光（guāng）學通訊測頭的使用趨勢及（jí）結（jié）構分析

傳統的接觸式坐標測量機自1956年問世（shì）以（yǐ）來，已經（jīng）發展（zhǎn）了50多年。現已廣泛應用於生產車間和科研部門。隨著工業技能的不斷提高，對（duì）測量設備的要求也越來越高。在這個過程中，CMM經曆了無數次技能創新，以適（shì）應更高的測量要求。但是現在的CMM在某些方麵還是（shì）遇到了（le）一定的技能瓶頸。這些瓶頸不能簡單歸結為技能創新不足，主要原因（yīn）在於觸摸式坐標測量機的硬件結構和測量原理約束。

大多（duō）數傳（chuán）統坐標（biāo）測量（liàng）機配備有觸發探針。用觸發式探（tàn）頭測量物（wù）體時，探頭以一定的速度接觸物體表麵，然後探頭的朝向發生（shēng）偏離。產生的電信號觸發探頭記錄物體表麵上測量點的空間坐標。這樣（yàng）造成的第一個問題就是測量速（sù）度慢。原因（yīn）是第一個觸發探針的（de）采樣方法是對還是錯。第一個采樣點完成（chéng）後，探頭需要退（tuì）到一定距離，這樣探頭到位（wèi）後才能進行第二（èr）個采樣點。而且取分（fèn）的時候不要太快接觸物體表麵。如果探頭接觸物體的速度太（tài）快，探頭的（de）位置偏差太大（dà），那麽信（xìn）號會被認為是磕碰（pèng），取點失敗。因此，可以用掃描探針代（dài）替觸發探針，並且掃描探針采用連續采（cǎi）樣的方法，因此采樣速度有了很大（dà）的提高。限製測量速度的第（dì）二個原因是，如果被測物體具有複雜的幾何形狀，測量針需要多次改變方向才能完成整個測量，測量針的每次指向都需要（yào）校準。如果要克服這一不足，進一步提（tí）高測量速度，就需要在三（sān）坐標測（cè）量機上配備高端的多軸旋（xuán）轉（zhuǎn）掃描測（cè）頭。這項新技能可以以連續的方式高速掃描物體的采樣點。

測頭是三坐標測量機的重要組成部分。探頭一般由一根杆和一個（gè）紅寶石球組成，主要用（yòng）於（yú）測量（liàng）工作麵。通過移動探頭的機械位置，探頭觸發信（xìn）號並（bìng）收集測量數據。可以看出，探頭（tóu）的性能直接影響測量精度和效率。觸發式測頭結（jié）構簡單，成本低，可用（yòng）於高速測量，因此在現代三坐標測（cè）量機中得到廣泛應用。但由於其精度略低（dī），且不能在接觸狀態下停留在（zài）工（gōng）件表麵，隻能離（lí）散地逐點測量工件表麵，無法進行連續掃描測量。

常見（jiàn）觸發探（tàn）頭的內部結構如圖（tú）1所示。測量杆安裝在三腳（jiǎo）架（jià）上，三腳架的三個圓柱腿位（wèi）於三對觸點上。當測量杆不承受測量力時，三腳架的三個（gè）圓柱腿與三對觸點保持接觸。當測量杆的球形端與工件接觸時，無論在X、Y、Z哪個方向施加接觸力，都會有至（zhì）少一個圓柱腿與觸點脫離接觸，導致電路斷開，產生階躍信號。通過（guò）采樣電路，沿三個軸的坐標（biāo）數據將被存儲和處理。同時，與探針（zhēn）同軸的彈簧提供預載。探頭波瓣存在的原因是觸發探頭的三點設計原理。當沿特定方向的力（lì）施加到探針上時（shí），探針可能會圍繞一（yī）個或兩個接觸點旋轉，導致需要確保圓柱形腿與接觸點的接（jiē）觸和複（fù）位。因此，探頭具有由信號觸發的開關（guān）機構、探頭複（fù）位機構和超程保護機構。

CMM在測量時，從測頭末端到被（bèi）測零件接觸測頭扳機的過程為“預行程”。預行程的存在並不是誤差源，因為在探頭認證（zhèng）的過程中，廠家已經用（yòng）一個已知半徑的標準（zhǔn）球來確定一個合理的探頭半徑，以消除（chú）平均預（yù）行程的影響。

觸發力的不同會產（chǎn）生（shēng）預行程的變化，如圖2所示。圖中可以清楚地看到三個葉瓣，反映出前衝程的變化接近17um。這種變化模式顯（xiǎn）示了探針結構的立方對（duì）稱（chēng）性。這種凸角大大降（jiàng）低了CMM執行高精度測量的能力，例如圓度和圓柱度。