如何正確選擇三坐標測量機測頭

1、如何正確選擇三坐標測量機測頭測頭是測量機觸測被測零件的發(fā)訊開關(guān)，它是坐標測量機的關(guān)鍵部件，需要的測量精度的高低決定了測量機測頭精度的高低，另外，不同的零件要求選擇不同功能的測頭進行測量。測頭可分為接觸式測頭和非接觸式測頭（激光等類型）。    目前主要用接觸式測頭，接觸式測頭又可分為開關(guān)式（觸發(fā)式或動態(tài)發(fā)訊式）與掃描式（比例式或靜態(tài)發(fā)訊式）兩大類   開關(guān)測頭的實質(zhì)是零位發(fā)訊開關(guān)，以TP6（RENISHAW）為例，它相當于三對觸點串聯(lián)在電路中，當測頭產(chǎn)生任一方向的位移時，均使任一觸點離開，電路斷開即可發(fā)訊計數(shù)。開關(guān)式結(jié)構(gòu)簡單，壽命長（

2、106107）、具有較好的測量重復性（0.350.28m），而且成本低廉，測量迅速，因而得到較為廣泛的應用。    掃描式測頭實質(zhì)上相當于X、Y、Z個方向皆為差動電感測微儀，X、Y、Z三個方向的運動是靠三個方向的平行片簧支撐，是無間隙轉(zhuǎn)動，測頭的偏移量由線性電感器測出。掃描式測頭主要用來對復雜的曲線曲面實現(xiàn)測量。非接觸測頭主要分為激光掃描測頭和視頻測頭兩種。   激光掃描測頭主要用于實現(xiàn)較軟材料或一些特征表面進行非接觸測量。測頭在距離檢測工件一定距離（比如50mm），在其聚焦點!5mm范圍內(nèi)進行測量，采點速率在200點/秒以上。通過對

3、大量采集數(shù)據(jù)的平均處理功能而獲得較高的精度。    視頻測頭進一步提高了測量機的應用，使得許多過去采用非接觸測量無法完成的任務(wù)得以完成。一些諸如印刷線路板、觸發(fā)器、墊片或直徑小于0.1mm的孔可采用視頻測頭進行測量。操作者可將檢測工件表面放大50倍以上，采用標準的或可變換的鏡頭實現(xiàn)對細小工件的測量。   以下就如何進行觸發(fā)和掃描測頭提出建議：什么時侯用觸發(fā)式測頭？ 1. 零件所被關(guān)注的是尺寸（如小的螺紋底孔）、間距或位置，而并不強調(diào)其形狀誤差（如定位銷孔）; 2. 或你確信你所用的加工設(shè)備有能加

4、工出形狀足夠好的零件，而注意力主要放在尺寸和位置精度時，接觸式觸發(fā)測量是合適的，特別是由于對離散點的測量; 3. 觸發(fā)式測頭比掃描測頭快，觸發(fā)測頭體積較小當測量空間狹窄時測頭易于接近零件; 4. 一般來講觸發(fā)式測頭使用及維修成本較低;    在機械工業(yè)中有大量的幾何量測量,所關(guān)注的僅是零件的尺寸及位置，所以目前市場上的大部分測量機，特別是中等精度測量機，仍然使用接觸式觸發(fā)測頭。什么時侯用掃描測頭？   應用于有形狀要求的零件和輪廓的測量：掃描方式測量的主要優(yōu)點在于能高速的采集數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不僅可

5、以用來確定零件的尺寸及位置，更重要的是能用眾多的點來精確的描述形狀、輪廓，這特別適用于對形狀、輪廓有嚴格要求的零件，該零件形狀直接影響零件的性能(如葉片、橢圓活塞等); 也適用于你不能確信你所用的加工設(shè)備能加工出形狀足夠好的零件 。    目前三坐標測量機所使用的測頭系統(tǒng)基本上是英國雷尼紹（RENISHAW)的，產(chǎn)品性能及品種多樣化排在世界前列，可以優(yōu)選選購此品牌之測頭系統(tǒng)。測頭選擇基本原則：    如果只測尺寸和位置要素的情況下，首選接觸式觸發(fā)測頭；    對形狀和輪廓精度

6、要求較高的情況下，選用掃描式測頭；    易變性零件、精度要求不高零件，可選用非接觸式測頭；    如果考慮成本因素，可選擇接觸式觸發(fā)測頭；    考慮掃描測頭和觸發(fā)測頭均需要使用，需選用通用測頭座；    1、觸發(fā)式測頭的優(yōu)勢和適用場合    觸發(fā)式測頭通用性強，體積小，應用簡單，采購及運行成本低，適用于空間箱體類工件及已知表面的測量，如TP20、TP200。    觸發(fā)式測頭特別適用于離散點的測量，當零件被關(guān)注的

