测头技术应用

2020-06-22

测头技术应用

  测头系统是由测头及其附件组成的系统。测头是测量机触摸被测零件的发送机构。 它可以输出开关信号或比例模拟信号。 它是坐标测量机的关键组件。 探头的精度在很大程度上决定了测量重复性和测量机的精度。 近年来,坐标测头技术得到了飞速发展,尤其是扫描测头和非接触测头。

  一、测头的分类

  1.触发测头

  触发测头(Trigger Probe):又称为开关测头,是测量机最基本的、最常用的一类测头。 触发测头的主要任务是探测零件时发出锁存信号,实时锁存被测表面坐标点的三维坐标值。触发测头按工作原理分为三种:机械开关测头、应变片开关测头和压电陶瓷开关测头。

  2.连续扫描测头

  扫描测头(Scanning Probe):又称为比例测头或模拟测头,此类测头不仅能作触发测头使用,更重要的是能输出与测杆的偏转成比例的信号(模拟电压或数字信号),由计算机与测量机的三维坐标信号同时读人得到被探测点的三维坐标。这种测头扫描时采点率高,对于离散点的测量可以确定该点所在表面的法矢方向,因此更适于曲面的测量。

  3.激光测头

  激光测头的原理是简单的光学三角测距,半导体激光器和CCD探测器是其关键器件,当测量机连续运动时将得到一条扫描线。考虑到实际应用上的问题,例如零件上可能的台阶面的挡光,内部光路的设计有不同的解决方案。在此简单原理上,如果将光源改为线列激光,CCD改为面阵列,就产生了线扫描激光测头,即当测量机连续运动时将得到一条扫描带。

  4.光学视频测头

  光学视频测头,或者视觉测头(Vision Probe)实际上就是一个CCD摄像头,由摄像头对零件表面成像,再藉数据图像分析技术,提取测量元素。这种测头往往附带有照明光源,以保证足够的成像亮度的要求。光学视频测头主要应用领域是二维零件的测量,是工具显微镜和两坐标CNC测量机的标准测头。用在坐标测量机上,可以作为一个附加功能,实现非接触两坐标测量任务。

 

  二、测量机的多探头支持技术

  CMM支持多探针的主要技术有两种,一种是系统的集成,另一种是探针的快速互换性。

  系统集成是指电缆,控制系统和软件包是否可以与测量机的标准配置统一。如果无法实现系统集成,则探针的控制系统,软件和电缆以及测量机的标准系统将构成并行配置。探头的快速互换性是指是否可以快速安装和拆卸探头与测量机之间的电气和机械接口。在这两个方面,不同的测量机制造商之间存在很大差异。

  购买多探头三坐标测量机时,用户应注意区分制造商提供的三坐标测量机探头的工作模式:集成和外部。对于集成探头系统,测量软件包中包含探头选择项。只要通知控制系统启用其相应的驱动程序模块,它就可以与标准触发探针共享统一的软件和硬件资源。

  外部探针系统使用专门开发的PC软件来实现其驱动模块和数据处理,与标准软件包完全分开。这样,性能大大降低。首先,在多任务环境中运行时,驱动程序模块的实时控制很差。另一方面,它的数据处理功能相对简单,根本无法与标准测量软件包匹配。

  在CMM中有两种安装集成式多功能探针的方法,一种是快速自动更换,例如,与触发探针共享PH10测量基座。另一种是与触发探针平行固定安装,形成所谓的“复合”测量机。

  这两种类型的测量机之间的主要区别在于,在快速自动更换模式下,多个探头的测量功能不会相互影响。在触发探针模式下,它是标准的坐标测量机,而在视频探针模式下,它成为专业的光学测量机。 “复合”的最大问题是不同探针之间的干扰,因为每个探针都有一定的体积,当一个探针工作时,另一个成为障碍,直接影响到工件的可及性。同时,由于空间错位,两种模式的测量范围不一致,即只能在中间区域实现复合测量功能。

 

  三、各种测头的应用领域

  CMM支持各种探针的能力正在迅速发展,这使很多用户(尤其是首次联系CMM的新用户)在选择时感到困惑。他们不知道选择哪种探针配置,并且不同的探针配置与成本密切相关。始终正确的原则是根据应用领域进行区分和选择。这是一些参考指南。

  1.常规形式和位置公差测量

  接触触发探针仍然是大多数用户的选择。接触式触发探针具有精度高,价格低廉的优点,可以满足测量点的所有要求,是大多数测量机的标准配置。

  2.轮廓测量

  除了一般的尺寸和几何公差外,如果还要进行轮廓测量,例如产品盖,模具等,则建议使用接触式扫描头。

  3.反向测量小零件

  点扫描激光探针用于对诸如家用电器和手工艺品外壳等形状复杂的小零件进行反向测量,具有成本低,自动化程度高的特点。

  4.大型零件的反向测量

  这主要是指对诸如汽车和摩托车的大型产品的外壳零件或模型进行反向测量。效率非常重要,因此需要专业的扫描和采样工具。激光探针的精度远低于触发探针,并且在数量级上存在差异,因此激光探针的应用受到很大限制。

  5.二维小孔和平面图案零件

  这些产品是光学成像探头(例如印刷电路板)的典型应用领域。值得强调的是,复合探头测量机在光学模式下也是二维测量机,因为它的透镜方向是固定的。尽管z轴可以移动到不同的高度,但是根据机器分类,只能将其称为两个半轴。

  6.软材料零件的测量

  有些材料不能用接触式探头测量,例如蜡质座垫等,即使测量力很小,也会变形或损坏。在这种情况下,仅使用激光探针。

 

  四、多测头系统的发展

  从在坐标测量机上的应用来看,接触式测头仍然是最主要和成熟的技术,对它的测量对象、使用方法和检验标准都已有明确规定。

  对于非接触测头,尤其是激光测头,其评价技术尚在发展之中,目前还没有一个统一的国际标准来规定其精度定义和验收方法。所以各家所公布的精度指标没有可比性。

  对非接触测头的应用领域的开拓仍然是今后发展的热点,例如,如何将激光扫描测头从单一的取点功能发展到几何特征测量上;如何将视频测头从两维图形测量提升到三维零件测量上;如何用触发扫描测头实现高效、高精度的反求采点。在这方面,意大利DEA公司走在前面,已经有了新的产品。

  坐标测量机的应用领域正在快速扩大,从计量室检测、生产过程检测、逆向工程,将成为未来数字化制造系统中的重要设备,多测头技术的开发是这种发展的必然需要。我们相信随着测头技术和软件技术的提高,坐标测量机将会成为真正的万能测量工具。

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