用于指示测量装置探针位置的感应位置检测配置制造方法及图纸

一种用于扫描探头中的探针位置测量的感应位置检测器，包括沿着探头中的中心轴线定位的线圈板配置。线圈板配置包括围绕线圈板配置中的孔的场产生线圈配置、顶部轴向感测线圈配置和底部轴向感测线圈配置以及N个顶部旋转感测线圈和N个底部旋转感测线圈。一种探针联接的扰动器配置包括圆柱形扰动器元件，其配置为在线圈板配置的孔内移动和装配，并且在运动体积中沿着Z(轴向)和X

【技术实现步骤摘要】
用于指示测量装置探针位置的感应位置检测配置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是2019年8月30日提交的题为“用于指示测量装置探针位置的感应位置检测配置(INDUCTIVE POSITION DETECTION CONFIGURATION FOR INDICATING A MEASUREMENT DEVICE STYLUS POSITION)”的美国专利申请号16/557719的部分继续，美国专利申请号16/557719是2018年11月1日提交的标题为“用于指示测量装置探针位置的感应位置检测配置”的美国专利申请号16/178295的部分继续，其公开内容通过引用并入本文。


[0003]本公开涉及精确计量，并且更具体地涉及用于与坐标测量机一起使用的探针的感应型感测配置。

技术介绍

[0004]坐标测量机(CMM)可以获取被检查工件的测量值。在美国专利No.8,438,746中描述的一种示例性现有技术的CMM包括用于测量工件的探针、用于检测工件的探针、用于移动探针的移动机构、以及用于控制运动的控制器，所述美国专利No.8,438,746的全部内容通过引用并入本文。美国专利No.7,652,275描述了包括表面扫描探头的CMM，所述美国专利No.7,652,275全部内容通过引用并入本文。如其中所公开的，机械接触探针或光学探针可以跨越工件表面扫描。
[0005]美国专利6,971,183还描述了采用机械接触探针的CMM，所述美国专利6,971,183全部内容通过引用并入本文。其中公开的探针包括具有表面接触部分的探针、轴向运动机构和旋转运动机构。轴向运动机构包括移动构件，其允许接触部分在测量探针的中心垂直方向(也称为Z方向或轴向方向)上移动。旋转运动机构包括允许接触部分垂直于Z方向移动的旋转构件。轴向运动机构嵌入旋转运动机构的内部。接触部分位置和/或工件表面坐标是基于旋转构件的位移和轴向运动移动构件的轴向位移确定的。
[0006]感应式感测技术已知具有环境鲁棒性(robust)，并且具有各种理想的感测特性。已知使用精密LVDT等来测量与上述类似的机械接触探针中的各种内部元件的位移或位置。然而，LVDT和其他已知的足够精确地用于CMM探头的感应型传感器可能太大或难以并入，并且相关的运动机构和/或位移检测器布置可能相对昂贵和/或易受各种“交叉耦合”误差影响(例如，由于通常配置和/或机构和/或检测器缺陷等)。全部内容通过引用并入本文的美国专利No.4,810,966，(
‘
966专利)公开了一种相对平坦且相对经济的感应传感器配置，并且其可以检测附近的导电目标的三维位置。但是，'966专利中公开的配置在提供成功适应CMM扫描探头所必需的精度和/或形状因数方面存在一些设计缺陷。简而言之，'966专利的配置缺乏在诸如CMM探针的现代计量仪器中提供合理水平的精度所必需的复杂性和特征。与使用已知的感应感测系统相关的其他问题(例如上文在CMM探针中概述的那些问题)可包括系统的位移响应固有的信号/响应非线性、由于装配和对准不完全而导致的位置误差、以及由于环境因素对机械和电气部件造成的信号漂移(例如，由于温度变化等)。需要用于CMM
探针的改进的感应感测配置(例如，其中位移检测器配置可不易受上述误差的影响，和/或可相对便宜等)。

