# 测头信号传输方式全面解析：光学、无线电与硬线技术对比

## 一、前言

在数控加工领域，测头（Probe）已成为提升加工精度与效率的关键工具。无论是工件找正、刀具测量还是在线检测，测头与机床控制器之间的信号传输方式直接决定了系统的可靠性、响应速度与适用场景。本文从技术原理出发，系统梳理当前主流的三种信号传输方式——红外光学、无线电（FHSS/UWB）和硬线连接，并结合雷尼绍（Renishaw）、海德汉（Heidenhain）和马波斯（Marposs）三大品牌的典型方案，为不同应用场景提供配置参考。

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## 二、各传输方式技术原理

### 2.1 红外光学传输

**工作原理**

红外光学传输利用红外光（波长通常为 850nm~950nm）作为载波，通过光发射管（LED 或激光二极管）将测头触发信号以调制光脉冲的形式发送至安装在机床内的接收器。接收器中的光电二极管将光信号转换为电信号，经放大、解调后输出至机床控制器。

**关键参数**

**关键参数**

| 参数项 | 典型值范围 |
|——–|———–|
| 工作频段 | 3.1~10.6GHz |
| 脉冲宽度 | 0.5~2ns |
| 功率谱密度 | < -41.3dBm/MHz |
| 有效传输距离 | 5m ~ 20m |
| 数据传输速率 | 100kbps ~ 27Mbps |

**技术特点**

UWB 的极低功率谱密度使其与其他无线系统共存时干扰极小。纳秒级脉冲具备优异的时间分辨率，可实现厘米级的测距精度（双向测距）。在强电磁干扰环境下，UWB 由于信号带宽极大，部分频段被干扰时仍能通过其他频率分量恢复数据，具备出色的抗干扰特性。

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### 2.3 硬线传输（Hard-wired / Cable Transmission）

**工作原理**

硬线传输通过物理电缆（同轴、双绞线或专用信号线）将测头的触发信号直接传输至机床控制器的I/O接口。信号以差分或单端电平变化形式传输，经过光电隔离或变压器隔离后进入控制器。

**关键参数**

**技术特点**

硬线传输在信号可靠性方面具有最高水平。无需考虑遮挡问题，不存在无线通信中的信号衰减和多径效应。硬线连接需要预先布线，对机床改造和换刀操作存在一定制约。线缆长期在加工环境中受油液、切屑和机械运动的影响，存在磨损和断线风险。

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## 三、各品牌具体方案和参数

### 3.1 雷尼绍（Renishaw）

#### 光学方案

**OMP400 / OMP600 系列**

雷尼绍的光学测头系统采用调制红外光传输技术。

– 调制方式：脉冲位置调制（PPM），以特定时序编码触发信号
– 工作波长：红外光 880nm
– 传输距离：最远 6m（OMP400 标配），配合 OMI-2 接收器可达 15m
– 全向性：360° 红外辐射
– 信号协议：Renishaw 标准调制协议
– 适用控制器：支持 Fanuc、Siemens、Heidenhain、Mitsubishi 等

**典型组件**

#### 无线电方案

**RMP600 / RMP400 系列**

Renishaw 的无线电测头系统采用 FHSS 跳频技术。

– 工作频段：2.4GHz ISM 频段
– 跳频通道：79 个通道
– 跳频速率：1600 跳/秒
– 传输距离：最远 15m（非视距条件）
– 发射功率：≤ 10mW (Class 2)
– 加密：128-bit AES 加密
– 电池续航：标准锂电池，连续工作约 100 小时

**典型组件**

| 组件 | 型号 | 说明 |
|——|——|——|
| 测头发射器 | RMP600 / RMP400 | 无线电测头本体 |
| 无线电接收器 | RMI-Q / RMI-QE | Q 系列双接口 |
| 天线 | RM2iA / RM2iB | 远程天线套件 |
| 接口卡 | RMI-Q | 标准 I/O + 串口 |

#### UWB 方案

Renishaw 在最新一代产品中引入 UWB 技术。

– 工作频段：3.5~6.5GHz
– 脉冲机制：双极性脉冲，占空比<0.5%
– 传输距离：最远 20m
– 抗干扰设计：自动频谱感知，避开局部受扰频段
– 兼容性：与现有 Renishaw 接收器家族向下兼容

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### 3.2 海德汉（Heidenhain）

#### 光学方案

海德汉的测头系统以光学传输为主，与其数控系统深度集成。

**TS 460 / TS 260 系列**

– 工作波长：红外光 870nm
– 传输距离：标准 3m（TS 260）~ 8m（TS 460）
– 调制方式：海德汉专用调制协议
– 全向性：360° 辐射范围
– 接收器类型：SE 642 / SE 662 红外接收器
– 系统响应：从触发到控制器信号接收 < 5ms
– 集成度：支持 ID 编码识别，多测头自动区分

