?三次元測頭也被稱為三維測頭，是一種用于三坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）的關(guān)鍵部件。它主要用于接觸式測量物體的幾何形狀、尺寸和位置精度等參數(shù)。通過測頭與被測物體表面的接觸，將接觸點(diǎn)的空間位置信息轉(zhuǎn)換為電信號，然后由三坐標(biāo)測量機(jī)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算和分析，從而得到被測物體的精確尺寸和形狀數(shù)據(jù)。
測量精度要求
精度指標(biāo)：不同的測量任務(wù)對精度的要求差異很大。例如，在航空航天零部件制造中，可能需要微米級甚至亞微米級的精度；而在一些普通機(jī)械零件加工的粗測環(huán)節(jié)，精度要求相對較低。在選擇測頭時(shí)，要關(guān)注其精度指標(biāo)，如重復(fù)性精度、示值誤差等。重復(fù)性精度體現(xiàn)了測頭在相同條件下多次測量同一特征時(shí)的測量結(jié)果的離散程度，一般來說，高精度的測頭重復(fù)性精度可以達(dá)到 ±0.5μm 以內(nèi)；示值誤差則反映了測頭測量值與真實(shí)值之間的偏差，好的測頭示值誤差應(yīng)控制在較小范圍內(nèi)。
精度穩(wěn)定性：除了初始精度，精度的穩(wěn)定性也很重要。測頭在長時(shí)間使用或不同環(huán)境條件下，精度可能會(huì)發(fā)生變化。一些高質(zhì)量的測頭通過先進(jìn)的材料和精密的制造工藝，能夠在較長時(shí)間內(nèi)保持精度穩(wěn)定。例如，采用溫度補(bǔ)償技術(shù)的測頭，可以減少環(huán)境溫度變化對精度的影響，使測量結(jié)果更加可靠。
被測物體的特征
幾何形狀復(fù)雜程度：如果被測物體主要是簡單的幾何形狀，如平面、圓柱等，觸發(fā)式測頭可能就足夠滿足測量需求。但對于復(fù)雜的自由曲面，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、模具型腔等，掃描式測頭能夠更好地獲取連續(xù)的表面數(shù)據(jù)，以精確描繪曲面的形狀。掃描式測頭可以沿著物體表面進(jìn)行連續(xù)掃描，獲取大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜形狀的高精度測量。
材料特性：被測物體的材料特性也會(huì)影響測頭的選擇。對于軟質(zhì)材料，如橡膠、塑料等，測量力過大可能會(huì)導(dǎo)致材料表面變形，影響測量結(jié)果。此時(shí)，需要選擇測量力較小且能夠精確控制測量力的測頭。另外，對于一些表面粗糙的材料，光學(xué)式測頭（非接觸式）可能會(huì)因?yàn)楣饩€反射的不確定性而產(chǎn)生較大誤差，這種情況下，接觸式測頭可能更合適。
測量速度需求
生產(chǎn)效率考慮：在大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境中，測量速度直接影響生產(chǎn)效率。例如，在汽車零部件的生產(chǎn)線檢測環(huán)節(jié)，需要快速完成大量零件的測量。觸發(fā)式測頭由于其離散式測量方式，測量速度相對較快，可以在短時(shí)間內(nèi)獲取多個(gè)測量點(diǎn)。而掃描式測頭雖然能夠獲取更詳細(xì)的表面信息，但測量速度較慢。如果對測量細(xì)節(jié)要求不是極高，為了提高效率，可以優(yōu)先考慮觸發(fā)式測頭。
動(dòng)態(tài)測量要求：在一些需要對運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行測量或者實(shí)時(shí)監(jiān)測的場合，如機(jī)器人手臂末端執(zhí)行器的位置測量、高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械部件的在線檢測等，對測頭的動(dòng)態(tài)測量速度和響應(yīng)時(shí)間有較高要求。這時(shí)需要選擇具有快速響應(yīng)能力和高動(dòng)態(tài)測量速度的測頭，以確保能夠準(zhǔn)確捕捉到物體的瞬間狀態(tài)。
兼容性與適配性
與三坐標(biāo)測量機(jī)的兼容：測頭需要與所使用的三坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）兼容。不同品牌和型號的 CMM 在接口、信號傳輸、運(yùn)動(dòng)控制等方面可能存在差異。確保所選測頭能夠與現(xiàn)有的 CMM 主機(jī)、控制系統(tǒng)和軟件無縫對接，包括電氣接口的匹配、通信協(xié)議的兼容等。例如，某些 CMM 只能識別特定格式的測頭信號，需要選擇符合這種信號格式的測頭。
測頭附件與更換方便性：考慮測頭附件（如不同長度和形狀的觸針）的兼容性和更換的便捷性。在測量不同形狀和尺寸的物體時(shí)，可能需要更換觸針。方便的觸針更換方式可以節(jié)省測量時(shí)間，提高工作效率。同時(shí)，測頭的安裝和拆卸也應(yīng)盡量簡單，便于維護(hù)和更換。
成本因素
采購成本：不同類型、不同品牌的三次元測頭價(jià)格差異較大。觸發(fā)式測頭相對價(jià)格較低，掃描式測頭價(jià)格較高，光學(xué)式測頭（非接觸式）價(jià)格因技術(shù)復(fù)雜程度也有所不同。在滿足測量需求的前提下，需要根據(jù)預(yù)算考慮測頭的采購成本。對于一些對精度要求不是極高、測量任務(wù)相對簡單的小型企業(yè)或?qū)嶒?yàn)室，較低成本的觸發(fā)式測頭可能是一個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇。
使用和維護(hù)成本：除了采購成本，還要考慮測頭的使用和維護(hù)成本。這包括測頭的校準(zhǔn)費(fèi)用、易損件（如觸針）的更換成本、維修成本等。一些高精度的測頭需要定期使用專業(yè)的校準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)費(fèi)用較高；而一些質(zhì)量較好的測頭，其易損件的使用壽命較長，更換頻率較低，能夠降低長期使用成本。
環(huán)境適應(yīng)性
溫度和濕度范圍：測量環(huán)境的溫度和濕度變化可能會(huì)影響測頭的性能。例如，在高溫環(huán)境下，測頭內(nèi)部的電子元件可能會(huì)出現(xiàn)性能變化，導(dǎo)致測量誤差。一些專為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的測頭能夠在較寬的溫度范圍（如 - 10℃ - 50℃）和濕度范圍（如 20% - 80% RH）內(nèi)正常工作，而對于高精度的測量環(huán)境，可能需要配備專門的環(huán)境控制設(shè)備來確保測頭性能的穩(wěn)定。
抗振和抗干擾能力：在工業(yè)現(xiàn)場或車間環(huán)境中，可能存在振動(dòng)和電磁干擾等因素。測頭需要具備一定的抗振能力，以防止振動(dòng)導(dǎo)致測量信號失真。同時(shí)，良好的抗電磁干擾能力可以保證測頭在復(fù)雜的電磁環(huán)境下（如附近有大型電機(jī)、電焊機(jī)等設(shè)備）正常工作。一些高端測頭通過采用特殊的屏蔽材料和電路設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了抗振和抗干擾能力。