在接觸式測量中，由安裝在測頭（如動(dòng)態(tài)測頭、應(yīng)變計(jì)測頭、掃描測頭等）上的探針充當(dāng)與被測工件的接觸點(diǎn)。在機(jī)床、三坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）、比較測量儀和便攜式關(guān)節(jié)臂CMM上進(jìn)行各種探測操作時(shí)，正確和使用探針對(duì)實(shí)現(xiàn)、可靠和精確的測量必不可少。以下是可能有助于測量方案的一些要點(diǎn)。

　　對(duì)于在機(jī)床上使用的、傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測量測頭，應(yīng)采用陶瓷測桿和紅寶石測球的探針。對(duì)用于CMM的測頭，如果測桿較短，可優(yōu)先選用鋼制或硬質(zhì)合金測桿；如果測桿較長，則應(yīng)選用陶瓷或碳纖維測桿。陶瓷測桿比硬質(zhì)合金測桿更輕，其剛性比鋼制測桿更好，而且具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，特別適合在加工現(xiàn)場環(huán)境中使用。

　　紅寶石測球非常堅(jiān)硬和光滑，具有優(yōu)異的抗壓強(qiáng)度和耐磨損能力。它們的制造精度水平各不相同，并據(jù)此確定其等級(jí)（用與理想球體的大偏差來表示）。任何球度誤差都會(huì)增加測量的不確定度。兩種常用的測球等級(jí)是5級(jí)和10級(jí)（級(jí)數(shù)越小，精度越高）。CMM的精度水平越高，測球等級(jí)對(duì)測量的影響也越大。雷尼紹（Renishaw）公司建議，將5級(jí)測球作為標(biāo)準(zhǔn)測球，而對(duì)那些精度要求高的測量，則應(yīng)采用3級(jí)測球（其球度誤差僅為0.08μm）。

　對(duì)于高精度的應(yīng)變計(jì)測頭（尤其是用于機(jī)床的測頭），建議選用碳纖維測桿的探針。由于此類探針（無論是空心桿還是實(shí)心桿）重量很輕，因此非常適合用于高靈敏度的應(yīng)變計(jì)測頭。碳纖維是長測桿和加長桿常用的材料，因?yàn)樗鼜?qiáng)度高、重量輕，且具有良好的熱穩(wěn)定性。在需要用金屬制造的探針部位（如接頭、轉(zhuǎn)向節(jié)等），集重量輕、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、密度高于一身的鈦合金是選擇。

　　用于便攜式關(guān)節(jié)臂CMM的探針必須結(jié)實(shí)耐用，因此通常選用抗破裂性佳的5級(jí)氧化鋯測球。用抗沖擊性好的粘接劑將測球粘接到高強(qiáng)度的硬質(zhì)合金測桿上，特殊的連接結(jié)構(gòu)可確保其接頭剛性十足、不易斷裂。

　　掃描測頭（如Renishaw用于CMM和Equator柔性檢測儀的SP25M測頭）存在一些會(huì)影響測球材料選擇的變量。與接觸測量相比，掃描測量時(shí)測球與工件表面的相互作用更為頻繁，可能會(huì)導(dǎo)致三個(gè)問題：碎屑積聚、粘結(jié)磨損和磨料磨損。測球上積聚一些碎屑難以避免，但很容易用不起毛的干布擦掉。粘結(jié)磨損會(huì)將工件材料轉(zhuǎn)移到測球上，并終導(dǎo)致測球產(chǎn)生球度誤差。磨料磨損則會(huì)從測球或工件上去除一些材料。

　紅寶石測球適用于大部分工件（包括不銹鋼和鈦合金工件）的掃描測量，但在極端條件下掃描測量鋁合金工件時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)磨損。因此，在極端條件下測量鋁合金時(shí)，可用氮化硅測球替代紅寶石測球。不過，氮化硅測球在測量不銹鋼或鑄鐵工件時(shí)容易產(chǎn)生磨料磨損。掃描測量鑄鐵零件時(shí)應(yīng)氧化鋯測球，不過硬質(zhì)合金測球也表現(xiàn)不俗。



