探针工作原理

探针工作原理

探针定义

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。一般的探针都是由一个杆和红宝石球组成。

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。

选择探针的原则：

为保证一定的测量精度，在对探针的使用上，您需要：

- 探针长度尽可能短：探针弯曲或偏斜越大，精度将越低。因此在测量时，尽可能采用短探针。

- 连接点最少：每次将探针与加长杆连接在一起时，您就额外引入了新的潜在弯曲和变形点。因此在应用过程中，尽可能减少连接的数目。

- 使测球尽可能大

主要原因有两个：

使得球/杆的空隙最大，这样减少了由于“晃动”而误触发的可能

测球直径较大可削弱被测表面未抛光对精度造成的影响

RENISHAW探针系列介绍

测尖的材料-----

红宝石：

最常见的测球的材料是红宝石，因为红宝石是目前已知的最坚硬的材料之一。红宝石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。

只有极少的情况不适宜采用红宝石球，如下两种情况下，推荐采用其他材料制成的测尖：

第一种是在高强度下对铝材料制成的工件进行扫描。主要原因在于材料吸引，基于一个称为“胶着磨损”的现象会在触测过程中发生。在这种情况下，一个较好的选择是氮化硅。

第二种情况是对铸铁材料工件进行高强度扫描，这时会在红宝石表面产生“磨损”。在这种情况下，推荐使用氧化锆球。

氮化硅：

氮化硅拥有许多与红宝石同样的特性。它是一种非常坚硬并可抗磨损的瓷，并可加工成高精度的球，并进行高度表面抛光。氮化硅与铝材料不吸引，因此不会产生红宝石球上出现的磨损。但是，氮化硅在扫描钢表面时呈现较多的磨损，因此其应用最好定义为测量铝。

氧化锆：

氧化锆球是一种特别坚韧的陶瓷材料，其硬度和耐磨性接近红宝石，基于其表面属性，使其是扫描钢工件表面的理想选择。

杆材料：

钢

探针的杆一般是由无磁性的不锈钢制成，大多具有2mm或更多的测球直径，杆长度可达到30mm。在这种情况下，不锈钢杆具有良好的刚性质量比。

碳化钨

碳化钨杆是在测量采用1mm测球的细杆情况下，或者是超长达到50 mm 杆情况下具有最好的刚性。在这种情况下，重量会成为影响因素，因为弯曲会造成刚性损失。

陶瓷

在测球直径大于3 mm的情况下，或者是长度大于30 mm，陶瓷杆相对钢具有更好的硬度。较碳化钨，重量更轻，同时由于在碰撞过程中易碎，而为测头提供更好的保护。

碳纤维 (RENISHAW GF)

有许多等级的碳纤维材料，RENISAHW GF具备良好的硬度指标，在纵向和扭矩方面，同时具有特别轻的重量。

RENISHAW GF对于长度在50mm以上的探针来说，具有最佳的刚性质量比。探针的形状

直探针

结构最简单的探针系统包括球度非常好的工业红宝石球，杆材料可以选择。

红宝石是非常硬的材料，做成的探针的磨损量最小。它的密度也非常低，这样针尖质量最小，从而可以避免由于机器运动或振动而造成的探针误触发。

使用的杆可以有多种材料可供选择–不锈钢，碳化钨，陶瓷和各种特殊的碳纤维材料“Renishaw GF”。–这些结构简单的红宝石探针更适合于多种检测应用场合。

探针的有效的工作长度（EWL）是杆在触测被测元素之前红宝石球的变动范围。

如何来选择球的尺寸和探针的EWL是由待检测的元素的尺寸决定的。尽可能选择大的红宝石探针球和尽可能短的杆，可以保证最大的球/杆距离，这样可提供更有效的EWL。使用更大一些的红宝石球可以降低待测组件表面粗糙度的影响。

当使用长的探针和加长杆组合来测量时，不推荐使用标准的动态触测测头，由于这种情况下使用时探针容易弯曲变形，刚性会降低，精度也会损失。这和使用其他类型的测头如允许有弹性变形的测头，它们的触测力非常低，允许使用长的探针和加长杆组合，而不会带来明显的精度损失。

星型探针

这些探针组合在一起允许你使用多探针测头来测量复杂的元素和孔。四个或五个红宝石探针安装在刚性的不锈钢中心上。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和任一个RENISHAW提供的探针来组合星型测头。

星型探针可用于检测多种不同的元素。使用多探针测头可以有效降低检测时间。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需要。可以使用星型测头在Z方向进行有效的检查，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，这和单探针校准方式一样。

圆盘探针

这些探针用于测量钻孔的切口和凹槽，通常用星型测头是探测不到的。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RENISHAW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”来探测和使用相当的大探针球是同样有效的。然而，使用球型探争时，球表面的小区域接触工件，而薄的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。

简单圆盘仅仅要求一个直径的验证数据（通常在环行量规中），但只限制在X 和 Y 两个方向中。

考虑探测深的钻孔底部会带来的额外的柔性变形，圆盘也允许有带螺纹的中心以便可以固定中心测杆（接近圆盘也是有限的）。

特殊应用的探针

多种专用探针可以用来测量多类元素诸如：螺纹体，薄截面材料，工具箱以及其他专业应用。

圆柱探针

用于探测薄壁材料的孔。此外，各种带螺纹的元素可以被探测，螺纹中心被定位。球端圆柱探针允许多角度采集数据和在X，Y，Z三个方向探测，这样可以进行表面检测。

尖探针和陶瓷中空球状探针