7、是尺寸間距或位置，而并不強調(diào)其形狀誤差，測量精力主要放在尺寸和位置精度時，觸發(fā)式測頭是最佳選擇。    2、掃描式測頭的優(yōu)勢和適用場合    掃描式測頭（如SP25、SP80）采點率高，高密度的采點仍舊保證良好的重復性和再現(xiàn)性。掃描測頭適用于形狀及輪廓有嚴格要求的零件（如葉片）。對于未知曲面的掃描，掃描測頭顯示出了它的獨特優(yōu)勢：因為數(shù)字化工作方式，需要大量的點，觸發(fā)式測頭的采點方式顯得太慢。如果是未知曲面，測量機根據(jù)已運動的軌跡來計算下一步運動的軌跡，并可根據(jù)曲率變化來計算采點密度等。· 世界上最小的掃描測頭，直徑僅為25

8、mm。· 優(yōu)異的計量性能 獨立的光學傳感和三次多項式補償。· 四個模塊在各種測針長度（最長可達400 mm）范圍內(nèi)均具有理想的性能。· 二合一傳感器 掃描和觸發(fā)。· 防碰撞保護功能，測針更換簡單。· 快速簡便的測頭標定過程。· 適于輪廓和外形測量。· 適合用于機動可重復定位測座,靈活性更強，掃描循環(huán)時間更短。· 設(shè)計簡潔、剛性好，可靠性更高 無馬達或鎖定機構(gòu)。   測頭屬性 3軸模擬測量 (X, Y, Z)：在XY平面的旋轉(zhuǎn)運動，Z方向有平移 使用TM25

9、-20模塊可以轉(zhuǎn)換為普通接觸式測頭，支持所有TP20模塊 測量范圍 在X、Y和Z方向為±0.50 mm 超行程范圍 ±X：2.00mm ±Y：2.00mm Z：1.70mm Z：1.20mm 分辨率 UCC2子卡或AC3接口卡時< 0.10 µm 測頭直徑 25.00mm 彈簧剛性 使用模塊支持的最短測針長度時：0.60N/mm 使用模塊支持的最長測針長度時：0.20N/mm 重量

10、 SP25M body  ：60.00g SM25-1 模塊 ：35.00g SM25-2 模塊 ：40.00g SM25-3 模塊 ：49.00g SM25-4 模塊 ：71.00g TM25-20 模塊：40.00g 有效測針長度范圍 SM25-1SH25-1：020.00mm050.00mm SM25-2SH25-2：050.00mm105.00mm SM25-3SH25-3：120.00mm200.00mm SM25-4SH25-4：200.00mm400.00mm&

11、#160;TM25-20：參考TP20個模塊參數(shù) 碰撞保護 X、Y、Z：模塊或測針架折斷 Z：內(nèi)置緩沖塊設(shè)計 減振 單個粘性流體減振器 電源 12.00V(±05.00%) 12.00V(10.00%/08.00%) 05.00V(10.00%/13.00%)DC 測頭更換架 FCR25、FCR25-3、FCR25-6、 上端接口類型/ 下端接口類型 多線接口/M3螺紋接口 上端可接用配件 可以直接連接使用的測頭座：PH10M

12、(Q)自動測頭座 可以直接連接使用的加長桿：PEM 下端可接用配件 M3系列測針測頭是三坐標測量機觸測被測零件的發(fā)訊開關(guān)，它是坐標測量機的關(guān)鍵部件，測頭精度的高低決定了測量機的測量重復性。正確的選擇測頭可以提高測量效率及機器的使用壽命。三坐標測量機除用于空間尺寸及形位誤差的測量外，應用坐標測量機對未知數(shù)學模型的復雜曲面進行測量，提取復雜曲面的原始形狀信息，重構(gòu)被測曲面，實現(xiàn)被測曲面的數(shù)字化，不僅是坐標測量機應用的一個重要領(lǐng)域，也是反求工程中的關(guān)鍵技術(shù)之一，近年來也得到快速發(fā)展。測頭是三坐標測量機觸測被測零件的發(fā)訊開關(guān)，它是坐標測量機的關(guān)鍵部件，測頭精度的高低決定了

13、測量機的測量重復性。此外，不同零件需要選擇不同功能的測頭進行測量。測頭可分為接觸式和非接觸式（激光等類型）。目前主要用接觸式測頭，接觸式測頭又可分為開關(guān)式（觸發(fā)式或動態(tài)發(fā)訊式）與掃描式（比例式或靜態(tài)發(fā)訊式）兩大類。 （1）機械接觸式測頭接觸式測頭又稱為“剛性測頭”、“硬測頭”，一般用于“靜態(tài)”測量，大多作為接觸元件使用。這種測頭沒有傳感系統(tǒng)，無量程、不發(fā)訊，只是一個純機械式接觸頭。機械接觸式測頭主要用于手動測量。由于人工直接操作，故測頭的測量力不易控制，只適于作一般精度的測量。由于其明顯的缺點，目前這種測頭已很少使用。（2）電氣接觸式測頭電氣接觸式測頭又稱為“軟測頭”，適于動態(tài)測量。

