二級(jí)計(jì)量師

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選擇觸發(fā)測(cè)頭和掃描測(cè)頭的技巧

測(cè)頭是測(cè)量機(jī)觸測(cè)被測(cè)零件的發(fā)訊開(kāi)關(guān)，它是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的關(guān)鍵部件，測(cè)頭精度的高低決定了測(cè)量機(jī)的測(cè)量重復(fù)性。此外，不同零件需要選擇不同功能的測(cè)頭進(jìn)行測(cè)量。

測(cè)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(cè)頭，接觸式測(cè)頭又可分為開(kāi)關(guān)式（觸發(fā)式或動(dòng)態(tài)發(fā)訊式）與掃描式（比例式或靜測(cè)頭是測(cè)量機(jī)觸測(cè)被測(cè)零件的發(fā)訊開(kāi)關(guān)，它是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的關(guān)鍵部件，測(cè)頭精度的高低決定了測(cè)量機(jī)的測(cè)量重復(fù)性。此外，不同零件需要選擇不同功能的測(cè)頭進(jìn)行測(cè)量。

測(cè)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(cè)頭，接觸式測(cè)頭又可分為開(kāi)關(guān)式（觸發(fā)式或動(dòng)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(kāi)關(guān)測(cè)頭的實(shí)質(zhì)是零位發(fā)訊開(kāi)關(guān)，以TP6（RENISHAW）為例，它相當(dāng)于三對(duì)觸點(diǎn)串聯(lián)在電路中，當(dāng)測(cè)頭產(chǎn)生任一方向的位移時(shí)，均使任一觸點(diǎn)離開(kāi)，電路斷開(kāi)即可發(fā)訊計(jì)數(shù)。開(kāi)關(guān)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)（106~107）、具有較好的測(cè)量重復(fù)性（0.35~0.28μm），而且成本低廉，測(cè)量迅速，因而得到較為廣泛的應(yīng)用。

掃描式測(cè)頭實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于X、Y、Z個(gè)方向皆為差動(dòng)電感測(cè)微儀，X、Y、Z三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)是靠三個(gè)方向的平行片簧支撐，是無(wú)間隙轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)頭的偏移量由線性電感器測(cè)出。掃描式測(cè)頭主要用來(lái)對(duì)復(fù)雜的曲線曲面實(shí)現(xiàn)測(cè)量。

非接觸測(cè)頭主要分為激光掃描測(cè)頭和視頻測(cè)頭兩種。

激光掃描測(cè)頭主要用于實(shí)現(xiàn)較軟材料或一些特征表面進(jìn)行非接觸測(cè)量。測(cè)頭在距離檢測(cè)工件一定距離（比如50mm），在其聚焦點(diǎn)！5mm范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，采點(diǎn)速率在200點(diǎn)/秒以上。通過(guò)對(duì)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(cè)頭進(jìn)一步提高了測(cè)量機(jī)的應(yīng)用，使得許多過(guò)去采用非接觸測(cè)量無(wú)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(cè)頭進(jìn)行測(cè)量。操作者可將檢測(cè)工件表面放大50倍以上，采用標(biāo)準(zhǔn)的或可變換的鏡頭實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)小工件的測(cè)量。

以下就如何進(jìn)行觸發(fā)和掃描測(cè)頭提出建議：

什么時(shí)侯用觸發(fā)式測(cè)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(qiáng)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(shí)，接觸式觸發(fā)測(cè)量是合適的，特別是由于對(duì)離散點(diǎn)的測(cè)量；

3. 觸發(fā)式測(cè)頭比掃描測(cè)頭快，觸發(fā)測(cè)頭體積較小當(dāng)測(cè)量空間狹窄時(shí)測(cè)頭易于接近零件；

4. 一般來(lái)講觸發(fā)式測(cè)頭使用及維修成本較低；

在機(jī)械工業(yè)中有大量的幾何量測(cè)量，所關(guān)注的僅是零件的尺寸及位置，所以目前市場(chǎng)上的大部分測(cè)量機(jī)，特別是中等精度測(cè)量機(jī)，仍然使用接觸式觸發(fā)測(cè)頭。

