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配置，包括沿着探针中的中心轴线布置的探针位置检测部分。探针位置检测部分包括场产生线圈配置以及顶部和底部轴向和旋转感测线圈配置。场产生线圈配置产生变化的磁通量，并且线圈信号指示导电扰动器元件和/或探针位置。场产生线圈耦合和串扰减少配置将信号处理和控制电路耦合到场产生线圈配置以提供线圈驱动信号，并且配置为减少串扰，否则如果场产生线圈配置直接连接到信号处理和控制电路而没有场产生线圈耦合和串扰减少配置，则串扰会发生。扰会发生。扰会发生。

【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2020年12月28日提交的题为“用于指示测量装置探针位置和包括线圈未对准补偿的感应位置检测配置(INDUCTIVE POSITION DETECTION CONFIGURATION FOR INDICATING A MEASUREMENT DEVICE STYLUS POSITION AND INCLUDING COIL MISALIGNMENT COMPENSATION)”的美国专利申请号17/135672的部分继续，美国专利申请号17/135672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”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、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)、各个部件之间的串扰等。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、信号处理和控制电路以及场产生线圈耦合和串扰减少配置。
[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包含至少一个场产生线圈的场产生线圈配置、包含至少一个顶部轴向感测线圈的顶部轴向感测线圈配置(TASCC)、包含至少一个底部轴向感测线圈的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]扰动器配置包括提供扰动器区域的导电扰动器元件，其沿着中心轴线位于扰动器运动体积中。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。扰动器元件可被描述为响应于轴向运动在沿着轴向方向的操作运动范围+/
‑
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+/
‑
Rx和+/
‑
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，所述信号指示扰动器元件或探针中的至少一个相对于扫描探头的框架的轴向位置或旋转位置。
[0013]场产生线圈耦合和串扰减少配置将信号处理和控制电路耦合到至少一个场产生线圈以提供线圈驱动信号，并且配置为减少串扰，否则如果至少一个场产生线圈直接连接到信号处理和控制电路而没有场产生线圈耦合和串扰减少配置，则串扰会发生。
[0014]在一些实施方式中，场产生线圈耦合和串扰减少配置具有第一上分支和第一下分支。
[0015]在一些这样的实施方式中，至少一个场产生线圈包括第一场产生线圈，其限定正交于中心轴线并穿过第一场产生线圈的第一场产生线圈平面，对此所述场产生线圈耦合和串扰减少配置的第一上分支和第一下分支分别位于第一场产生线圈平面的上方和下方。
[0016]在一些这样的实施方式中，第一上分支和第一下分支是以下中的至少一个：关于
第一场产生线圈平面对称；镜像电流分布配置的一部分；配置为分别在第一场产生线圈平面的上方和下方的近似相等距离和相似的相对X和Y坐标位置承载相似的电流；或者并联连接。
[0017]在一些这样的实施方式中，第一上分支包括第一上电容器，第一下分支包括第一下电容器，对此所述第一上电容器和第一下电容器并联连接。
[0018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：场产生线圈配置，包括至少一个场产生线圈；顶部轴向感测线圈配置，包括至少一个顶部轴向感测线圈；底部轴向感测线圈配置，包括至少一个底部轴向感测线圈；以及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；扰动器配置，包括提供扰动器区域的导电扰动器元件，其中扰动器元件沿着中心轴线位于扰动器运动体积中，并且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，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，扰动器元件在沿着轴向方向的操作运动范围+/
‑
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+/
‑
Rx和+/
‑
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；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，并配置为输入信号，该信号包括由相应旋转和轴向感测线圈提供的相应信号分量，并输出指示扰动器元件或探针中的至少一个相对于扫描探头的框架的轴向位置和旋转位置的信号；以及场产生线圈耦合和串扰减少配置，其将信号处理和控制电路耦合到至少一个场产生线圈以提供线圈驱动信号，并且配置为减少串扰，否则如果至少一个场产生线圈直接连接到信号处理和控制电路而没有场产生线圈耦合和串扰减少配置，则串扰会发生。2.根据权利要求1所述的扫描探头，其中，所述场产生线圈耦合和串扰减少配置包括第一上分支和第一下分支。3.根据权利要求2所述的扫描探头，其中，所述至少一个场产生线圈包括第一场产生线圈，其限定正交于所述中心轴线并穿过第一场产生线圈的第一场产生线圈平面，对此所述场产生线圈耦合和串扰减少配置的第一上分支和第一下分支分别位于第一场产生线圈平面的上方和下方。4.根据权利要求3所述的扫描探头，其中，所述第一上分支和所述第一下分支是以下中的至少一个：关于所述第一场产生线圈平面对称；镜像电流分布配置的一部分；配置为分别在第一场产生线圈平面的上方和下方的近似相等距离和相似的相对X和Y坐标位置承载相似的电流；或者并联连接。5.根据权利要求3所述的扫描探头，其中，所述第一上分支包括第一上电容器，并且所
述第一下分支包括第一下电容器，对此所述第一上电容器和所述第一下电容器并联连接。6.根据权利要求3所述的扫描探头，其中，所述至少一个场产生线圈包括第二场产生线圈，其限定正交于所述中心轴线并穿过第二场产生线圈的第二场产生线圈平面，对此所述第一场产生线圈和第二场产生线圈分别对应于顶部场产生线圈和底部场产生线圈，并且所述场产生线圈耦合和串扰减少配置包括分别位于第二场产生线圈平面的上方和下方的第二上分支和第二下分支。7.根据权利要求6所述的扫描探头，其中：所述第一上分支包括第一上电容器，所述第一下分支包括第一下电容器，对此所述第一上电容器和第一下电容器并联连接；并且所述第二上分支包括第二上电容器，所述第二下分支包括第二下电容器，对此所述第二上电容器和第二下电容器并联连接。8.根据权利要求1所述的扫描探头，其中，所述场产生线圈耦合和串扰减少配置包括镜像电流分布配置。9.根据权利要求8所述的扫描探头，其中，所述镜像电流分布配置包括并联连接的一对电容器。10.根据权利要求8所述的扫描探头，其中，所述镜像电流分布配置包括三电流分支配置，其包括具有沿第一方向流动的电流的中间电流分支，以及各自耦合到中间电流分支并且具有沿与第一方向大致相反的第二方向流动的电流的上电流分支和下电流分支。11.根据权利要求1所述的扫描探头，其中：所述至少一个场产生线圈包括第一场产生线圈；并且所述场产生线圈耦合和串扰减少配置包括：第一导电耦合部分，包括将第一场产生线圈耦合到所述信号处理和控制电路的第一导体，对此提供了第一扭转配置，其使得第一导体的贡献抵消。12.根据权利要求1所述的扫描探头，其中：所述至少一个场产生线圈包括第一场产生线圈；并且所述场产生线圈耦合和串扰减少配置包括：第一导电...

【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：