14、這種測頭作為測量傳感器，是唯一與工件接觸的部件，每測量一個點時，測頭傳感部分總有一個“接觸偏轉(zhuǎn)發(fā)訊回復”的過程，測頭的測端與被測件接觸后可作偏移，傳感器輸出模擬位移量的信號。這種測頭不但可用于瞄準（即過零發(fā)訊），還可用于測微（即測出給定坐標值的偏差值）。因此按其功能，電氣接觸式測頭又可分為作瞄準用的開關(guān)測頭和具有測微功能的三向測頭。電氣接觸式測頭是目前使用最多的測頭。 非接觸測頭主要分為激光掃描測頭和視頻測頭兩種。激光掃描測頭主要用于實現(xiàn)較軟材料或一些特征表面進行非接觸測量。測頭在距離檢測工件一定距離（比如50mm），在其聚焦點!5mm范圍內(nèi)進行測量，采點速率在200點/秒以上。但精

15、度有限一般在0.02mm以上。 2測球半徑補償誤差（1）測針的選擇正確選擇和使用測頭是影響坐標測量機的測量精度的重要因素。測針安裝在測頭上，是測量系統(tǒng)中直接接觸工件的部分，它與測頭的通訊式連接渠道稱作觸發(fā)信號。如何選用合適的測針類型和規(guī)格取決于被測工件的特征，但是在任何情況下，測針的剛性和測球的球度都是不可或缺的。工業(yè)用紅寶石是高硬度的陶瓷材料，紅寶石測球具有很好的球度，測量時紅寶石測球的球頭磨損可忽略不計。測針針桿一般用非磁性的不銹鋼針桿或碳鎢纖維針桿，以保證測針的剛性。測針的有效工作長度（EWL）使得測針接觸工件時可獲得精確的測點位置。球頭尺寸和測針有效工作長度的選取取決于被測工

16、件?？赡艿那闆r下，選擇球頭直徑盡可能大、測桿盡可能短的測針，以保證最大的球頭/測桿距，獲得最佳的有效工作長度和測針剛性。需要時可加長測桿以增大探測深度，但值得注意的是，使用測針加長桿會降低剛性，從而降低測量精度。（2）測球半徑補償誤差當測針接觸到工件時，三坐標測量機接收的的坐標值應是紅寶石球頭中心點坐標，顯然，測量軟件將自動沿著測針從接觸點回退的方向加上一個測球半徑值作為測量值。但該測量值是一個與測頭的機械慣性有關(guān)的動態(tài)值。實際上，測量作為一個動態(tài)過程，其測量值應該考慮到從測頭采點到實際向系統(tǒng)傳送該點坐標值時發(fā)生的機器空間移動距離。盡管這個距離極小，但對系統(tǒng)計算動態(tài)尺寸有一定影響。在實際測量時

17、，每測量一個元素，系統(tǒng)都可以自動區(qū)分測球半徑的補償方向，計算正確的補償半徑。在采點開始后，測量軟件將在沿著測針接觸工件的方向上對測球進行半徑補償。但被補償點并非真正的接觸點，而是測頭沿著測針接觸工件方向的延長線上的一個點。這樣就造成了補償誤差，產(chǎn)生誤差的大小與測球的半徑及該工件被測面與笛卡爾坐標軸的夾角有關(guān)，夾角越大，誤差越大。1）測球半徑r對補償誤差的影響補償誤差與測球半徑r成正比關(guān)系，即測球半徑r越小，補償誤差也越小。因此當用三坐標測量機進行點位測量時，應選用盡可能小的測球。2）測針軸線與被測表面法線間的夾角對補償誤差的影響當測針軸線與被測表面法線間的夾角等于0時，測球半徑補償誤差也為0。

18、因此，測量時要盡可能使測針軸線與被測表面垂直，使測頭沿著被測表面的法線方向移動，以最大限度地減小測球半徑補償誤差。在用三坐標測量機測量點元素時，測量軟件在自動補償測球半徑過程中會出現(xiàn)測球半徑補償誤差。通過運用參考坐標系找正工件或用CNC模式進行測量，使測頭沿著被測表面的法線方向移動采集點的坐標，可以盡量減小測球半徑補償誤差，正確進行測球半徑補償，提高測量精度。幾十年的發(fā)展充分證明，現(xiàn)代三坐標測量系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)的測量模式，具有通用、靈活、高效等特點，可以通過計算機控制完成各種復雜零件的測量，符合機械制造業(yè)中柔性自動化發(fā)展的需要，能夠滿足現(xiàn)代生產(chǎn)對測量技術(shù)提出的高精度、高效率要求。 什么

