三坐标测量仪的测量测头

三坐标测量测头安装在各轴的下端，被测物不同，测量测头的形式也不同，图15－8所示为常用的几种测头形式。

三坐标测量仪的测量测头按测量方法分为接触式和非接触式两大类。接触式测头应用比较广泛，非接触式测头多用于一些特殊场合的测量。接触式测头可分为硬测头和软测头两类。硬测头多为机械测头，主要用于手动测量和精度要求不高的场合，现代三坐标测量仪（特别是CNC三坐标测量仪）较少使用这种测量头。软测头是目前三坐标测量仪普遍使用的测量头。软测头主要有触发式测头和三维测微测头。三维测微测头有模拟测头和数字测头。模拟测头多采用电感传感器；数字测头多采用光栅传感器。这里只介绍触发式测头和三维电感测头。

图15－8 常用的几种测头形式

1.触发式测头

触发式测头亦称电触式测头，其作用是瞄准。它可用于 “飞越”测量，即在检测过程中，测头缓缓前进，当测头接触工件并过零点时，测头即自动发出信号，采集各坐标值，而测头则不需要立即停止或退回，即允许若干毫米的超程。触发式测头的结构形式很多，图15－9是其中之一。测头主体是由上主体3与下底座10及三根防转杆2组成，用3个螺钉紧固成一体。测杆11装在测杆座7上，其底面装有120°均布的3个圆柱体8。圆柱体8与装在下底座的6个钢球9两两相配，组成3对钢球接触副。测杆座为一半球形，顶部有一压力弹簧6向下压紧，使3对接触副自动接触。弹簧力大小用3个测力调整螺丝5调节。为了防止测杆座在运动中绕轴向转动，采用了防转杆2。测杆座上的防转槽是为了粗略地防止产生大的扭转角而使接触副错乱。电路导线由插座4引出。触发式测头的工作原理相当于零位发信开关。当3对钢球接触副均匀接触时，测杆处于零位。当测杆与被测件接触时，测杆被推向任一方向，发生偏转或顶起，此时3对钢球接触副必然有一对脱开，电路立即断开，随即发出过零信号，同时指示灯点亮。当测杆与被测件脱离后，外力消失，由于压力弹簧6的作用，使测杆回到原始位置。

图15－9 触发式测头

1—螺钉；2—防转杆；3—上主体；4—插座；5—测力调整螺丝；6—压力弹簧；7—测杆座；8—圆柱体；9—钢球；10—下底座；11—测杆；12—探测头；13—指示灯

这种测头的单向重复精度σ＜1μm。测头测杆长度l与触点至中心的半径r之间的比例关系将影响瞄准精度，一般r／l的比值越大，瞄准精度越高。测杆轴线方向的测力为0.3～1N，测杆垂直方向的测力为0.1～0.3N。测端直径、测端接触变形及测杆变形的系统值，可按已给定的数值在计算机中修正。

2.三维电感测头

三维电感测头有钢球式、双片簧式等不同的结构形式。其中双片簧式又有不同的结构设计。这里仅介绍一种双片簧式三维电感测量测头。图15－10所示为一种三层式的结构形式，三向测微由上至下按x、y、z排列，每层结构基本相同。各层结构均由三部分组成：

①感受部分，它由电感传感器7组成，当测杆发生位移时，各向传感器发出各自的信号。

②测力机构，采用电磁式测力机构8，当测杆向一个方向运动时，为了预加测力，电磁测力机构向触测方向产生电磁测力，同时给测杆一个预偏量。当测杆与工件接触时，即推压测杆，直至过零发出信号。这一过程完成后，电磁测力又按新的测量要求施加到该方向。如果一个测微坐标被锁紧，则此坐标的电磁力应释放开。

③零位锁紧机构，三向测头的三个方向不一定同时工作，往往需要锁紧一向或两向（有的测头不需锁紧）。锁紧机构用电磁铁操纵，需要锁紧时，将线圈13的电流断开，则衔铁14被一块永久磁铁11吸引向上运动，衔铁可绕片簧12转动而使圆锥销9插入小座10的孔内，将该方向锁紧在零位上。当需要打开锁紧时，将线圈13通以电流，其电磁力克服永久磁铁11的吸力，将锥销从小座的孔中拔出，成为自由状态。测杆座1装在最下层z方向的片簧机构上。为了平衡其重量，采用弹簧5吊挂，并设置螺旋调整机构来调整平衡力的大小。销子3为了防止螺母4转动而设置，它可在螺母4的外圆槽内滑动。测杆座1上装有5个探头，可方便地对各种工件进行测量。

图15－10 双片簧式三维电感测量测头

1—测杆座；2—螺钉；3—销子；4—螺母；5—弹簧；6—壳体；7—电感传感器；8—测力机构；9—圆锥销；10—小座；11—永久磁铁；12—片簧；13—线圈；14—衔铁；15—探测头

该测头的电感传感器的重复精度为0.1μm，包括平行片簧机构等在内测头总误差为0.5μm。

非接触测头的优点在于测头不与被测工件接触，因而无测力，不划伤工件，同时也可快速测量。非接触测头的种类较多，在三坐标测量仪上常用激光测头、光学测头、电视扫描测头等。