探头系统对三坐标测量机测量功能的影响

探头系统对三坐标测量机测量功能的影响三坐标测量机的测量功能除受仪器结构影响外，探头系统也是极为重要的因素之一。因此为获得最佳的测量效果，需依据测量工件的种类不同，选择适当的探头。三坐标测量机探头大致上可分接触式与非接触式等两种探头，接触式探头又可区分成机械式和电气式两种，而电气式又可区分成触发式探头与扫瞄式探头之分。接触式探头又可区分成硬式探头、触发式探头及模拟式探头等三种。非接触式又可区分成中心显微镜、中心投影器、影像视讯屏幕和激光等方式。而激光方式又可分激光扫瞄和激光探头等二种方式。下图为一待测工件及各式探头的情形。1、机械式探头机械式探头的型式种类繁多，包括球形、锥形、圆柱形及万能形等。球形探头其探针端拥有一个碳化物材料制成，直径为2~10mm的圆球。圆锥形为决定孔的中心位置，或两孔间中心距离的测量，使用前需注意孔与探头平行，即工件先作水平调整，然后再进行测量工作。圆柱形探头因其仅能求得二坐标的坐标值，适用于板金面间尺寸、边缘、曲面形状、凹槽直度等均可测量。万能形探头为球形探头的一种，主要因其探头的指向能被任意改变，以配合待测工件测量方向。其它尚有为特殊用途而采用，如半球状、碟式等探头。2、触发式探头(Touch-Triggerprobes)触发式探头无论在任何位置及方向，只要其探针偏离原来的中心位置至某一程度时，立即会产生一个检测信号，它是由英国Renishaw公司所发展出来的，已广泛被世界各主要制造三坐标测量仪的厂商所采用，除了德国Zeiss、德国Leitz和意大利DEA之外。探头内部的构造，中间有弹簧为调整固定探针的板块松紧和探针的灵敏度，每隔120°有一组由一支圆销或二个圆球组成的串联电路。当探针触及工件时，任何一组圆销和圆球间，在其接触点有间隙时即形成断电，此时即发生触发信号，使处理器计数其三轴的位置再送给计算机。触发式探头若使用于工件不同方向的测量，可用有五个方向的探头称的为五星探头。Renishaw公司也设计的一种探头，可作两个轴向的旋转，以配合工件不同待测方向的应用。角度移动量在A轴每7.5°有一可固定位置共15个位置、在B轴每15°有一个固定位置共24个位置可选择，以达到测量各种方向的要求。3、扫瞄式探头三维(3D)扫瞄探头本身是一种小型三坐标测量仪，它是由三个相同的弹性平行四边形构成，三个轴方向可有±3mm的偏移范围。每轴都有感应式线性测量系统作为位置测量。三个个别导轨可以各自用精密的机械锁紧且其测量系统相对机械零点的重现性小于0.1µm。测量力是应用插入式线圈感应产生器所产生转换至各探头的固定器上。自动重量平衡机构可作因探头冲击而偏位的补偿。当电子定位控制在探头与工件接触就自动起作用。探测轴上导轨滑行，直到探头中的感应系统已经静止在其零点位置，此时机械坐标值才会被自动送到计算机。扫瞄式探头其前端与触发式探头相同，因此它兼具有动态扫瞄和静态触发的功能。另一种扫瞄式探头为日本三丰(Mitutoyo)公司所设计是一种接触式的位移侦测探头，内有空气轴承和线性光栅尺，探针位移量的侦测，借着探头上的线性光栅尺信号被回授至处理器系统而得到。此型探头可执行工件表面连续且自动化扫瞄的测量工作。此种探头具有对工件表面形状连续追踪的能力、不需事先规划探头的移动路径、借着测量力相同的关系，可作曲线表面进行精密的测量工作等优点。4、非接触式探头非接触式探头有中心显微镜、中心投影器、影像视讯屏幕和激光扫瞄等方式，可应用在小型零件形状测量、无法使用机械式探头测量的柔软工件等。三坐标测量仪的测轴装置影像视讯屏幕(ClosedCircuitTV)，提供放大倍率为20倍，只要在影像区内不需移动工件或探头立即可测量工件各部位尺寸。激光扫瞄探头，是一种最进步的测量系统，可借着激光光来进行连续的非接触测量动作，同时消除接触式探头虚拟点加载(Dummypointentry)以作为探头半径的补正工作。5、探头自动交换库英国Renishaw公司所发展的探头自动交换库能安装八支探头，可以完全自动更换探头，以增加测量速度，使三坐标测量仪检验系统更弹性化。