**典型配置**

#### 无线电方案

海德汉在 TS 7xx 系列中提供 FHSS 无线电选项。

– 工作频段：2.4GHz ISM 频段
– 跳频特性：40 个通道，跳频速率 500 跳/秒
– 传输距离：12m（非视距）
– 发射功率：< 50mW
– 编码机制：海德汉专有跳频序列，支持同机床间多测头共存
– 兼容性：仅适配海德汉数控系统的专用接收模块

#### UWB 方案

海德汉在其最新型 TS 760 测头中搭载 UWB 方案。

– 工作频段：6.0~8.5GHz
– 脉冲结构：单周期高斯脉冲
– 传输距离：10m（穿墙/穿金属板）
– 与数控系统交互：直接数字信号协议接入
– 功耗控制：待机模式<50μA

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### 3.3 马波斯（Marposs）

#### 光学方案

马波斯的光学测头系统主要面向高精度磨削和车削应用。

**MIDA T25 / T40 系列**

– 工作波长：红外光 870~940nm
– 传输距离：4m~8m 视距条件
– 调制方式：PPM 调制，马波斯专有编码
– 全向性：360° 辐射
– 接收器：E4N / E7N 系列接收单元
– 特点：支持多测头自动识别（ID 编码）

**典型组件**

#### 无线电方案

马波斯在 MIDA T50 / T60 系列测头中提供 FHSS 无线电版本。

– 工作频段：2.4GHz ISM / 868MHz（欧洲）
– 跳频通道：50 个（2.4GHz 版本）
– 传输距离：15m（非视距条件）
– 发射功率：~25mW（2.4GHz 版本）
– 频率配置：支持多机床同车间多通道配置
– 适配控制：Fanuc、Siemens、Heidenhain 通用

#### 硬线方案

马波斯保留了成熟的硬线连接方案，在夹具测头和对刀仪中广泛应用。

– 线缆类型：高柔性屏蔽电缆（拖链应用级别）
– 接头规格：M12 航空插头，IP67 防护等级
– 传输信号：RS-422 差分 + 电源
– 最大线长：20m（使用中继模块可达 50m）
– 防护特性：全屏蔽+双绞结构，抗变频器干扰
– 适用接口：通用 I/O 模块，无需专用接口

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## 四、对比分析表格

### 4.1 传输方式核心对比

| 对比维度 | 红外光学 | FHSS 无线电 | UWB 无线电 | 硬线连接 |
|———|———|————|———–|———|
| **信号可视要求** | 必需（视距） | 非必需 | 非必需 | 无需 |
| **遮挡物影响** | 遮挡即断 | 可通过非金属障碍 | 可通过金属遮挡 | 无影响 |
| **典型传输距离** | 3~15m | 10~30m | 5~20m | 5~50m |
| **信号延迟** | 1~5ms | 3~10ms | 1~3ms | <1μs |
| **电磁干扰敏感度** | 不敏感 | 局部频段易受影响 | 极低 | 近乎免疫 |
| **多测头共存** | 需 ID 编码 | 跳频 + ID | 脉冲编码 | 独立布线 |
| **安装复杂度** | 中等 | 中等 | 中等 | 较高 |
| **线缆磨损风险** | 无 | 无 | 无 | 存在 |
| **系统成本（相对）** | 中等 | 较高 | 较高 | 较低 |

### 4.2 三品牌方案对比

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## 五、场景配置方案

以下结合具体加工场景，给出各品牌的推荐配置方案。每个场景覆盖雷尼绍（Renishaw）、海德汉（Heidenhain）和马波斯（Marposs）三个品牌，供设备选型时参考。

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### 场景1：标准三轴立式加工中心（无遮挡环境）

**场景描述**

典型的 VMC（Vertical Machining Center）三轴立加，加工区域内无显著遮挡，主轴与测头之间的信号传输路径为视距条件。加工材料以钢、铝、铸铁为主，环境电磁干扰水平一般。单机操作，单测头配置。

**推荐传输方式：红外光学**

在视距条件下，红外光学传输可在有效距离内提供足够可靠的信号传输，系统复杂度和成本适中。6m 有效距离可满足绝大多数标准三轴立加的加工范围需求。

**各品牌推荐方案**

**配置要点**
– 接收器安装位置应确保与被测头之间无金属遮挡
– 光学窗口定期清洁，避免油雾累积影响传输距离
– 标准 6m 有效距离覆盖绝大多数 VMC 行程范围

**补充说明**
对于特殊小型立加（行程3m），如视距条件不满足，可评估无线电方案替代。

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### 场景2：五轴机床 / 大型加工中心（存在信号遮挡）

