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机床测头是什么工作原理
2025-09-22
一、主流类型：接触式测头的工作原理（占比 90% 以上）
接触式测头是数控机床最常用的类型，需通过测针直接接触工件表面或刀具刃口获取数据，核心依赖 “触发式信号转换”，典型代表为机械触发式测头和应变片式测头。 1. 机械触发式测头（最基础、性价比高） 核心结构：由测针（可更换，材质多为钨钢、红宝石）、触发机构（如钢球 - 弹簧结构、杠杆机构）、信号发生器（如触点开关、光电开关）组成。 工作流程： 主动靠近：CNC 系统驱动机床主轴（测头安装在主轴上）或工作台（测头安装在工作台上），使测针向工件表面移动； 接触触发：当测针尖端接触工件并受到微小压力（通常 0.1-1N）时，压力克服触发机构的弹簧预紧力，导致触发机构产生微小位移（约 0.01-0.1mm）； 信号切换：位移触发信号发生器（如机械触点断开 / 闭合、光电通路被遮挡 / 导通），产生一个 “触发电信号”（通常为 24V 脉冲信号）； 位置记录：CNC 系统接收到触发信号的瞬间，立即记录当前机床主轴（或工作台）的精确坐标值（如 X、Y、Z 轴的机械坐标）； 数据计算：通过多次触发（如测量工件的两个端面，记录两个坐标值），CNC 可计算出工件的实际尺寸（如长度 = 两个坐标值之差）或基准位置（如以其中一个坐标值为原点）。 二、特殊场景：非接触式测头的工作原理 非接触式测头无需与工件接触，通过光学、激光等技术获取工件表面信息，适合易变形工件（如塑料、薄膜）、高温工件（如刚切削完的热态零件）或高速测量场景，主流类型为 “激光测头” 和 “视觉测头”。 1. 激光测头（常用） 核心原理：基于 “三角测量法” 或 “激光干涉法”，通过发射激光束到工件表面，接收反射光计算距离。 三角测量法激光测头工作流程： 激光发射：测头内的半导体激光器发射一束高精度激光（波长多为 650nm 红光，功率低，不损伤工件），经透镜聚焦后垂直或倾斜照射到工件表面； 反射成像：工件表面反射的激光束，经接收透镜聚焦后，投射到 “电荷耦合器件（CCD）” 或 “互补金属氧化物半导体（CMOS）” 图像传感器上，形成一个光斑； 位置计算：若工件表面与测头的距离发生变化（如工件凸起或凹陷），光斑在 CCD/CMOS 上的位置会相应偏移（距离越近，光斑偏移量越大）； 距离换算：测头内置的处理器根据 “激光发射角度、透镜焦距、光斑偏移量”，通过三角几何关系计算出测头与工件表面的实际距离； 数据传输：将距离数据实时传输给 CNC，用于工件轮廓扫描、尺寸检测（如台阶高度、孔径）。 关键特点：无接触损伤、测量速度快（每秒数千次），但易受工件表面反光率（如黑色哑光件反射弱）、切削液（遮挡激光）影响，精度略低于高精度接触式测头（重复精度 ±0.001-±0.003mm）。 三、测头与数控机床的协同：信号传输与数据应用 无论哪种测头，最终都需与数控机床的 CNC 系统协同工作，核心环节包括： 信号传输：测头的触发信号或测量数据，通过 “无线传输”（如蓝牙、2.4GHz 无线模块，适合主轴旋转时的测头）或 “有线传输”（如电缆，适合固定在工作台上的测头）发送给 CNC； 数据解析：CNC 系统接收数据后，结合机床的 “反向间隙补偿”“螺距误差补偿” 等参数，修正测量值（消除机床自身精度误差）； 功能实现：根据修正后的测量值，CNC 执行对应功能： 工件定位：以测量的基准点为原点，更新工件坐标系； 刀具补偿：测量刀具的长度、半径，自动修正刀具补偿参数（补偿刀具磨损或更换后的尺寸偏差）； 尺寸复检：对比测量值与设计值，若超差则报警（避免不合格品流出）。 |
