测头是CMM非常重要的部件,可以这样说,测头的发展先进程度就标志着CMM的发展先进程度.CMM可以配置不同类型的测头传感器.接触类的测头主要包括触发式、模拟式两种.非接触式包括激光三角测量、激光成像、机器视觉等.最初人们使用CMM时,由操作人员移动坐标轴,所用的测头是刚性的,当刚性测头以一定的接触力接触到被测表面时,人为记录下各坐标轴的坐标值.这种初期的     CMM不可能具有自动检测的能力,使用范围受到了极大的限制.但是由于它具有了三坐标的雏形,在使用测头钻孔的位置时也相当有效.

   CMM能被广泛地应用,其主要的一个原因是发明了触发式测头.触发式测头的最大功能是它的触发功能,即当探针接触被测表面并有一定的微笑位移时,测头就发出一电信号,利用此信号可以立即锁定当前坐标轴的位置,从而自动记录坐标值.触发式测头是由雷尼绍公司发明的,现在该公司生产一系列的触发式测头,可用于CNC加工中心,雷尼绍公司的生产的CMM测头现已成为行业标准配置,广泛地用于各大生产厂家的CMM上.

   常见的测头再运动学上,探针处于由三个圆柱棒6个球组成的6个触点唯一确定的位置上,用一个轻型的有参紧力的弹簧维持这一位置.6个 触点图中的方式依次连接,并接一个恒定电流电源.当探针接触被测表面,并产生微小位移时,6个触点中将有一个或一个以上的触点断开,从而使回路中的电阻迅速增大.当回路中的电阻增大到一定数值时,两端超过一定数值的电压将将起到开关电路发出信号,利用此信号就可以读取当前的测量位置数据.这种测头的特点是具有三维特性,即X,Y,Z三个方向的移动接触均能引起触发.因此,可以从不同的方向接触被测表面,而不会影响测量结果.

   在触发式测头进行测量的过程中,探针必须偏移一个固定的数量才会触发开关,因此,测量结果中要对这段偏移进行补偿.探针接触被测表面后,为了避免移动过量而折段,探针需要反方向退出一定距离.因此测量速度比硬探头扫描测量速度低.

CMM是用探针端部球的中心坐标值作为点的输入数据.因此,在测量时必须用恰当的方法推断测头端部球与被测零件的触点位置.在非CAD指导的检测系统中,通常在触点附近作三点测量,从而近似地找出通过该三点的平面法线,这不仅要耗费很多时间,从而测量精度也比较低.在CAD指导的检测系统中可以根据被测工件的CAD模型直接计算出被测点法向,让测头从法向接触被测点,这样就比较容易判断触点的位置.

   探針的作用是为红宝石球提供一个固定的支撑,当探针接触被测表面时,探针的微笑移动可触发开关,从而发出信号.探针有不同的类型.根据不同的需要可以选择不同的类型的探针.为了获得较高的测量精度,建议在实际测量时遵循以下两条原则:

尽量使用长度短的和刚性好的探针.测量时探针的弯曲越大,偏移越大,测量的重复精度就越低.

尽量选用直径大的红宝石探针.选用直径大的红宝石探针,一方面可以减小加工表面缺陷时测量精度的影响,另一方面可以增大探针的有效工作长度.

   测头的分类

   测量头作为测量传感器,是坐标测量系统中非常重要的部件.三坐标测量机的工作效率、精度与测量头密切相关,没有先进的测量头,就无法发挥测量机的卓越功能.坐标测量机的发展促进了新型测头的研制,新型测头的开发又进一步扩大了测量机的应用范围.按测量方法,可将测头分为接触式(触发式)和非接触式两大类.触发式测量头又分为机械接触式测头和电气接触式测头;非接触式测头则包括光学显微镜、电视扫描头及激光扫描头等.本文讨论的重点为触发式测头.

   机械接触式测头

   接触式测头又称为"刚性测头"、"硬测头",一般用于"静态"测量,大多作为接触元件使用.这种测头没有传感系统,无量程、不发讯,只是一个纯机械式接触头.机械接触式测头主要用于手动测量.由于人工直接操作,故测头的测量力不易控制,只适于作一般精度的测量.由于其明显的缺点,目前这种测头已很少使用.

   电气接触式测头

   电气接触式测头又称为"软测头",适于动态测量.这种测头作为测量传感器,是唯一与工件接触的部件,每测量一个点时,测头传感部分总有一个"接触—偏转—发讯—回复"的过程,测头的测端与被测件接触后可作偏移,传感器输出模拟位移量的信号.这种测头不但可用于瞄准(即过零发讯),还可用于测微(即测出给定坐标值的偏差值).因此按其功能,电气接触式测头又可分为作瞄准用的开关测头和具有测微功能的三向测头.电气接触式测头是目前使用最多的测头.