**场景描述**

五轴联动加工中心、大型龙门铣床或卧式加工中心（HMC），测头在工作区域移动过程中存在主轴头、工作台转位、夹具等结构遮挡。信号传输路径无法始终维持视距。加工范围大（行程超过 2m），传统光学传输受限。

**推荐传输方式：无线电 FHSS / UWB**

FHSS 无线电通过跳频机制在非视距条件下维持稳定通信，UWB 则在金属遮挡环境中具备更优的抗衰减特性。两种方案均可解决遮挡导致的信号中断问题。

**各品牌推荐方案**

**配置要点**
– 接收天线安装位置应尽量避开连续金属遮蔽路径
– 五轴机床推荐优先考虑 UWB 版本，其对多角度转位遮挡的适应性更强
– 大型龙门铣可采用双接收天线部署方案（Renishaw RMI-Q 支持双天线输入）
– FHSS 方案需确认车间内 2.4GHz 频段占用情况，避免与其他无线系统冲突

**补充说明**
对于行程超过 10m 的超大型机床，可在加工区部署中继节点（Repeater）延伸有效传输距离。Heidenhain TS 760 的 UWB 方案在非视距穿金属板条件下可维持 10m 有效距离。

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### 场景3：强干扰环境（焊接工位 / 变频器密集车间）

**场景描述**

加工现场存在大功率焊接设备、密集变频器阵列、感应加热设备等强电磁干扰源。干扰频率覆盖从工频（50/60Hz）到射频以上的宽频范围。标准无线通信在此类环境中可能出现数据包丢失、误触发或通信中断。

**推荐传输方式：UWB 无线电或硬线连接**

UWB 的超宽频谱特性使其天然具备对窄带干扰的抵抗能力——即使部分频段被干扰源覆盖，其他频率分量仍可正常传输。硬线连接则在电磁兼容性方面达到最高水平，信号传输完全不受外部电磁场影响。

**各品牌推荐方案**

**配置要点**
– UWB 方案安装前建议进行现场频谱分析，确认干扰分布情况
– 硬线连接选用双屏蔽（编织+铝箔）高柔性电缆，确保拖链长期寿命
– 信号接口采用光电隔离模块，避免地环流干扰
– 硬线布线路径应远离大功率电缆（保持 > 300mm 间距）

**补充说明**
在焊接工位等极强干扰场景中，硬线连接是唯一可保证 100% 信号完整性的方式。马波斯保留了完整的硬线产品线，在此类场景中具备独特优势。如硬线布线不可行，UWB 方案的可将跳频范围配置为避开已知干扰频段。

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### 场景4：无人值守大批量生产线（多测头协同）

**场景描述**

自动化生产线、柔性制造单元（FMC）或无人值守加工系统，需在同一生产单元内部署多个测头（工件测头 + 刀具测头，或多工位测头）。测头数量 2~6 个，需通过同一接收器或中控系统管理。信号传输可靠性要求极高——无人值守模式下无法依赖人工干预恢复通信。

**推荐传输方式：无线电多测头系统**

无线电方案天然支持多通道通信，同一接收器可管理多个测头。各测头通过唯一 ID 编码进行识别和区分，系统可自动检测在线测头状态。

**各品牌推荐方案**

**配置要点**
– 每个测头需预先分配唯一 ID 编码（通过发射器上的 DIP 开关或软件配置）
– 接收器建议安装在加工区域的中央位置，确保各测头信号覆盖均匀
– 测头之间应保持至少 300mm 间距，避免同频辐射叠加
– 电池管理在无人值守场景中尤为重要——各品牌均提供电池电量远程读取功能
– 建议配置备用通信通道（如 Renishaw RMI-Q 的双接口冗余输出）