不同的探針類型

　　直探針通常用于在測頭可直接接觸工件的情況下探測一些簡單的零件特征。不過，對(duì)于一些特殊的檢測任務(wù)，還有許多其他類型的探針可供選擇。

（1）星型探針

　　具有多個(gè)測球的星型探針能以較少的測頭運(yùn)動(dòng)測量零件內(nèi)部特征（如孔中的溝槽）的極值點(diǎn)

（2）尖頭探針

　　尖頭探針非常適合探測螺紋形狀、特定的點(diǎn)和刻劃線，但不適用于標(biāo)準(zhǔn)的X—Y坐標(biāo)測量。端部呈圓弧形的尖頭探針可用于探測小孔的位置。

（3）陶瓷空心球探針

　　這種大尺寸探針非常適合在X、Y和Z方向測量較深的零件特征和內(nèi)孔（圖3）。用這種半球形探針測量粗糙表面時(shí)，其球徑平均效應(yīng)可減小粗糙度峰谷的影響。

（4）盤型探針

　　盤型探針適合檢測凹腔和溝槽（圖4）。用厚度較薄的盤型探針進(jìn)行探測時(shí)，需要仔細(xì)校準(zhǔn)探針的角度，以確保其與被測特征正確接觸。簡易型盤型探針只需以其直徑為基準(zhǔn)（通常用環(huán)規(guī)校準(zhǔn)），但其有效探測范圍僅局限于X和Y方向。如果增加一個(gè)端部呈圓弧形的滾柱，就能實(shí)現(xiàn)Z軸的探測，提供超出測頭直徑的圓弧端滾柱加長桿的中心線。

（5）圓柱形探針

　　圓柱形探針適合探測薄壁工件上的孔和螺紋特征，并可用于螺孔中心線的定位。探針的球形端部使其可實(shí)現(xiàn)在X、Y和Z方向的探測和質(zhì)量評(píng)定。

（6）定制設(shè)計(jì)的探針

　　定制設(shè)計(jì)的探針可用于實(shí)現(xiàn)各種特定的探測操作。



探針使用的基本規(guī)則

　　遵循一些簡單的探針使用規(guī)則，可以提高大多數(shù)探測任務(wù)的精度和效率。

（1）探針不宜過長，并應(yīng)確保其具有足夠的剛度。探針長度越短，越有可能獲得佳測量結(jié)果。較長的探針會(huì)放大測量誤差，而且容易產(chǎn)生較大的撓曲變形。

（2）盡可能減少接頭的數(shù)量。接頭和加長桿有可能引起測桿彎曲和測球偏移。

（3）盡量使用較粗的測桿。測桿越粗，探針的剛性就越好。

（4）盡可能使用較大的測球。這種策略可減少因測桿觸碰工件而引起錯(cuò)誤觸發(fā)的可能性。較大的測球可以增加有效探針長度，并允許使用較大的測桿直徑，從而提高探針剛度。后，較大的紅寶石測球可以減小工件表面光潔度對(duì)測量結(jié)果的影響。



測頭的校準(zhǔn)

　　在開始測量之前，必須對(duì)測頭進(jìn)行校準(zhǔn)（包括測量程序）。首先，按照機(jī)床和測頭制造商的說明，用探針對(duì)一個(gè)校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行探測（圖5）。校準(zhǔn)需要使用CMM隨機(jī)提供或包含在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)所用探測軟件中的專用校準(zhǔn)程序。標(biāo)準(zhǔn)球的制造精度非常高，其準(zhǔn)確尺寸已被確定并已納入校準(zhǔn)程序中。通過校準(zhǔn)，可以確定測頭零部件的有效尺寸，并將其尺寸值存儲(chǔ)在CMM或機(jī)床控制系統(tǒng)中。如果所用CMM不止一臺(tái)，則應(yīng)使用一個(gè)經(jīng)過校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)球，將其尺寸值輸入特定測量機(jī)的探測軟件中。

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