測頭技術應用

　　測頭係統（tǒng）是由測頭（tóu）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例模（mó）擬信號（hào）。 它是坐（zuò）標測（cè）量機的關鍵組件。 探頭的精度在很（hěn）大程度上決定了測（cè）量重複性和測（cè）量（liàng）機（jī）的精（jīng）度。 近年來，坐標測頭技術得到了飛速發展，尤（yóu）其是掃描（miáo）測頭（tóu）和非接觸測頭。

　　一、測頭的分類

　　1.觸發測頭

　　觸發測頭(Trigger Probe):又稱為開關測頭（tóu），是測量機最基本的、最常用的一類測頭。 觸發測頭的主（zhǔ）要任務是探測零件時發出鎖存信號，實時鎖存被測表麵坐標點的三維坐標值。觸發測頭按工作原理分為三種:機械開關測頭（tóu）、應變片開關測頭和壓電陶瓷開關測頭。

　　2.連續掃描測（cè）頭

　　掃（sǎo）描測頭(Scanning Probe):又稱為比（bǐ）例測頭或（huò）模擬測（cè）頭，此類（lèi）測頭不僅能作觸發測頭（tóu）使用，更重要的是能輸出與測杆的偏轉成比例的信（xìn）號(模擬電壓或數字信號)，由計算機與測量機的三（sān）維坐（zuò）標（biāo）信號同時讀人得到被探測點的三維坐標。這種測頭掃描時采點率高,對於離散（sàn）點的測量可以確定該點所在（zài）表麵的法矢方向（xiàng），因此更適於曲麵的測量。

　　3.激（jī）光（guāng）測頭

　　激光測頭的原理是簡單的光學三（sān）角測距，半導體激光器和CCD探（tàn）測器是其關鍵器件，當測量（liàng）機連續運動時將得到一條掃描線。考慮到實際應用上的問題，例（lì）如零件上（shàng）可（kě）能的台階麵的（de）擋光（guāng），內部光路的設計有不同的解（jiě）決方案。在此簡單原理上，如果（guǒ）將光源改為線列激光（guāng），CCD改為麵（miàn）陣列，就產生（shēng）了線掃描激光（guāng）測頭，即當測量機連續運動時將得到一條掃描帶。

　　4.光學視頻測頭

　　光學視頻測頭，或者視覺測頭(Vision Probe)實際上就是一個CCD攝像頭（tóu），由攝像頭對零件表麵成像，再藉數（shù）據圖像分析技術,提取測量元素。這種測頭往往附帶有照明光源，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零件的測量，是工具顯（xiǎn）微鏡和（hé）兩（liǎng）坐標（biāo）CNC測量機的標準測（cè）頭。用在坐標測（cè）量機上，可（kě）以作為一個附加功能，實現非接（jiē）觸兩坐（zuò）標測量任務（wù）。

　　二、測量機的多探頭支持技術

　　CMM支持多探針（zhēn）的主要技術有兩種，一（yī）種是係統（tǒng）的集成，另一種是探針的（de）快速互換性。

　　係統集成是指電纜，控製係統和軟件包是（shì）否可以與測量機（jī）的標準配置統一（yī）。如果無法實現係統集成，則探針的控製係統（tǒng），軟件和電纜以（yǐ）及測量機的標準係統將構成（chéng）並行配置。探頭的快速互換性是指是否可（kě）以快速安裝和拆卸探頭與測（cè）量機之間的電（diàn）氣和機械接（jiē）口。在這兩個方麵，不同的測量機製造商之間存（cún）在很大（dà）差異。

　　購買多探頭三坐標測量機時，用戶應注（zhù）意區分製造商提供的三坐標測（cè）量機探（tàn）頭的工作模式（shì）：集成和外部（bù）。對於集成探頭係統，測量軟件（jiàn）包中包含探頭（tóu）選擇項。隻要通知控製係統啟用其相應的驅動程序模塊（kuài），它就可以與標準觸發探針共享統一的軟件和硬件資源。

　　外部探針係統使用（yòng）專門開發的PC軟件來實現其驅（qū）動模塊和數據處理，與（yǔ）標準軟件包完（wán）全分開。這樣，性能大（dà）大降低。首先，在多（duō）任務環境中運行時，驅動程序模塊的實時控製很（hěn）差。另（lìng）一方（fāng）麵（miàn），它的數據（jù）處理功能相對簡單，根本無法與標準測（cè）量軟（ruǎn）件包匹配。

