測頭系統(tǒng)是由測頭及其附件組成的系統(tǒng)。測頭是測量機觸摸被測零件的發(fā)送機構(gòu)。 它可以輸出開關(guān)信號或比例模擬信號。 它是坐標測量機的關(guān)鍵組件。 探頭的精度在很大程度上決定了測量重復性和測量機的精度。 近年來，坐標測頭技術(shù)得到了飛速發(fā)展，尤其是掃描測頭和非接觸測頭。

　　一、測頭的分類

　　1.觸發(fā)測頭

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

　　2.連續(xù)掃描測頭

　　掃描測頭(Scanning Probe):又稱為比例測頭或模擬測頭，此類測頭不僅能作觸發(fā)測頭使用，更重要的是能輸出與測桿的偏轉(zhuǎn)成比例的信號(模擬電壓或數(shù)字信號)，由計算機與測量機的三維坐標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,對于離散點的測量可以確定該點所在表面的法矢方向，因此更適于曲面的測量。

　　3.激光測頭

　　激光測頭的原理是簡單的光學三角測距，半導體激光器和CCD探測器是其關(guān)鍵器件，當測量機連續(xù)運動時將得到一條掃描線?？紤]到實際應用上的問題，例如零件上可能的臺階面的擋光，內(nèi)部光路的設(shè)計有不同的解決方案。在此簡單原理上，如果將光源改為線列激光，CCD改為面陣列，就產(chǎn)生了線掃描激光測頭，即當測量機連續(xù)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，由攝像頭對零件表面成像，再藉數(shù)據(jù)圖像分析技術(shù),提取測量元素。這種測頭往往附帶有照明光源，以保證足夠的成像亮度的要求。光學視頻測頭主要應用領(lǐng)域是二維零件的測量，是工具顯微鏡和兩坐標CNC測量機的標準測頭。用在坐標測量機上，可以作為一個附加功能，實現(xiàn)非接觸兩坐標測量任務(wù)。

　　二、測量機的多探頭支持技術(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量機的標準配置統(tǒng)一。如果無法實現(xiàn)系統(tǒng)集成，則探針的控制系統(tǒng)，軟件和電纜以及測量機的標準系統(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量機之間的電氣和機械接口。在這兩個方面，不同的測量機制造商之間存在很大差異。

　　購買多探頭三坐標測量機時，用戶應注意區(qū)分制造商提供的三坐標測量機探頭的工作模式：集成和外部。對于集成探頭系統(tǒng)，測量軟件包中包含探頭選擇項。只要通知控制系統(tǒng)啟用其相應的驅(qū)動程序模塊，它就可以與標準觸發(fā)探針共享統(tǒng)一的軟件和硬件資源。

　　外部探針系統(tǒng)使用專門開發(fā)的PC軟件來實現(xiàn)其驅(qū)動模塊和數(shù)據(jù)處理，與標準軟件包完全分開。這樣，性能大大降低。首先，在多任務(wù)環(huán)境中運行時，驅(qū)動程序模塊的實時控制很差。另一方面，它的數(shù)據(jù)處理功能相對簡單，根本無法與標準測量軟件包匹配。

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

　　這兩種類型的測量機之間的主要區(qū)別在于，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(fā)探針模式下，它是標準的坐標測量機，而在視頻探針模式下，它成為專業(yè)的光學測量機。 “復合”的最大問題是不同探針之間的干擾，因為每個探針都有一定的體積，當一個探針工作時，另一個成為障礙，直接影響到工件的可及性。同時，由于空間錯位，兩種模式的測量范圍不一致，即只能在中間區(qū)域?qū)崿F(xiàn)復合測量功能。

　　三、各種測頭的應用領(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)應用領(lǐng)域進行區(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，價格低廉的優(yōu)點，可以滿足測量點的所有要求，是大多數(shù)測量機的標準配置。

　　2.輪廓測量

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

　　3.反向測量小零件

　　點掃描激光探針用于對諸如家用電器和手工藝品外殼等形狀復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.大型零件的反向測量

　　這主要是指對諸如汽車和摩托車的大型產(chǎn)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(yè)的掃描和采樣工具。激光探針的精度遠低于觸發(fā)探針，并且在數(shù)量級上存在差異，因此激光探針的應用受到很大限制。

　　5.二維小孔和平面圖案零件

　　這些產(chǎn)品是光學成像探頭(例如印刷電路板)的典型應用領(lǐng)域。值得強調(diào)的是，復合探頭測量機在光學模式下也是二維測量機，因為它的透鏡方向是固定的。盡管z軸可以移動到不同的高度，但是根據(jù)機器分類，只能將其稱為兩個半軸。

　　6.軟材料零件的測量

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

　　四、多測頭系統(tǒng)的發(fā)展

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

　　對于非接觸測頭，尤其是激光測頭，其評價技術(shù)尚在發(fā)展之中，目前還沒有一個統(tǒng)一的國際標準來規(guī)定其精度定義和驗收方法。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(lǐng)域的開拓仍然是今后發(fā)展的熱點，例如，如何將激光掃描測頭從單一的取點功能發(fā)展到幾何特征測量上;如何將視頻測頭從兩維圖形測量提升到三維零件測量上;如何用觸發(fā)掃描測頭實現(xiàn)高效、高精度的反求采點。在這方面，意大利DEA公司走在前面，已經(jīng)有了新的產(chǎn)品。

　　坐標測量機的應用領(lǐng)域正在快速擴大,從計量室檢測、生產(chǎn)過程檢測、逆向工程,將成為未來數(shù)字化制造系統(tǒng)中的重要設(shè)備,多測頭技術(shù)的開發(fā)是這種發(fā)展的必然需要。我們相信隨著測頭技術(shù)和軟件技術(shù)的提高，坐標測量機將會成為真正的萬能測量工具。