　　6.軟材料（liào）零件的測量

　　有（yǒu）些材料不能用接觸式探頭測量，例如蠟質座墊等，即使測量（liàng）力很小（xiǎo），也會變形或損壞。在這種情況下，僅使用激光探針。

　　四、多測頭係統的發展

　　從在坐標測（cè）量機上的應用來（lái）看，接觸式測（cè）頭仍然（rán）是最（zuì）主要和成熟的技術，對它的測量對（duì）象、使用方法和檢驗標準都已有明確規定。

　　對於（yú）非接觸測頭，尤（yóu）其是激光測頭，其評價（jià）技術尚在發展之中，目前還沒有一（yī）個統一的（de）國際標準來規定其精度定義和驗收（shōu）方法。所以各（gè）家所公布的精度指標沒有可比性。

　　對非接觸測頭的應用領域的開拓仍然是今後發展的（de）熱點，例如，如（rú）何將激光掃描測頭從單一的（de）取點功能發展到幾何特征測量上;如何（hé）將視頻測頭從兩維圖形測量提升（shēng）到三維零件測量（liàng）上（shàng）;如何（hé）用觸發掃描測頭實現高效、高精（jīng）度的反求采點。在這方麵，意大利DEA公司走在（zài）前麵，已經有（yǒu）了新的產品。

　　坐標測量（liàng）機的應用領域正在快速擴大,從計量室檢測、生產過程檢測、逆向工程,將成為未來數字（zì）化（huà）製造（zào）係統中的重要設備（bèi）,多測頭技術（shù）的開發是這（zhè）種發展的必然需要。我們相信隨（suí）著測頭技術和（hé）軟件技術的提高，坐標測量機將會成為（wéi）真正的萬（wàn）能測量工具。