什么時(shí)侯用掃描測(cè)頭？

1. 應(yīng)用于有形狀要求的零件和輪廓的測(cè)量：掃描方式測(cè)量的主要優(yōu)點(diǎn)在于能高速的采集數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不僅可以用來(lái)確定零件的尺寸及位置，更重要的是能用眾多的點(diǎn)來(lái)精確的描述形狀、輪廓，這特別適用于對(duì)形狀、輪廓有嚴(yán)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(wèn)題時(shí)；

2. 高精度測(cè)量：掃描測(cè)頭對(duì)離散點(diǎn)測(cè)量是勻速或恒測(cè)力采點(diǎn)，其測(cè)點(diǎn)精度可以更高；

由于掃描測(cè)頭可以直接判斷接觸點(diǎn)的法矢，對(duì)于要求嚴(yán)格定位、定向測(cè)量的場(chǎng)合，掃描測(cè)頭對(duì)離散點(diǎn)的測(cè)量也具有優(yōu)勢(shì)；

3. 對(duì)于未知曲面的掃描，亦即稱為數(shù)字化的場(chǎng)合下，掃描測(cè)頭顯示出了它的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：因?yàn)閿?shù)字化工作方式時(shí)，需要大量的點(diǎn)，觸發(fā)式測(cè)頭的采點(diǎn)方式顯得太慢；由于是未知曲面，測(cè)量機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制方式亦不一樣，即在“探索方式”下工作：測(cè)量機(jī)根據(jù)巳運(yùn)動(dòng)的軌跡來(lái)計(jì)算下一步運(yùn)動(dòng)的軌跡、計(jì)算采點(diǎn)密度等。

選擇測(cè)頭的幾點(diǎn)考慮：

1. 在可以應(yīng)用接觸式測(cè)頭的情況下，慎選非接觸式測(cè)頭；

2. 在只測(cè)尺寸、位置要素的情況下盡量選接觸式觸發(fā)測(cè)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(cè)頭；

4. 對(duì)形狀及輪廓精度要求較高的情況下選用掃描測(cè)頭；

5. 掃描測(cè)頭應(yīng)當(dāng)可以對(duì)離散點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；

6. 考慮掃描測(cè)頭與觸發(fā)測(cè)頭的互換性（一般用通用測(cè)座來(lái)達(dá)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(cè)量，可以考慮采用非接觸式測(cè)頭；

8. 要考慮軟件、附加硬件（如測(cè)頭控制器、電纜）的配套。

掃描測(cè)頭的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)：

優(yōu)勢(shì)：

1、適于形狀及輪廓測(cè)量；

2、采點(diǎn)率高；

3、高密度采點(diǎn)保證了良好的重復(fù)性、再現(xiàn)性（GR&R）；

4、更高級(jí)的數(shù)據(jù)處理能力；

劣勢(shì)：

1、比觸發(fā)測(cè)頭復(fù)雜；

2、對(duì)離散點(diǎn)的測(cè)量較觸發(fā)測(cè)頭為慢；

3、高速掃描時(shí)由于加速度而引起的動(dòng)態(tài)誤差很大，不可忽略，必須加以補(bǔ)償；

4、測(cè)尖的磨損必須注意。

觸發(fā)測(cè)頭的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)：

優(yōu)勢(shì)：

1. 適于空間棱柱形物體及己知表面的測(cè)量；

2. 通用性強(qiáng)，

3. 有多種不同類型的觸發(fā)測(cè)頭及附件供采用；

4. 采購(gòu)及運(yùn)行成本低；

5. 應(yīng)用簡(jiǎn)單；

6. 適用于尺寸測(cè)量及在線應(yīng)用；

7. 堅(jiān)固耐用；

8. 體積小，易于在窄小空間應(yīng)用

9. 由于測(cè)點(diǎn)時(shí)測(cè)量機(jī)處于勻速直線低速運(yùn)行狀態(tài)，測(cè)量機(jī)的動(dòng)態(tài)性能對(duì)測(cè)量精度影響較小；

劣勢(shì)：測(cè)量取點(diǎn)率低。

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