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MARPOSS測(cè)頭探針在接觸式測(cè)量中，由安裝在測(cè)頭(如動(dòng)態(tài)測(cè)頭、應(yīng)變計(jì)測(cè)頭、掃描測(cè)頭等)上的探針充當(dāng)與被測(cè)工件的接觸點(diǎn)。在機(jī)床、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)、比較測(cè)量?jī)x和便攜式關(guān)節(jié)臂CMM上進(jìn)行各種探測(cè)操作時(shí)，正確選擇和使用探針對(duì)實(shí)現(xiàn)高效、可靠和精確的測(cè)量必不可少。以下是可能有助于選擇最佳測(cè)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(cè)量測(cè)頭，應(yīng)首選采用陶瓷測(cè)桿和紅寶石測(cè)球的探針。對(duì)用于CMM的測(cè)頭，如果測(cè)桿較短，可優(yōu)先選用鋼制或硬質(zhì)合金測(cè)桿;如果測(cè)桿較長(zhǎng)，則應(yīng)選用陶瓷或碳纖維測(cè)桿。陶瓷測(cè)桿比硬質(zhì)合金測(cè)桿更輕，其剛性比鋼制測(cè)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(chǎng)環(huán)境中使用。
紅寶石測(cè)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)(用與理想球體的最大偏差來表示)。任何球度誤差都會(huì)增加測(cè)量的不確定度。兩種最常用的測(cè)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(cè)球等級(jí)對(duì)測(cè)量的影響也越大。雷尼紹(Renishaw)公司建議，將5級(jí)測(cè)球作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)球，而對(duì)那些精度要求極高的測(cè)量，則應(yīng)采用3級(jí)測(cè)球(其球度誤差僅為0.08μm)。
對(duì)于高精度的應(yīng)變計(jì)測(cè)頭(尤其是用于機(jī)床的測(cè)頭)，建議選用碳纖維測(cè)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(cè)頭。碳纖維是長(zhǎng)測(cè)桿和加長(zhǎng)桿最常用的材料，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最佳選擇。
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極佳的5級(jí)氧化鋯測(cè)球。用抗沖擊性好的粘接劑將測(cè)球粘接到高強(qiáng)度的硬質(zhì)合金測(cè)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(cè)頭(如Renishaw用于CMM和Equator柔性檢測(cè)儀的SP25M測(cè)頭)存在一些會(huì)影響測(cè)球材料選擇的變量。與接觸測(cè)量相比，掃描測(cè)量時(shí)測(cè)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(cè)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)將工件材料永久轉(zhuǎn)移到測(cè)球上，并最終導(dǎo)致測(cè)球產(chǎn)生球度誤差。磨料磨損則會(huì)從測(cè)球或工件上去除一些材料。
紅寶石測(cè)球適用于大部分工件(包括不銹鋼和鈦合金工件)的掃描測(cè)量，但在極端條件下掃描測(cè)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(cè)量鋁合金時(shí)，可用氮化硅測(cè)球替代紅寶石測(cè)球。不過，氮化硅測(cè)球在測(cè)量不銹鋼或鑄鐵工件時(shí)容易產(chǎn)生磨料磨損。掃描測(cè)量鑄鐵零件時(shí)應(yīng)首選氧化鋯測(cè)球，不過硬質(zhì)合金測(cè)球也表現(xiàn)不俗。
不同的探針類型：直探針通常用于在測(cè)頭可直接接觸工件的情況下探測(cè)一些簡(jiǎn)單的零件特征。不過，對(duì)于一些特殊的檢測(cè)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(cè)球的星型探針能以較少的測(cè)頭運(yùn)動(dòng)高效測(cè)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(cè)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(cè)量。端部呈圓弧形的尖頭探針可用于探測(cè)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(cè)量較深的零件特征和內(nèi)孔(圖3)。用這種半球形探針測(cè)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(cè)凹腔和溝槽(圖4)。用厚度較薄的盤型探針進(jìn)行探測(cè)時(shí)，需要仔細(xì)校準(zhǔn)探針的角度，以確保其與被測(cè)特征正確接觸。簡(jiǎn)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(cè)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(cè)，提供超出測(cè)頭直徑的圓弧端滾柱加長(zhǎng)桿的中心線。
(5)圓柱形探針
圓柱形探針適合探測(cè)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(cè)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(cè)操作。
探針使用的基本規(guī)則：遵循一些簡(jiǎn)單的探針使用規(guī)則，可以提高大多數(shù)探測(cè)任務(wù)的精度和效率。
(1)探針不宜過長(zhǎng)，并應(yīng)確保其具有足夠的剛度。探針長(zhǎng)度越短，越有可能獲得最佳測(cè)量結(jié)果。較長(zhǎng)的探針會(huì)放大測(cè)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(zhǎng)桿有可能引起測(cè)桿彎曲和測(cè)球偏移。
(3)盡量使用較粗的測(cè)桿。測(cè)桿越粗，探針的剛性就越好。
(4)盡可能使用較大的測(cè)球。這種策略可減少因測(cè)桿觸碰工件而引起錯(cuò)誤觸發(fā)的可能性。較大的測(cè)球可以增加有效探針長(zhǎng)度，并允許使用較大的測(cè)桿直徑，從而提高探針剛度。最后，較大的紅寶石測(cè)球可以減小工件表面光潔度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
測(cè)頭的校準(zhǔn)：在開始測(cè)量之前，必須對(duì)測(cè)頭進(jìn)行校準(zhǔn)(包括所有測(cè)量程序)。首先，按照機(jī)床和測(cè)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(cè)(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(cè)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(cè)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(cè)量機(jī)的探測(cè)軟件中。
MARPOSS測(cè)頭探針看似簡(jiǎn)單，但除了很高的精度要求以外，在生產(chǎn)探針的材料、設(shè)計(jì)和制造技術(shù)中蘊(yùn)涵著許多科學(xué)知識(shí)。無論是將測(cè)球連接到測(cè)桿上的方法，還是探針材料的選擇，看似簡(jiǎn)單的探針其實(shí)一點(diǎn)也不簡(jiǎn)單。
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