19、時侯用掃描測頭？應用于有形狀要求的零件和輪廓的測量：掃描方式測量的主要優(yōu)點在于能高速的采集數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不僅可以用來確定零件的尺寸及位置，更重要的是能用眾多的點來描述形狀、輪廓，這特別適用于對形狀、輪廓有嚴格要求的零件，該零件形狀直接影響零件的性能(如葉片、橢圓活塞等); 也適用于你不能確信你所用的加工設(shè)備能加工出形狀足夠好的零件,而形狀誤差成為主要問題時。 什么時侯用觸發(fā)式測頭？1. 零件所被關(guān)注的是尺寸（如小的螺紋底孔）、間距或位置，而并不強調(diào)其形狀誤差（如定位銷孔）;2. 或你確信你所用的加工設(shè)備有能加工出形狀足夠好的零件，而注意力主要放在尺寸和位置精度時，接觸式觸發(fā)測量是合適

20、的，特別是由于對離散點的測量.3. 觸發(fā)式測頭比掃描測頭快，觸發(fā)測頭體積較小當測量空間狹窄時測頭易于接近零件;4. 一般來講觸發(fā)式測頭使用及維修成本較低;在機械工業(yè)中有大量的幾何量測量,所關(guān)注的僅是零件的尺寸及位置，所以目前市場上的大部分三坐標測量機，特別是中等精度測量機，仍然使用接觸式觸發(fā)測頭。 選擇觸發(fā)測頭和掃描測頭的技巧高精度測量：掃描測頭對離散點測量是勻速或恒測力采點，其測點精度可以更高；由于掃描測頭可以直接判斷接觸點的法矢，對于要求嚴格定位、定向測量的場合，掃描測頭對離散點的測量也具有優(yōu)勢;對于未知曲面的掃描，亦即稱為數(shù)字化的場合下，掃描測頭顯示出了它的獨特優(yōu)勢:因為數(shù)字化

21、工作方式時，需要大量的點，觸發(fā)式測頭的采點方式顯得太慢;由于是未知曲面，測量機運動的控制方式亦不一樣，即在“探索方式”下工作：測量機根據(jù)巳運動的軌跡來計算下一步運動的軌跡、計算采點密度等。 選擇測頭的幾點考慮：1. 在可以應用接觸式測頭的情況下，慎選非接觸式測頭；2. 在只測尺寸、位置要素的情況下盡量選接觸式觸發(fā)測頭；3. 考慮成本又能滿足要求的情況下，盡量選接觸式觸發(fā)測頭；4. 對形狀及輪廓精度要求較高的情況下選用掃描測頭;5. 掃描測頭應當可以對離散點進行測量；6. 考慮掃描測頭與觸發(fā)測頭的互換性（一般用通用測座來達到）；7. 易變形零件、精度不高零件、要求超大量數(shù)據(jù)零件的測量，可以考慮采

22、用非接觸式測頭;8. 要考慮軟件、附加硬件（如測頭控制器、電纜）的配套。 觸發(fā)測頭的優(yōu)勢及劣勢：優(yōu)勢：1. 適于空間棱柱形物體及己知表面的測量；2. 通用性強,3. 有多種不同類型的觸發(fā)測頭及附件供采用；4. 采購及運行成本低；5. 應用簡單;6. 適用于尺寸測量及在線應用；7. 堅固耐用；8. 體積小，易于在窄小空間應用9. 由于三坐標測量儀在測點時測量機處于勻速直線低速運行狀態(tài)，測量機的動態(tài)性能對測量精度影響較?。涣觿荩簻y量取點率低。掃描測頭的優(yōu)勢及劣勢：優(yōu)勢1、適于形狀及輪廓測量；2、采點率高；3、更高級的數(shù)據(jù)處理能力；劣勢：1、比觸發(fā)測頭復雜；2、對離散點的測量較觸發(fā)測頭為慢

23、；3、高速掃描時由于加速度而引起的動態(tài)誤差很大，不可忽略，必須加以補償；4、測尖的磨損必須注意。蔡司三坐標測量機信息編號：13047282    2015/3/19 15:08:18    18次   收藏    舉報· 產(chǎn)品名稱：蔡司三坐標測量機CONTURA· 產(chǎn)品品牌：蔡司三坐標測量機CONTURA· 產(chǎn)品型號：CONTURA G· 關(guān)鍵字：蔡司三坐標測量機CONTURA G3系列CONTURA G3