用于CMM接触探针的传感器信号偏移补偿系统技术方案

接触探针电路包括具有响应于接触探针触针位移的传感器信号的位移传感器、偏移补偿控制器和差分放大器。偏移补偿控制器提供变化的偏移补偿信号以补偿传感器信号的静止状态信号分量中的漂移。差分放大器输入偏移补偿信号和传感器信号并放大它们之间的差值以提供偏移补偿位移信号，其被输出到当触针接触工件时提供触摸信号的触摸触发信号生成电路，并且还被输出到偏移补偿控制器。偏移补偿控制器部分提供反馈回路，其输入偏移补偿位移信号并将响应低通滤波偏移补偿信号输出给差分放大器，以便提供偏移补偿位移信号。

Sensor signal offset compensation system for CMM contact probe

The contact probe circuit includes a displacement sensor, an offset compensation controller and a differential amplifier with a sensor signal responsive to the contact pin displacement of the contact probe. The offset compensation controller provides a change offset compensation signal to compensate for the drift in the stationary state signal component of the sensor signal. The differential amplifier inputs offset compensation signals and sensor signals and amplifies the difference between them to provide an offset compensation displacement signal, which is output to a touch trigger signal generating circuit that provides touch signals when the touch pin contacts the workpiece, and is also output to the offset compensation controller. The offset compensation controller section provides a feedback loop, whose input offset compensates for the displacement signal and outputs the response low pass filter offset compensation signal to the differential amplifier to provide an offset compensation displacement signal.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于CMM接触探针的传感器信号偏移补偿系统
本公开涉及精密度量，更具体地涉及用于坐标测量系统中使用的接触探针的电路构造。
技术介绍
坐标测量系统例如一维或三维测量系统(比如坐标测量机(CMM))可以在接触探针的触针接触工件时通过使用接触探针来触发坐标测量仪的读取来获得所检查的工件的测量结果。美国专利第5,526,576号(’576专利)中描述的一种示例性现有技术CMM(其全部内容通过引用并入本文)包括用于接触工件的接触探针、包括用于移动接触探针的多个驱动器的移动机构、以及包括与在接触探针头中或从接触探针头处理信号有关的特征的相关电子系统。接触探针使用各种类型的敏感位移传感器来感测接触探针触针的偏转，以指示其已接触工件。接触探针的一个问题是必须动尽可能小的信号变化来感测尽可能小的偏转。然而，即使当触针未接触工件时，即当触针和/或接触探针处于静止状态时(与触针正主动接触工件的状态相反)，由于多种原因，位移传感器信号可能漂移或改变。例如，由于温度或湿度对传感器、相关电路或周围结构的影响的变化；由于接触探针的取向变化(例如由于触针或其悬架上的重力效应)；由于机械滞后效应(例如当触针被表面偏转然后返回到静止状态时)；或由于振动效应等，传感器信号可能在静止状态中漂移或改变。必须采取措施确保这种传感器信号漂移或改变不混淆和/或不干扰识别希望的小信号变化，这些变化表明由工件接触引起的触针偏转。工件接触通常导致工件接触信号以比静止状态传感器信号漂移更快的速率变化，这是由于如上所述的各种来源。因此，用于区分工件接触信号与静止状态传感器信号漂移的最常见的现有技术方法是对位移传感器信号使用高通滤波以将更快变化的工件接触信号分量与更慢变化的静止状态信号漂移分量隔离。