在三坐标测量机(CMM)系统中,探针是连接“几何世界”与“数字世界”的核心部件。探针系统的计量性能并不等同于整机 CMM 精度,但其单点探测误差直接影响最终的长度测量误差与形位评定结果。本文基于ISO 10360 与 VDI/VDE 2617等通用计量规范,从计量学角度对 CMM 探针技术进行系统解析。
触发探头是什么?
触发式测头是在接触瞬间输出单一坐标点的探测系统,其核心计量指标为单点探测误差。
触发式测头:
触发式测头在探针球接触工件并达到设定触发力阈值时,输出一次坐标数据,属于离散点测量模式。
(1)计量学特征:
①单次接触 → 单个采样点
②探测过程近似静态
③主要误差来源为触发重复性与结构回弹
(2)典型计量性能指标:单点探测误差 P_FTU ≤ 0.5 µm
该指标通常依据ISO 10360-5 或VDI/VDE 2617 Part 2中的触发式测头测试方法,在标准球条件下获得。根据 VDI/VDE 2617 表格定义,P值用于评价测头自身的探测能力,不等同于 CMM 的长度测量误差 E。
(3)适用场景:
①尺寸与位置公差检测
②孔径、台阶、中心距测量
③中小批量离线检测任务
2.扫描探针是什么?
扫描式测头是在保持恒定接触力条件下,连续输出坐标点的探测系统。
扫描式测头:
扫描式测头在工件表面连续运动,通过力控系统维持稳定接触状态,实时采集高密度坐标点,属于动态连续测量模式。
(1)计量学特征:
①连续接触 → 点云数据
②误差来源包含动态力变化、结构变形与控制算法
③探测误差与扫描速度、路径高度相关
(2)典型计量性能指标:扫描单点探测误差 P_STU:1–3 µm
该指标通常依据ISO 10360-4或VDI/VDE 2617 Part 3中的扫描测头测试规范,在规定扫描速度与力控条件下测得。
三、触发式与扫描式探针的计量性能差异是什么?
在计量圈子里,我经常听到这样一个误区:“扫描测头比触发测头更贵,所以它肯定在所有情况下都更准。”
从计量学定义上看,触发式测头 P 值小于扫描式测头是符合标准逻辑的结果,并不构成性能矛盾。如果我们单纯看单点探测误差(P值)——也就是测头接触那一下的基本功,你会发现一个反直觉的现象:老牌的触发式测头往往表现得更出色(P值通常 ≤ 0.5 µm),而高端的扫描式测头反而略逊一筹(P值多在 1-2 µm 之间)。
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触发式探针vs扫描式探针性能参数表
所以,触发式vs扫描式选型很简单:
①触发式测头更适合高重复性点位定义
②扫描式测头更适合真实形状重建
记住,没有最好的测头,只有最适合场景的测量策略。
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