技术实现思路

[0007]提供该
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍将在以下具体实施方式中进一步描述的一些概念。该
技术实现思路
不旨在确定所要求保护的主题的关键特征，也不旨在用作帮助确定所要求保护的主题的范围。
[0008]提供了3轴响应的扫描探头，其用于测量机(例如，CMM)。扫描探头包括探针悬置部分、探针位置检测部分以及信号处理和控制电路。
[0009]探针悬置部分附接到扫描探头的框架，且包括配置为刚性地联接到探针的探针联接部分以及探针运动机构，所述探针运动机构配置为允许探针联接部分沿着轴向方向的轴向运动以及探针联接部分围绕旋转中心的旋转运动。
[0010]探针位置检测部分沿着平行于轴向方向并且名义上与旋转中心对准的中心轴线布置，并且基于感应感测原理。探针位置检测部分包括线圈板配置和扰动器配置。线圈板配置包括围绕线圈板配置中的孔的场产生线圈配置、顶部轴向感测线圈配置(TASCC)、底部轴向感测线圈配置(BASCC)、N个顶部旋转感测线圈(TRSC)和N个底部旋转感测线圈(BRSC)，其中N是大于3的整数。
[0011]扰动器配置包括圆柱形扰动器元件，其配置成在线圈板配置的孔内移动和装配。圆柱形扰动器元件包括提供扰动器区域的导电圆柱体，并且沿着中心轴线位于扰动器运动体积中。圆柱形扰动器元件通过联接配置联接到探针悬置部分，并且响应于探针悬置部分的偏转，在扰动器运动体积中相对于未偏转位置移动。圆柱形扰动器元件可被描述为响应于轴向运动而在沿着轴向方向的操作运动范围+/
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Rz上移动，并且响应于旋转运动而在沿着正交于轴向方向的正交X和Y方向的相应操作运动范围+/
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Rx和+/
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Ry上运动。场产生线圈配置响应于线圈驱动信号在扰动器运动体积中产生大致沿轴向方向变化的磁通量。
[0012]信号处理和控制电路可操作地连接到探针位置检测部分的线圈以提供线圈驱动信号，且配置为从接收器线圈部分输入信号，所述信号包括由位于顶部线圈基板和底部线圈基板上的相应的旋转和轴向感测线圈提供的相应的信号分量。其还配置为输出信号，所述信号指示圆柱形扰动器元件或探针相对于扫描探头的框架或外壳的轴向位置或旋转位置。
[0013]根据本文公开的原理，这种配置可以提供信号分量，其在消除或允许校正某些信号误差和/或信号交叉耦合误差方面特别有利，这些信号误差和/或信号交叉耦合误差限制了在基于感应式感测的已知经济型三维位置指示器中位置确定的精度。
[0014]在一些实施方式中，场产生线圈配置可以包括第一和第二场产生线圈配置，每个围绕线圈板配置中的孔并且相应地围绕扰动器运动体积。在一些这样的实施方式中，第一和第二场产生线圈配置可以包括一对平面场产生线圈，其位于沿着中心轴线与扰动器运动体积的中平面近似等距，并且名义上是平面的并且正交于中心轴线。在一些这样的实施方式中，顶部和底部轴向感测线圈配置还围绕线圈板配置中的孔，并且相应地围绕扰动器运动体积。
[0015]在一些这样的实施方式中，线圈板配置具有顶部部分和底部部分。顶部部分包括
第一、第二和第三层，它们分别包括顶部轴向感测线圈配置、第一场产生线圈配置和N个顶部旋转感测线圈。底部部分与顶部部分成镜像，并相应地具有第一、第二和第三层，它们分别包括底部轴向感测线圈配置、第二场产生线圈配置和N个底部旋转感测线圈。线圈板配置以固定关系安装到扫描探头的框架，其中线圈板配置的底部部分更靠近探针悬置部分。线圈板配置的顶部部分和底部部分名义上相互平行且名义上正交于中心轴线。