**补充说明**
对于超过 4 个测头的密集部署，可采用多接收器系统（如两台 RMI-Q 并行）。Renishaw 和 Heidenhain 的无线电系统均支持同车间多机床时的信道分离配置，避免跨机床信号干扰。

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### 场景选择快速参考

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##6、 Selection suggestions and precautions###6.1 Key Decision Factors1. * * Transmission path conditions**-Sight distance unobstructed → Infrared optics is an economical and reliable choice-There is obstruction but relay is acceptable → FHSS radio-Complex occlusion+strong interference → UWB or hard wire2. Electromagnetic environment assessment**-Ordinary processing workshop → Three methods are available-Near welding/induction heating equipment → disable FHSS (frequency avoidance), prioritize hard wire or UWB-Dense frequency conversion area → Hard wired connection with good shielding is preferred3. * * Multi machine tool collaboration**-Single machine single probe → optional, cost driven-Multi machine coordination → Select a radio system with independent channel management-Unmanned MES → Integrated wireless system for battery monitoring and communication diagnosis###6.2 Key points for installation implementation-The infrared optical receiver should be installed outside the range of chip splashing and cutting fluid spraying-Avoid attaching the wireless antenna to metal surfaces and maintain a minimum gap of 50mm-When using hard wired cables in drag chains, high flexibility drag chain cables should be selected with a bending radius of not less than 10 times the wire diameter-Update the firmware of all receiver/interface modules to the latest version-Multiple wireless probe machines in the workshop should be equipped with independent channels or frequency hopping sequences—##7、 ConclusionThe selection of probe signal transmission method needs to be systematically evaluated based on the specific processing environment. In addition to good line of sight standards, infrared optical transmission has become the mainstream choice with moderate cost and sufficient reliability. When the machine tool structure is complex and obstructed, FHSS/UWB wireless transmission provides a flexible non line of sight communication solution. In the most demanding electromagnetic environment, hard wired connections ensure the highest signal integrity to ensure error free data transmission.The three major brands – Renishaw, Heidenhain, and Marposs – have all provided mature product solutions for each transmission method, with a focus on transmission distance, anti-interference ability, and system compatibility. By comparing and analyzing the above scenario configuration schemes, adaptive choices can be made based on the type of machine tool, processing environment, and automation requirements.—**Related Reading**-[Renishaw vs Marposs vs Polon: Comparison of mainstream CNC probe model parameters]（ https://jcetech.cn/renishaw-marposs-blum-cnc-probe-comparison/ ）Horizontal comparison of mainstream model parameters-[Common Malfunctions and Maintenance Guidelines for CNC Machine Tool Probes]（ https://jcetech.cn/cnc-probe-fault-guide/ ）Troubleshooting and Maintenance Plan for Probe Malfunctions-[Complete Guide to Replacing Probe Batteries]（ https://jcetech.cn/probe-battery-replacement-guide/ ）- Precautions for battery replacement of various models**Related Reading**-[Renishaw vs Marposs vs Polon: Comparison of mainstream CNC probe model parameters]（ https://jcetech.cn/renishaw-marposs-blum-cnc-probe-comparison/ ）Horizontal comparison of mainstream model parameters-[Common Malfunctions and Maintenance Guidelines for CNC Machine Tool Probes]（ https://jcetech.cn/cnc-probe-fault-guide/ ）Troubleshooting and Maintenance Plan for Probe Malfunctions-[Complete Guide to Replacing Probe Batteries]（ https://jcetech.cn/probe-battery-replacement-guide/ ）- Precautions for battery replacement of various models[CTA block – Contact us for probe selection plan]If you need customized probe transmission solutions for specific machine tool models and application scenarios, please contact our technical team.- 📞 Phone: 400-XX-XXXX- 📧 Email: info@example.com- 💬 Online consultation: Click here to start a conversation—*The content of this article is for technical reference only, and the product parameters are subject to the latest official releases of each brand. *—##FAQ Selected Q&A**Q: Which is more reliable, optical transmission or wireless transmission of the probe? ****Answer: Optical (infrared) transmission has low latency and strong resistance to radio frequency interference, but requires a straight and unobstructed path. Wireless (frequency hopping) transmission has a longer distance and is not affected by obstruction, making it suitable for large machine tools. The reliability of the two is comparable on standard machining centers.**Q: What are the advantages and disadvantages of hard wired connections? ****Answer: * * Hardwire is the most reliable (no wireless interference, no battery required), but it is limited by cable length and wiring space. Suitable for fixed installation of tool presetters (such as TS27R wired version) or single spindle fixed measuring heads.**Q: What should I do if the wireless probe signal is interrupted? ****Answer: * * First check the status light of the receiver, then check the battery level of the measuring head, and finally investigate the RF interference source. Low battery level is the most common cause of signal interruption. Renishaw RMI-Q can automatically frequency hop to avoid interference.**Related Reading**-[Renishaw vs Marposs vs Polon: Comparison of mainstream CNC probe model parameters]（ https://jcetech.cn/renishaw-marposs-blum-cnc-probe-comparison/ ）Horizontal comparison of mainstream model parameters-[Common Malfunctions and Maintenance Guidelines for CNC Machine Tool Probes]（ https://jcetech.cn/cnc-probe-fault-guide/ ）Troubleshooting and Maintenance Plan for Probe Malfunctions-[Complete Guide to Replacing Probe Batteries]（ https://jcetech.cn/probe-battery-replacement-guide/ ）- Precautions for battery replacement of various models**Official reservation * *: [jcetech. cn/contact]（ https://jcetech.cn/contact )**Hotline * *: 157-5780-7400/132-2194-1413**Shipping address * *: A2-12B17, Yinzhou R&D Park, Ningbo

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