测头探针的正确选用

【编者按】进行有效探测的关键因素之一是测头探针的选择，是否能够触测到工件特征，并在接触时保证一定的精度是使用者应当重点考虑的事情。

进行有效探测的关键因素之一是测头探针的选择，是否能够触测到工件特征，并在接触时保证一定的精度是使用者应当重点考虑的事情。目前，探针的种类很多，包括了各种形状和不同的材质。本文将重点对探针的主要细节进行描述，以帮助您为不同的检测任务选择合适的探针。

什么是探针？

探针是坐标测量机的一部分，主要用来触测工件表面，使得测头的机械装置移位，产生信号触发并采集一个测量数据。一般的探针都是由测杆和红宝石测球组成。通过需要测量的特征，您可以判断应当使用探针的类型和尺寸。

在测量过程中，要求探针的刚性和测尖的形状都达到尽可能最佳的程度。

探针几个主要的术语包括：①测针直径；②总长（从探针后固定面到测尖中心的长度）；③测杆直径；④有效工作长度（从测尖中心到与一般测量特征发生障碍探针点的距离）。

选择探针的原则

为了保证一定的测量精度，在对探针的使用上，应遵循以下原则：

探针长度尽可能短：探针弯曲或偏斜越大，测量精度将越低。因此在测量时，应尽可能采用较短的探针。

连接点应最少：每次将探针与加长杆连接在一起时，就额外引入了新的潜在弯曲和变形点。因此在测量时，应尽可能减少连接点的数目。

测球应尽可能大，主要原因为：①使球/杆的空隙最大，以减少由于晃动而误触发的可能性；②测球直径较大可以减小被测表面不光滑对测量精度的影响。

测球材质

（1）红宝石

最常见的测球材料是红宝石，因为红宝石是目前已知最坚硬的材料之一。红宝石测球具有良好的表面光洁度，并具有优异的耐压强度和抗碰撞性。只有在极少情况下不适宜采用红宝石球，如下两种情况推荐采用其他材料制成的测球：①对铝制工件进行高强度扫描时，主要原因在于材料吸引，在触测过程中容易发生一种“胶着磨损”现象。在这种情况下，可以选择氮化硅测球；②对铸铁材料工件进行高强度扫描时，这时红宝石表面容易产生磨损。在这种情况下，推荐使用氧化锆测球。

（2）氮化硅

氮化硅拥有许多与红宝石类似的特性，是一种非常坚硬并耐磨损的陶瓷材料，可以加工成高精度的测球，并进行表面抛光。氮化硅与铝不会相互吸引，因此不会像红宝石测球那样产生磨损。但是，氮化硅在扫描钢件表面时磨损较大，因此其最适合用于铝件的测量。

（3）氧化锆

氧化锆是一种非常坚韧的陶瓷材料，其硬度和耐磨性接近红宝石，基于其表面属性，用于扫描钢件表面是较理想的选择。

测杆材料

（1）不锈钢

探针的测杆一般由无磁性的不锈钢制成，直径多为2mm或更大，测杆长度可达30mm。在这种情况下，不锈钢测杆具有较好的刚性质量比。

（2）碳化钨

在采用直径1mm的细测杆或长达50mm的超长测杆时，碳化钨测杆具有最好的刚性。在这种情况下，重量会成为影响精度的因素，因为测杆弯曲会造成刚性降低。

（3）陶瓷

在测球直径大于3mm或测杆长度大于30 mm的情况下，与不锈钢测杆相比，陶瓷测杆具有更高的硬度；与碳化钨测杆相比，重量更轻，同时在碰撞时更不容易破碎，可以为测头提供更好的保护。

（4）碳纤维

碳纤维材料有各种等级，其在纵向和扭矩方面具备良好的刚性，同时重量特别轻。对于长度在 50mm以上的探针来说，碳纤维具有最佳的刚性质量比。

探针的形状

（1）直探针

直探针是结构最简单的探针系统，可使用球度非常好的工业红宝石测球，测杆材料可以选择。

红宝石是硬度非常高的材料，做成的探针磨损量最小。它的密度也非常低，这样针尖质量最小，可以避免由于测量机运动或振动而造成探针误触发。

（2）星型探针

由四个或五个红宝石探针安装在刚性的不锈钢中心上构成。这些探针组合在一起，使你可以使用多探针测头来测量复杂的元素和孔。既可提供标准尺寸探针，也可以选择不同的探针，你可以使用五方向探针来组合成星型测头。

星型探针可用于检测多种不同的元素。使用多探针测头可有效缩短检测时间，减少在测量诸如边缘或凹槽等内部特征时移动测头到极限点的必要性。可以使用星型测头在Z方向进行有效的检测，这是由于探针可以探测到探针体的直径范围外侧。星型探针上的每个探针都要求校准，与单探针校准方式一样。

（3）圆盘探针

圆盘探针用于测量钻孔的切口和凹槽（用星型测头通常探测不到）。可以将它们想象成球度非常好的球“截面”，有多种直径选择和厚度选项。所有的旋转调整和增加中心探针的能力都是圆盘探针的触测范围，使其具有柔性和易于使用。

用简单圆盘的球型边缘来进行探测与使用尺寸相当的大探针测球同样有效。然而，使用球型探针时，只有球表面的很小区域接触工件，而薄圆盘却要求精细的角度校正，以便保证正确地触测待测工件。

（4）圆柱探针

用于探测薄壁材料的孔。此外，还可以探测各种带螺纹的元素，可对螺纹中心定位。球端圆柱探针允许多角度采集数据和在X，Y，Z三个方向进行探测，可以实现表面检测。

（5）尖探针和陶瓷中空球状探针

设计尖探针是为了检测螺纹体、特殊的点和划线。圆端尖探针允许更精确的测量和特征元素的探测。可以用于检测更小的孔。

陶瓷中空球状探针很适合探测X，Y，Z三个方向比较深的元素和孔。在此范围内有φ18mm和φ30mm两种型号。大直径测球的探测可以减小粗糙表面的影响。

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