　　在CMM中有兩種安裝集成式多功（gōng）能探針的方法，一種（zhǒng）是快速（sù）自動（dòng）更換，例如，與觸發探針共享PH10測量基座。另一種是與觸發探（tàn）針平行固（gù）定（dìng）安裝，形成所謂的“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互影響。在觸發探針模式下，它是標準的坐標測量機，而在視頻探針模式下，它（tā）成為專業（yè）的光學測量機。 “複合”的最大問題是不（bú）同探（tàn）針（zhēn）之間（jiān）的幹擾，因為（wéi）每（měi）個探針都有一定的體積，當一（yī）個探針工作時，另一個成為障礙，直接影響到工件的可及性。同時，由於空（kōng）間錯位，兩種模式（shì）的測量範圍不一致，即隻（zhī）能在中間區域實現複合（hé）測量功能。

　　三、各種測頭的（de）應（yīng）用（yòng）領（lǐng）域（yù）

　　CMM支持各種探針的能力正在迅速發（fā）展，這使很多用戶(尤其是首次聯（lián）係CMM的新用戶)在選擇時感到困惑。他們（men）不知道選擇哪種探針配置，並（bìng）且不同的探針配置與成本密切相關。始終正確的原則是根據應用領域進行區（qū）分（fèn）和選擇。這是一些（xiē）參考指（zhǐ）南。

　　1.常規形（xíng）式和位置公差測量

　　接觸觸發探針仍然是大多數用戶的選擇。接觸式觸發探針具有精（jīng）度高，價格低廉的優點，可（kě）以滿足（zú）測量點的所有要求，是大多數測量機的（de）標準配置。

　　2.輪廓測量

　　除（chú）了一般的尺寸和幾何公差外，如果還（hái）要進行輪廓測量，例如產品蓋，模具（jù）等，則建議使用接觸式掃描頭。

　　3.反向測量小零件

　　點掃（sǎo）描（miáo）激光探針用於對諸如家用電器和手工藝品（pǐn）外殼（ké）等形狀（zhuàng）複雜的小零件進行反向測量，具有成本低，自動化程度高的特點。

　　4.大型零件（jiàn）的（de）反向測量（liàng）

　　這主要是指對諸如汽車和摩托車的大（dà）型產品的外殼零件或模型進行反向測量。效率非常重要，因此需要專業的掃描和采樣工具。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（hěn）大限製。

　　5.二維小孔和平麵圖案零件

　　這些產品是光學成像探頭(例如印（yìn）刷電路（lù）板)的典型應用領域。值（zhí）得強調的是，複合探頭測量機（jī）在光學模式下也是（shì）二維測量機，因為它（tā）的透鏡方向是固定（dìng）的。盡管z軸可以移動到不同的高度，但是根據機器分類，隻能將其稱為兩個半軸。

　　6.軟材料零件的測量

　　有些材料不能用（yòng）接（jiē）觸式（shì）探頭測量（liàng），例如（rú）蠟質座墊等，即使測量力很小，也會變（biàn）形或損壞。在（zài）這種（zhǒng）情況下，僅使用激（jī）光探針。

　　四、多測頭係統的發展（zhǎn）

　　從在坐標測量機上的應用來看，接（jiē）觸式測頭仍然是最主要和成熟的技術，對它（tā）的測量對象、使（shǐ）用方法和檢驗標準都已有明確規定。

　　對於非接觸測頭，尤其是激光測頭，其評價技術尚在發展之中，目前還沒有一個統一的國際標準來規定其精度定義和驗收方法（fǎ）。所以各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（de）開拓仍然是今後發展的熱點，例（lì）如，如何將激光掃描測頭從單一的取點功能發展到幾（jǐ）何特征測量上;如何將視頻測頭從（cóng）兩（liǎng）維圖形測量提（tí）升到三維零件測量上（shàng）;如何用觸發掃（sǎo）描測頭實現高效、高精度的反求采點（diǎn）。在這方麵（miàn），意大（dà）利DEA公司走在前麵，已經有了（le）新的產品。

　　坐標測量機的應用領域正在（zài）快速擴大,從計量室檢測、生（shēng）產過程（chéng）檢測、逆向工（gōng）程,將成為（wéi）未來數字化製造係統中（zhōng）的重要設備,多測（cè）頭技術的開發是這種（zhǒng）發展的（de）必然需要。我們相信隨著測頭技術和軟（ruǎn）件（jiàn）技術的（de）提高，坐標測量機將會成為真正的萬能測量工具。