測(cè)頭系統(tǒng)是由測(cè)頭及其附件組成的系統(tǒng)。測(cè)頭是測(cè)量機(jī)觸摸被測(cè)零件的發(fā)送機(jī)構(gòu)。 它可以輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)或比例模擬信號(hào)。 它是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的關(guān)鍵組件。 探頭的精度在很大程度上決定了測(cè)量重復(fù)性和測(cè)量機(jī)的精度。 近年來(lái)，坐標(biāo)測(cè)頭技術(shù)得到了飛速發(fā)展，尤其是掃描測(cè)頭和非接觸測(cè)頭。

　　一、測(cè)頭的分類

　　1.觸發(fā)測(cè)頭

　　觸發(fā)測(cè)頭(Trigger Probe):又稱為開(kāi)關(guān)測(cè)頭，是測(cè)量機(jī)最基本的、最常用的一類測(cè)頭。 觸發(fā)測(cè)頭的主要任務(wù)是探測(cè)零件時(shí)發(fā)出鎖存信號(hào)，實(shí)時(shí)鎖存被測(cè)表面坐標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。觸發(fā)測(cè)頭按工作原理分為三種:機(jī)械開(kāi)關(guān)測(cè)頭、應(yīng)變片開(kāi)關(guān)測(cè)頭和壓電陶瓷開(kāi)關(guān)測(cè)頭。

　　2.連續(xù)掃描測(cè)頭

　　掃描測(cè)頭(Scanning Probe):又稱為比例測(cè)頭或模擬測(cè)頭，此類測(cè)頭不僅能作觸發(fā)測(cè)頭使用，更重要的是能輸出與測(cè)桿的偏轉(zhuǎn)成比例的信號(hào)(模擬電壓或數(shù)字信號(hào))，由計(jì)算機(jī)與測(cè)量機(jī)的三維坐標(biāo)信號(hào)同時(shí)讀人得到被探測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。這種測(cè)頭掃描時(shí)采點(diǎn)率高,對(duì)于離散點(diǎn)的測(cè)量可以確定該點(diǎn)所在表面的法矢方向，因此更適于曲面的測(cè)量。

　　3.激光測(cè)頭

　　激光測(cè)頭的原理是簡(jiǎn)單的光學(xué)三角測(cè)距，半導(dǎo)體激光器和CCD探測(cè)器是其關(guān)鍵器件，當(dāng)測(cè)量機(jī)連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)將得到一條掃描線?？紤]到實(shí)際應(yīng)用上的問(wèn)題，例如零件上可能的臺(tái)階面的擋光，內(nèi)部光路的設(shè)計(jì)有不同的解決方案。在此簡(jiǎn)單原理上，如果將光源改為線列激光，CCD改為面陣列，就產(chǎn)生了線掃描激光測(cè)頭，即當(dāng)測(cè)量機(jī)連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)將得到一條掃描帶。

　　4.光學(xué)視頻測(cè)頭

　　光學(xué)視頻測(cè)頭，或者視覺(jué)測(cè)頭(Vision Probe)實(shí)際上就是一個(gè)CCD攝像頭，由攝像頭對(duì)零件表面成像，再藉數(shù)據(jù)圖像分析技術(shù),提取測(cè)量元素。這種測(cè)頭往往附帶有照明光源，以保證足夠的成像亮度的要求。光學(xué)視頻測(cè)頭主要應(yīng)用領(lǐng)域是二維零件的測(cè)量，是工具顯微鏡和兩坐標(biāo)CNC測(cè)量機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)頭。用在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上，可以作為一個(gè)附加功能，實(shí)現(xiàn)非接觸兩坐標(biāo)測(cè)量任務(wù)。

　　二、測(cè)量機(jī)的多探頭支持技術(shù)

　　CMM支持多探針的主要技術(shù)有兩種，一種是系統(tǒng)的集成，另一種是探針的快速互換性。

　　系統(tǒng)集成是指電纜，控制系統(tǒng)和軟件包是否可以與測(cè)量機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置統(tǒng)一。如果無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，則探針的控制系統(tǒng)，軟件和電纜以及測(cè)量機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)將構(gòu)成并行配置。探頭的快速互換性是指是否可以快速安裝和拆卸探頭與測(cè)量機(jī)之間的電氣和機(jī)械接口。在這兩個(gè)方面，不同的測(cè)量機(jī)制造商之間存在很大差異。

　　購(gòu)買多探頭三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)時(shí)，用戶應(yīng)注意區(qū)分制造商提供的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)探頭的工作模式：集成和外部。對(duì)于集成探頭系統(tǒng)，測(cè)量軟件包中包含探頭選擇項(xiàng)。只要通知控制系統(tǒng)啟用其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序模塊，它就可以與標(biāo)準(zhǔn)觸發(fā)探針共享統(tǒng)一的軟件和硬件資源。

　　外部探針系統(tǒng)使用專門開(kāi)發(fā)的PC軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)其驅(qū)動(dòng)模塊和數(shù)據(jù)處理，與標(biāo)準(zhǔn)軟件包完全分開(kāi)。這樣，性能大大降低。首先，在多任務(wù)環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)程序模塊的實(shí)時(shí)控制很差。另一方面，它的數(shù)據(jù)處理功能相對(duì)簡(jiǎn)單，根本無(wú)法與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量軟件包匹配。