例如，在先前并入的该’576专利中描述了包括高通滤波的位移传感器信号处理的一个示例性方法。在美国专利第6,487,785号(’785专利)中公开了用于区分工件接触信号与静止状态传感器信号漂移的另一种现有技术方法，该专利通过引用整体并入本文。该’785专利公开了使用增量校正器来改变控制“触摸指示”切换阈值的参考值。增量校正器使用一系列小增量校正，当触摸元件静止时(即在静止状态期间)，系统参数的测量(例如位移传感器输出)控制该增量校正。已知用于区分工件接触信号与由温度引起的一种特定类型的静止状态传感器信号漂移的另一种现有技术方法。该方法包括在接触探针中提供对应于位移传感器的“虚拟”传感器和/或相关电路。虚拟传感器与位移隔离。在这种配置中，虚拟传感器可能呈现由于某些原因(例如温度变化)导致的传感器信号漂移，其近似于由于相同原因导致的静止状态传感器信号漂移。虚拟传感器信号变化因此可以用于补偿一些静止状态位移传感器信号变化。然而，要理解的是，该方法增加了接触探针组件的复杂性，并且不适用于具有实际意义的多种原因或类型的静止状态传感器信号漂移。因此，期望改进用于将更快变化的工件接触信号分量与更慢变化的静止状态信号漂移分量隔离的各种现有方法，包括上述方法。例如，改进位移信号隔离或辨别、电路响应稳定性、电路响应时间、电路经济性、易用性和理解中的任何或全部、以及增加用于各种类型和型号的接触探针和位移传感器的解决方案的通用性，将是可取的。
技术实现思路
提供本
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍概念的选择，以允许更加快速地识别和理解下面在具体实施方式中进一步描述的各种公开的特征和原理。因此，本
技术实现思路
仅旨在作为简要概述，并非旨在隔离所要求保护的主题的关键特征，也并非旨在用作确定所要求保护的主题的范围的辅助手段。先前指出的用于将更快变化的工件接触信号分量与更慢变化的静止状态信号漂移分量隔离的现有技术方法(包括上述方法)已经被确定为具有各种不合需要的方面，至少对于一些应用而言。例如，包括高通滤波(比如在’576专利中公开的)的现有技术方法已被发现在某些应用中是不希望的，因为它们施加在位移传感器信号的放大上的限制。如前所述，为了制造敏感的接触探针，必须从尽可能小的位移传感器信号变化中快速感测尽可能小的触针偏转。因此，通常希望使用高增益放大器来放大来自位移传感器的信号用于检测。然而，对于接触探针中的各种类型的位移传感器和/或它们的实施方式，由位移传感器输出的静止状态信号分量的变化(例如上面概述的各种传感器信号“漂移”)常常可能超过由于所允许的触针偏转量引起的位移传感器信号的变化。这意味着由于偏转导致的位移传感器信号分量的期望的高增益放大可能放大相对较大的静止状态传感器信号分量变化以达到电源的限制，这是不可接受的。因此，使用高增益放大(否则由于以上概述的原因而是合乎需要的)不适用于各种现有技术方法，这些方法包括高通滤波以将更快变化的工件接触信号分量与更慢变化的静止状态信号漂移分量隔离。包括调整触摸触发信号切换阈值以补偿由一个或多个位移传感器输出的静止状态信号或静止状态信号的组合的变化的现有技术方法也已被发现在各种应用中是不期望的。例如，在该’785专利中公开了一种这样的方法。这种方法的一个问题是，在各种接触探针中，可能需要组合多个位移传感器信号以便提供与触摸触发信号切换阈值进行比较的组合信号。应该理解的是，不同位移传感器的各个静止状态信号分量的变化实际上可能与实际触针偏转和单个位移传感器输出的信号之间的关系的变化相关联。然而，由不同位移传感器输出的单个静止状态信号分量的这种变化可能相互作用，以在产生用于与触摸触发信号切换阈值进行比较的组合信号的处理中变得不可预知地丢失或放大。这可能会导致实际触针位移，从而导致触发信号变为不对称或以其几何形式变化。这种效果补偿了不希望的组合触发信号的切换电平，作为补偿各种接触探针实施方式中的各个位移传感器静止状态信号中的变化的手段。该’785专利公开了使用单个位移传感器的接触探针的一个实施例，其避免了上述问题。然而，使用单个位移传感器来响应触针位移的多个轴引入了单独的一组问题，并且没有发现广泛的应用。另外，在该’785专利中公开的方法，其中增量校正器使用当触摸元件静止时由接触探针的静止状态信号控制的一系列小增量校正，被公开为适于提供变化或应用相当缓慢的校正。例如，该’785专利陈述，“在接触引脚2返回到其静止位置之后，逻辑部件23的数字计数器的计数器状态增加或减少1，并以至少一分钟的缓慢周期计数步骤。”)。相反，在各种实施方式中，位移传感器的静止状态信号的变化可以被更快地校正，这可能是期望的。例如，当接触探针的方向改变时，其中的位移传感器的静止状态信号可以立即改变(例如由于改变的重力方向改变触针偏转的方向或量)。从检测吞吐量的角度来看，延迟后续的接触探针测量操作并等待缓慢应用补偿以改变位移传感器的静止状态信号将是非常不期望的。