线圈板配置可以包括归一化线圈配置，其具有作为顶部部分的一部分的顶部归一化线圈和作为底部部分的一部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于坐标测量机的扫描探头，该扫描探头包括：联接到扫描探头的框架的探针悬置部分，包括：探针联接部分，其配置为刚性地联接到探针；以及探针运动机构，其配置为使探针联接部分能够沿轴向方向轴向运动，并且使探针联接部分能够绕旋转中心旋转运动；以及沿着中心轴线布置的探针位置检测部分，所述中心轴线平行于轴向方向且名义上与旋转中心对齐，探针位置检测部分包括：线圈板配置，其以固定关系安装到扫描探头的框架，该线圈板配置包括：场产生线圈配置，其围绕线圈板配置中的孔；顶部轴向感测线圈配置和底部轴向感测线圈配置；N个顶部旋转感测线圈和N个底部旋转感测线圈，其中N是大于3的整数；以及扰动器配置，其包括圆柱形扰动器元件，该圆柱形扰动器元件配置为在线圈板配置的孔内移动和装配，该圆柱形扰动器元件包括提供扰动器区域的导电圆柱体，其中圆柱形扰动器元件沿着中心轴线位于扰动器运动体积中，并且圆柱形扰动器元件通过联接配置联接到探针悬置部分，其中响应于探针悬置部分的偏转，圆柱形扰动器元件在扰动器运动体积中相对于未偏转位置移动，响应于轴向运动，圆柱形扰动器元件在沿着轴向方向的操作运动范围+/
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Rz上移动，并且响应于旋转运动，在沿着正交于轴向方向的正交X和Y方向的相应操作运动范围+/
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Rx和+/
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Ry上运动，所述场产生线圈配置响应于线圈驱动信号在扰动器运动体积中产生大致沿轴向方向变化的磁通量；以及信号处理和控制电路，其可操作地连接到探针位置检测部分的线圈，以提供线圈驱动信号，并配置为输入来自线圈板配置的信号，该信号包括由线圈板配置的相应旋转和轴向感测线圈提供的相应信号分量，并输出指示圆柱形扰动器元件或探针相对于扫描探头的框架的轴向位置和旋转位置的信号。2.根据权利要求1所述的扫描探头，其中，所述场产生线圈配置包括第一和第二场产生线圈配置，其各自围绕所述线圈板配置中的孔并且相应地围绕所述扰动器运动体积。3.根据权利要求2所述的扫描探头，其中，所述第一和第二场产生线圈配置包括一对平面场产生线圈，其位于沿着所述中心轴线与所述扰动器运动体积的中平面大致等距，并且名义上是平面的且正交于所述中心轴线。4.根据权利要求2所述的扫描探头，其中，所述顶部和底部轴向感测线圈配置还围绕所述线圈板配置中的孔，并且相应地围绕所述扰动器运动体积。5.根据权利要求2所述的扫描探头，其中：所述线圈板配置具有顶部部分和底部部分；顶部部分包括第一、第二和第三层，它们分别包括顶部轴向感测线圈配置、第一场产生线圈配置和N个顶部旋转感测线圈；底部部分与顶部部分成镜像，并相应地具有第一、第二和第三层，它们分别包括底部轴向感测线圈配置、第二场产生线圈配置和N个底部旋转感测线圈；线圈板配置以固定关系安装到扫描探头的框架，其中线圈板配置的底部部分更靠近探针悬置部分；并且线圈板配置的顶部部分和底部部分名义上相互平行且名义上正交于中心轴线。
6.根据权利要求5所述的扫描探头，其中：所述线圈板配置包括归一化线圈配置，其具有作为顶部部分的一部分的顶部归一化线圈和作为底部部分的一部分的底部归一化线圈；并且所述归一化线圈配置用于提供由所述第一和第二场产生线圈配置产生的变化磁通量的测量。7.根据权利要求5所述的扫描探头，其中，所述顶部部分和底部部分是单个多层印刷电路板的一部分。8.根据权利要求1所述的扫描探头，其中，所述圆柱形扰动器元件沿Z方向的高度等于或大于所述线圈板配置沿Z方向的高度。9.根据权利要求1所述的扫描探头，其中，所述圆柱形扰动器元件沿Z方向的高度比所述线圈板配置沿Z方向的高度大至少1.5倍。10.根据权利要求1所述的扫描探头，其中，所述线圈板配置配置为提供N个互补对旋转感测线圈CPi，每对包括顶部旋转感测线圈TRSCi和底部旋转感测线圈BRSCi，并且其中，每个互补对CPi包括顶部旋转感测线圈TRSCi和底部旋转感测线圈BRSCi，其特征在于，当沿着轴向方向投影时，它们的内部区域的形状名义上重合。11.根据权利要求1所述的扫描探头，其中，所述线圈板配置配置为提供N个互补对旋转感测线圈CPi，每对包括顶部旋转感测线圈TRSCi和底部旋转感测线圈BRSCi，并且其中，每个互补对CPi包括顶部旋转感测线...

【专利技术属性】
技术研发人员：CR哈姆纳，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：