测头与测针的选择和使用

随着工业发展对千变万化而又复杂的加工件要求日益提高，精度检验的要求就更加严苛。质量保证和坐标测量技术在这些过程中发挥着关键作用。其中影响量测结果的重要因素除了三坐标测量机机体本身的设计之外，测头与测针的选择和使用在工业测量技术中发挥着重大作用，也是非常关键的要素。遗憾的是，大部分的使用者都忽略了如更换测头上的测针这种不起眼的操作，其可能对实际精度造成的巨大影响，导致测量结果发生较大的变化。

在实际的测量过程中，对测针的正确选择是一门非常重要的课题，如果使用的测球球度差、位置不正、螺纹公差大，或因设计不当使测量时产生过量的绕度变形，则很容易降低测量效果。

以下为一个典型示例：

符合ISO 10360-2 (MPEP)的典型测量误差，用配5级测球的测针测得：MPEP=1.70μm。

此数字通过测量25个离散点得出，每个离散点都被估算为25个单独的半径，半径的变化范围是MPEP值。

测球圆度对此产生直接影响，因此在该示例中把5级测球换成10级后，该值增加了0.12μm，并使测量误差增加了7% MPEP=1.82μm（注：5级测球球度=0.13μm；10级测球球度=0.25μm）

选择测针时一定要非常谨慎，以确保最适合您的测量应用。被测工件的外型特征将决定要采用的测针类型和大小，在所有情况下测针的最大刚度和测球的球度至关重要。大多数测针的测尖是一个球头，最常见的材料是人造红宝石。此类测尖圆度的任何误差都可能成为坐标机测量不确定度的一个影响因素，这很可能造成坐标机精度降低达10%。两种最常用的测球指标是5级和10级（等级越低测球越好）。测球等级由5级“降”到10级，测针可能会节约些许成本，但极有可能对高精度的要求造成威胁。

测针球头材质除红宝石外，还有氮化硅、氧化锆、陶瓷和碳化钨。在扫描应用中最为明显，如以红宝石测针来扫描铝材或铸铁，两种材料之间的相互作用会产生对红宝石测球表面的“粘附磨损”。因此，建议使用氮化硅测针来扫描铝材工件或使用氧化锆测针来扫描铸铁工件，以避免粘附磨损现象。

此外，测杆的材料考虑也非常重要。测杆必须设计具有最大的刚性，确保在测量过程中将弯曲量降至最低。除最基本的不锈钢外，对于需要大刚度的小直径杆或超长杆使用碳化钨杆是最好的选择，而陶瓷测针杆所具有的刚性优于钢测针杆，但重量远比碳化钨轻。

采用陶瓷杆的测头因发生碰撞时测针杆会破碎，因此测针对测头有额外的碰撞保护作用。另外重量极低的碳纤维是一种惰性材料，这种特性与特殊树脂基体相结合，在大多数极恶劣的机床环境下具有优异的防护作用。它是高精度应变仪片式测头的最佳探针杆材料，具有优异的减振性能和可忽略不计的热膨胀系数。

为确保量测的精度，建议您：

（1）尽可能选择短的测针：因为测针越长弯曲或变形量越大，精度越低。

（2）尽可能减少测针组件数：每增加一个测针与测针杆的连接，便增加了一个潜在的弯曲和变形点。

（3）尽可能选用测球直径越大的测针：一是这样能增大测球/测针杆的距离，从而减少由于碰撞测针杆所引起的误触发；其次，测球直径越大，被测工件表面粗糙度的影响越小（尤其是在扫描的应用中更明显）。

（4）用很长的测针/加长杆组合进行检查时，建议不要选择标准的三点机械式定位触发式测头，因为其刚性低，会因测针的弯曲造成精度丧失，高精度应变仪片式测头是较佳的选择。

（5）当组装测针配置时，需要参考测头制造商指定的最大容许测针长度与重量。(end)