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三坐標(biāo)測量機的測量系統(tǒng)--測頭系統(tǒng)
閱讀：2139 發(fā)布時間：2012-5-24三坐標(biāo)測量機的測量系統(tǒng)由標(biāo)尺系統(tǒng)和測頭系統(tǒng)構(gòu)成，它們是三坐標(biāo)測量機的關(guān)鍵組成部分，決定著CMM測量精度的高低。
以為為您介紹一下測頭系統(tǒng)：
（一）測頭: 三坐標(biāo)測量機是用測頭來拾取信號的，因而測頭的性能直接影響測量精度和測量效率，沒有*的測頭就無法充分發(fā)揮測量機的功能。在三坐標(biāo)測量機上使用的測頭，按結(jié)構(gòu)原理可分為機械式、光學(xué)式和電氣式等；而按測量方法又可分為接觸式和非接觸式兩類。
1．機械接觸式測頭:機械接觸式測頭為剛性測頭，根據(jù)其觸測部位的形狀，可以分為圓錐形測頭、圓柱形測頭、球形測頭、半圓形測頭、點測頭、V型塊測頭等。這類測頭的形狀簡單，制造容易，但是測量力的大小取決于操作者的經(jīng)驗和技能，因此測量精度差、效率低。目前除少數(shù)手動測量機還采用此種測頭外，絕大多數(shù)測量機已不再使用這類測頭。
（a） 圓錐形測頭 （b） 圓柱形測頭 （c） 球形測頭 （d） 半圓形測頭 （e） 點測頭 （f） V型塊測頭
2．電氣接觸式測頭電氣接觸式測頭目前已為絕大部分坐標(biāo)測量機所采用，按其工作原理可分為動態(tài)測頭和靜態(tài)測頭。
（1）動態(tài)測頭:測桿安裝在芯體上，而芯體則通過三個沿圓周1200分布的鋼球安放在三對觸點上，當(dāng)測桿沒有受到測量力時，芯體上的鋼球與三對觸點均保持接觸，當(dāng)測桿的球狀端部與工件接觸時，不論受到X、Y、Z哪個方向的接觸力，至少會引起一個鋼球與觸點脫離接觸，從而引起電路的斷開，產(chǎn)生階躍信號，直接或通過計算機控制采樣電路，將沿三個軸方向的坐標(biāo)數(shù)據(jù)送至存儲器，供數(shù)據(jù)處理用。
測頭是在觸測工件表面的運動過程中，瞬間進行測量采樣的，故稱動態(tài)測頭，也稱觸發(fā)式測頭。動態(tài)測頭結(jié)構(gòu)簡單、成本低，可用于高速測量，但精度稍低，而且動態(tài)測頭不能以接觸狀態(tài)停留在工件表面，因而只能對工件表面作離散的逐點測量，不能作連續(xù)的掃描測量。
（2）靜態(tài)測頭:靜態(tài)測頭除具備觸發(fā)式測頭的觸發(fā)采樣功能外，還相當(dāng)于一臺超小型三坐標(biāo)測量機。測頭中有三維幾何量傳感器，在測頭與工件表面接觸時，在X、Y、Z三個方向均有相應(yīng)的位移量輸出，從而驅(qū)動伺服系統(tǒng)進行自動調(diào)整，使測頭停在規(guī)定的位移量上，在測頭接近靜止的狀態(tài)下采集三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，故稱為靜態(tài)測頭。靜態(tài)測頭沿工件表面移動時，可始終保持接觸狀態(tài)，進行掃描測量，因而也稱為掃描測頭。其主要特點是精度高，可以作連續(xù)掃描，但制造技術(shù)難度大，采樣速度慢，價格昂貴，適合于高精度測量機使用。
（3）光學(xué)測頭:在多數(shù)情況下，光學(xué)測頭與被測物體沒有機械接觸，這種非接觸式測量具有一些突出優(yōu)點，主要體現(xiàn)在：
1）由于不存在測量力，因而適合于測量各種軟的和薄的工件；2）由于是非接觸測量，可以對工件表面進行快速掃描測量；
3）多數(shù)光學(xué)測頭具有比較大的量程，這是一般接觸式測頭難以達(dá)到的；
4）可以探測工件上一般機械測頭難以探測到的部位。近年來，光學(xué)測頭發(fā)展較快，目前在坐標(biāo)測量機上應(yīng)用的光學(xué)測頭的種類也較多，如三角法測頭、激光聚集測頭、光纖測頭、體視式三維測頭、接觸式光柵測頭等。下面簡要介紹一下三角法測頭的工作原理。
（4）激光掃描測頭;激光測量探頭一般是以三角法測量原理為主
（二）測頭附件:為了擴大測頭功能、提高測量效率以及探測各種零件的不同部位，常需為測頭配置各種附件，如測端、探針、連接器、測頭回轉(zhuǎn)附件等。
1．測端: 對于接觸式測頭，測端是與被測工件表面直接接觸的部分。對于不同形狀的表面需要采用不同的測端。
2．探針:探針是指可更換的測桿。在有些情況下，為了便于測量，需選用不同的探針。探針對測量能力和測量精度有較大影響，在選用時應(yīng)注意：
1）在滿足測量要求的前提下，探針應(yīng)盡量短；
2）探針直徑必須小于測端直徑，在不發(fā)生干涉條件下，應(yīng)盡量選大直徑探針；
3）在需要長探針時，可選用硬質(zhì)合金探針，以提高剛度。若需要特別長的探針，可選用質(zhì)量較輕的陶瓷探針。
3．連接器:為了將探針連接到測頭上、測頭連接到回轉(zhuǎn)體上或測量機主軸上，需采用各種連接器。常用的有星形探針連接器、連接軸、星形測頭座等。
4．回轉(zhuǎn)附件:對于有些工件表面的檢測，比如一些傾斜表面、整體葉輪葉片表面等，僅用與工作臺垂直的探針探測將無法完成要求的測量，這時就需要借助一定的回轉(zhuǎn)附件，使探針或整個測頭回轉(zhuǎn)一定角度再進行測量，從而擴大測頭的功能。
常用的回轉(zhuǎn)附件測頭回轉(zhuǎn)體。它可以繞水平軸A和垂直軸B回轉(zhuǎn)，在它的回轉(zhuǎn)機構(gòu)中有精密的分度機構(gòu)，其分度原理類似于多齒分度盤。在靜盤中有48根沿圓周均勻分布的圓柱，而在動盤中有與之相應(yīng)的48個鋼球，從而可實現(xiàn)以7.5o為步距的轉(zhuǎn)位。它繞垂直軸的轉(zhuǎn)動范圍為360o，共48個位置，繞水平軸的轉(zhuǎn)動范圍為0o～105o，共15個位置。由于在繞水平軸轉(zhuǎn)角為0o（即測頭垂直向下）時，繞垂直軸轉(zhuǎn)動不改變測端位置，這樣測端在空間一共可有48×14＋1＝673個位置。能使測頭改變姿態(tài)以擴展從各個方向接近工件的能力。