　　在CMM中有兩種安裝集成式多功能探針的方法，一種是快速自動(dòng)更換，例如，與觸發(fā)探針共享PH10測(cè)量基座。另一種是與觸發(fā)探針平行固定安裝，形成所謂的“復(fù)合”測(cè)量機(jī)。

　　這兩種類型的測(cè)量機(jī)之間的主要區(qū)別在于，在快速自動(dòng)更換模式下，多個(gè)探頭的測(cè)量功能不會(huì)相互影響。在觸發(fā)探針模式下，它是標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，而在視頻探針模式下，它成為專業(yè)的光學(xué)測(cè)量機(jī)。 “復(fù)合”的最大問(wèn)題是不同探針之間的干擾，因?yàn)槊總€(gè)探針都有一定的體積，當(dāng)一個(gè)探針工作時(shí)，另一個(gè)成為障礙，直接影響到工件的可及性。同時(shí)，由于空間錯(cuò)位，兩種模式的測(cè)量范圍不一致，即只能在中間區(qū)域?qū)崿F(xiàn)復(fù)合測(cè)量功能。

　　三、各種測(cè)頭的應(yīng)用領(lǐng)域

　　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)系CMM的新用戶)在選擇時(shí)感到困惑。他們不知道選擇哪種探針配置，并且不同的探針配置與成本密切相關(guān)。始終正確的原則是根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分和選擇。這是一些參考指南。

　　1.常規(guī)形式和位置公差測(cè)量

　　接觸觸發(fā)探針仍然是大多數(shù)用戶的選擇。接觸式觸發(fā)探針具有精度高，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，可以滿足測(cè)量點(diǎn)的所有要求，是大多數(shù)測(cè)量機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。

　　2.輪廓測(cè)量

　　除了一般的尺寸和幾何公差外，如果還要進(jìn)行輪廓測(cè)量，例如產(chǎn)品蓋，模具等，則建議使用接觸式掃描頭。

　　3.反向測(cè)量小零件

　　點(diǎn)掃描激光探針用于對(duì)諸如家用電器和手工藝品外殼等形狀復(fù)雜的小零件進(jìn)行反向測(cè)量，具有成本低，自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)。

　　4.大型零件的反向測(cè)量

　　這主要是指對(duì)諸如汽車和摩托車的大型產(chǎn)品的外殼零件或模型進(jìn)行反向測(cè)量。效率非常重要，因此需要專業(yè)的掃描和采樣工具。激光探針的精度遠(yuǎn)低于觸發(fā)探針，并且在數(shù)量級(jí)上存在差異，因此激光探針的應(yīng)用受到很大限制。

　　5.二維小孔和平面圖案零件

　　這些產(chǎn)品是光學(xué)成像探頭(例如印刷電路板)的典型應(yīng)用領(lǐng)域。值得強(qiáng)調(diào)的是，復(fù)合探頭測(cè)量機(jī)在光學(xué)模式下也是二維測(cè)量機(jī)，因?yàn)樗耐哥R方向是固定的。盡管z軸可以移動(dòng)到不同的高度，但是根據(jù)機(jī)器分類，只能將其稱為兩個(gè)半軸。

　　6.軟材料零件的測(cè)量

　　有些材料不能用接觸式探頭測(cè)量，例如蠟質(zhì)座墊等，即使測(cè)量力很小，也會(huì)變形或損壞。在這種情況下，僅使用激光探針。

　　四、多測(cè)頭系統(tǒng)的發(fā)展

　　從在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上的應(yīng)用來(lái)看，接觸式測(cè)頭仍然是最主要和成熟的技術(shù)，對(duì)它的測(cè)量對(duì)象、使用方法和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)都已有明確規(guī)定。

　　對(duì)于非接觸測(cè)頭，尤其是激光測(cè)頭，其評(píng)價(jià)技術(shù)尚在發(fā)展之中，目前還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)定其精度定義和驗(yàn)收方法。所以各家所公布的精度指標(biāo)沒(méi)有可比性。

　　對(duì)非接觸測(cè)頭的應(yīng)用領(lǐng)域的開(kāi)拓仍然是今后發(fā)展的熱點(diǎn)，例如，如何將激光掃描測(cè)頭從單一的取點(diǎn)功能發(fā)展到幾何特征測(cè)量上;如何將視頻測(cè)頭從兩維圖形測(cè)量提升到三維零件測(cè)量上;如何用觸發(fā)掃描測(cè)頭實(shí)現(xiàn)高效、高精度的反求采點(diǎn)。在這方面，意大利DEA公司走在前面，已經(jīng)有了新的產(chǎn)品。

　　坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域正在快速擴(kuò)大,從計(jì)量室檢測(cè)、生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)、逆向工程,將成為未來(lái)數(shù)字化制造系統(tǒng)中的重要設(shè)備,多測(cè)頭技術(shù)的開(kāi)發(fā)是這種發(fā)展的必然需要。我們相信隨著測(cè)頭技術(shù)和軟件技術(shù)的提高，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)將會(huì)成為真正的萬(wàn)能測(cè)量工具。