为了克服前述问题中的一些或全部并且提供其他期望的特征，本文公开了改进的接触探针电路的各种实施方式。接触探针电路输出有助于确定触摸触发信号的信号，并被提供用于接触探针以与坐标测量系统结合使用。该接触探针电路包括位移传感器、偏移补偿控制器部分和差分放大器。位移传感器配置为输出响应于附接到接触探针的触针的位移的传感器信号。偏移补偿控制器部分配置为提供变化的偏移补偿信号，其用于补偿由位移传感器输出的静止状态信号分量的变化。应该理解的是，补偿的静止状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在用于坐标测量系统的接触探针中输出有助于确定触摸触发信号的信号的接触探针电路，所述接触探针电路包括：位移传感器，配置为输出响应于附接到所述接触探针的触针的位移的传感器信号；偏移补偿控制器部分，配置为提供变化的偏移补偿信号，其用于补偿由所述位移传感器输出的静止状态信号分量的变化；差分放大器，其被连接以输入所述偏移补偿信号和传感器信号并且放大输入信号之间的差值，并且输出放大的差值作为偏移补偿位移信号，其中，所述偏移补偿位移信号被输出到触发信号确定处理电路以有助于确定用于所述接触探针的触摸触发信号，并且还输入到所述偏移补偿控制器部分用于调整所述偏移补偿信号；其中，所述偏移补偿控制器部分配置为提供反馈回路，其输入所述偏移补偿位移信号并响应该输入以生成输入到所述差分放大器的低通滤波偏移补偿信号，以补偿由于所述静止状态信号分量导致的传感器信号中的偏移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.22 US 62/271,0821.一种在用于坐标测量系统的接触探针中输出有助于确定触摸触发信号的信号的接触探针电路，所述接触探针电路包括：位移传感器，配置为输出响应于附接到所述接触探针的触针的位移的传感器信号；偏移补偿控制器部分，配置为提供变化的偏移补偿信号，其用于补偿由所述位移传感器输出的静止状态信号分量的变化；差分放大器，其被连接以输入所述偏移补偿信号和传感器信号并且放大输入信号之间的差值，并且输出放大的差值作为偏移补偿位移信号，其中，所述偏移补偿位移信号被输出到触发信号确定处理电路以有助于确定用于所述接触探针的触摸触发信号，并且还输入到所述偏移补偿控制器部分用于调整所述偏移补偿信号；其中，所述偏移补偿控制器部分配置为提供反馈回路，其输入所述偏移补偿位移信号并响应该输入以生成输入到所述差分放大器的低通滤波偏移补偿信号，以补偿由于所述静止状态信号分量导致的传感器信号中的偏移。2.根据权利要求1所述的接触探针电路，其中：所述接触探针电路包括名义上以M位分辨率操作的模拟数字转换器(A/D转换器)；并且所述差分放大器包括模拟放大器，其配置为将所述偏移补偿位移信号输出到所述A/D转换器，所述A/D转换器配置为将所述偏移补偿位移信号转换为相应数字偏移补偿位移信号，其被输出到所述触发信号确定处理电路，并且还被输入到所述偏移补偿控制器部分用于调整所述偏移补偿信号。3.根据权利要求2所述的接触探针电路，其中，所述偏移补偿控制器部分包括名义上以N位分辨率操作的数字模拟转换器(D/A转换器)；并且所述偏移补偿控制器部分包括数字电路，其配置为输入数字偏移补偿位移信号并且确定输入到所述D/A转换器的低通滤波数字偏移补偿信号的值，并且所述D/A转换器配置为将所述低通滤波数字偏移补偿信号转换为输入到所述差分放大器的相应模拟偏移补偿信号。4.根据权利要求3所述的接触探针电路，其中，N比M大至少2位。5.根据权利要求4所述的接触探针电路，其中，M至少为12。6.根据权利要求3所述的接触探针电路，其中，M至少为14，并且N至少与M一样大。7.根据权利要求3所述的接触探针电路，其中，所述偏移补偿控制器部分配置为以第一采样率输入所述数字偏移补偿位移信号并且以第二采样率输出所述低通滤波数字偏移补偿信号，所述第二采样率比所述第一采样率慢至少10倍。8.根据权利要求7所述的接触探针电路，其中，所述第二采样率比所述第一采样率慢至少100倍。9.根据权利要求7所述的接触探针电路，其中，所述第一采样率为至少50KHz。10.根据权利要求3所述的接触探针电路，其中，所述偏移补偿控制器部分包括：数字低通滤波器配置，其配置为输入所述数字偏移补偿位移信号并输出低通滤波器数字输出信号；和数字校正反馈控制器，其配置为输入所述低通滤波器数字输出信号并确定输入到所述D/A转换器的低通滤波数字偏移补偿信号的值。11.根据权利要求10所述的接触探针电路，其中，所述数字校正反馈控制器配置为响应于所述低通滤波器数字输出信号的变化而作为比例积分控制器操作。12.根据权利要求1所述的接触探针电路，其中，所述差分放大器配置为提供具有第一截止频率的相对较高的带宽，并且所述偏移补偿控制器部分配置为生成对...

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