高精度3D机床测头：消除“各向异性”的黑科技

在五轴联动加工和超精密模具制造中，普通的“触发式测头”已无法满足微米级的精度要求。高精度3D机床测头（如采用应变片或压电技术）应运而生，旨在解决传统测头的物理缺陷。

一、 传统测头的痛点：各向异性（Lobing）

 普通测头（Kinematic Probe）内部是一个三点支承的机械结构。

- 问题： 当测针沿着三个支点的方向触碰时，触发力较大；而沿着两个支点中间触碰时，触发力较小。

- 后果： 这导致了预行程（Pre-travel）的变化。测头在不同角度触发时，实际记录的坐标存在微小的偏差（通常在几微米级别）。在2D测量（如测孔径）时可以通过标定消除，但在3D复杂曲面测量（五轴加工）时，这种各向异性会带来无法消除的误差。

二、 革命性技术：应变片传感器（Strain Gauge）

 高精度3D测头（如Renishaw的RENGAGE™技术）废弃了机械开关结构，改用固态传感器。

- 原理： 内部安装微型应变片，感知测针受力的微小形变。

- 优势：

  1. 各向同性： 无论从哪个3D角度接触工件，触发灵敏度几乎完全一致。

  2. 超低触发力： 极轻的接触即可触发，不会在软铝或塑料件上留下压痕。

  3. 亚微米精度： 重复定位精度可达0.25μm（0.00025mm）。

三、 应用领域

- 五轴轮廓扫描： 可以在五轴机床上像CMM一样扫描复杂的叶片或模具曲面。

- 长测针应用： 传统测头接长测针后，误差会被放大。应变片测头由于触发力极小，即使配合长测针也能保持极高精度。

总结：

 高精度3D机床测头是机床测量技术的皇冠。它消除了机械结构的物理限制，使得机床在进行复杂3D曲面检测时，能够达到甚至接近实验室三坐标测量机的精度水平。