用于使用发射体材料配置的测量设备的光学配置制造技术

提供了一种用于在坐标测量机中使用的在3个轴线中响应的扫描探针。扫描探针包括框架、触针悬挂部分和触针位置检测部分。触针位置检测部分包括光源和位置指示元件，该位置指示元件相对于触针联接部分固定并且包括具有发射体材料(例如，磷光体)的至少一个发射器部分，所述发射体材料输入和吸收来自光源的光并且通过输出激发光来响应。在各种实施例中，激发光作为测量光沿着测量光斑路径(例如，包括远心成像配置)被引导，以在位置敏感检测器(例如，象限型光电检测器)上的光斑位置处形成测量光斑，对此，光斑位置响应于位置指示元件和触针联接部分的位置的对应改变而改变。

Optical configuration of measurement equipment for use of emitter material configuration

A scanning probe for responding in three axes in a coordinate measuring machine is provided. The scanning probe includes a frame, a suspension part of the stylus and a position detection part of the stylus. The stylus position detection section includes a light source and a position indicator, which is fixed relative to the stylus connection section and includes at least one transmitter section with a emitter material (e.g., phosphor), which inputs and absorbs light from the light source and responds by outputting excitation light. In various embodiments, the excitation light is guided as a measuring light along a measuring spot path (e.g., including a telecentric imaging configuration) to form a measuring spot at the spot position on a position sensitive detector (e.g., a quadrant photodetector), for which the spot position is changed in response to a corresponding change in the position of the position indicating element and the contact part.

【技术实现步骤摘要】
用于使用发射体材料配置的测量设备的光学配置
本公开涉及精密测量，并且更具体地，涉及与坐标测量机一起使用的探针中的感测配置。
技术介绍
坐标测量机(CMM)可以获取被检工件的测量值。美国专利第8，438，746号的全部内容通过引用并入本文，其中描述了一种示例性现有技术的CMM，其包括用于测量工件的探针、用于移动探针的移动机构，以及用于控制移动的控制器。在美国专利第7，652，275号中描述了一种包括表面扫描探针的CMM，该专利的全部内容通过引用并入本文。如其中公开的，机械接触探针或光学探针可以跨过工件的表面进行扫描。在美国专利第6，971，183号(’183专利)中描述了一种采用机械接触探针的CMM，该专利的全部内容通过引用并入本文。在其中公开的探针包括具有表面接触部分的触针、轴向运动机构和转动运动机构。轴向运动机构包括移动构件，其允许接触部分沿着测量探针的中心轴线方向(也被称为Z方向或轴向方向)移动。转动运动机构包括转动构件，其允许接触部分垂直于Z方向移动。轴向运动机构嵌套在转动运动机构内。基于转动构件的位移和轴向运动移动构件的轴向位移确定接触部分的位置和/或工件表面坐标。诸如在'183专利中公开的运动机构和/或常规位移检测器布置可能相对昂贵和/或易受各种“交叉藕联”错误(例如，由于一般配置和/或机构和/或检测器缺陷等)的影响。具有这种配置的其他问题可能包括系统响应中固有的非线性(例如，由于移动光学元件)，由于使用的光源的移动导致的位置误差等。存在对于探针中的改进的感测配置的需求(例如，其中位移检测器配置可以不易受到诸如上述那些的错误的影响，可以是相对低成本的，和/或可以具有更高的精确度等)。
技术实现思路
提供这一
技术实现思路
用以以简化的形式介绍构思选择，其在下文具体实施例中进一步被说明。这一
技术实现思路
不旨在确定要求保护的主题的关键特征，也不旨在用于辅助确定要求保护的主题的范围。可在3个轴线中响应的扫描探针被提供同于测量机(例如，CMM)中。扫描探针包括框架、触针悬挂部分和触针位置测量部分。触针悬挂部分附接至框架，并且包括触针联接部分和触针运动机构，所述触针联接部分被配置为刚性地联接至触针，所述触针运动机构被配置为实现触针联接部分沿着轴向方向的轴向运动，以及触针联接部分围转动中心的转动运动。触针位置检测部分包括第一位置敏感检测器、光源位置和位置指示元件。第一位置敏感检测器相对于框架固定，并且包括第一光电检测器(例如，象限型光电检测器)，该第一光电检测器被配置提供响应于第一测量光斑沿着第一位置敏感检测器的第一感测轴线方向和第二感测轴线方向的位置的输出。所述光源配置相对于框架固定，并且被配置为沿着至少一个源光路径辐照包括第一波长范围的源光。所述位置指示元件相对于触针联接部分固定，并且与触针联接部分一起移动。所述位置指示元件包括至少一个发射器部分，所述至少一个发射器部分包括发射体材料，该发射体材料输入来自所述光源的在第一波长范围中的光，并且响应为输出在发射体材料内产生的激发光。在各种实施例中，所产生的激发光包括未被包含在第一波长范围内的第二波长范围。在各种实施例中，所述至少一个发射器部分被配置为沿着所述至少一个源光路径输入源光，而与触针联接部分在其运动范围内的位置无关。位置指示元件被配置为沿着第一测量光斑路径(例如，包括远心成像配置)输出作为第一测量光的所产生的激发光的第一部分，以在第一位置敏感检测器上的第一光斑位置处形成第一测量光斑，对此，第一光斑位置响应于位置指示元件和触针联接部分的位置的对应改变而改变。第一位置敏感检测器输出第一组位置指示信号，其指示在第一位置敏感检测器上的第一光斑位置。在各种实施例中，扫描探针进一步包括第二位置敏感检测器，其相对于所述框架固定，并且包括第二光电检测器(例如，象限型光电检测器)，该第二光电检测器被配置为提供响应于第二测量光斑沿着所述第二位置敏感检测器的至少第一感测轴线方向的位置的输出。在这一配置中，位置指示元件可以进一步被配置为沿着第二测量光斑路径(例如，包括远心成像配置)输出作为第二测量光的所产生的激发光的第二部分，以在第二位置敏感检测器上的第二光斑位置处形成第二测量光斑，对此，第二光斑位置响应于位置指示元件和触针联接部分的位置的对应改变而改变。第二位置敏感检测器输出指示在第二位置敏感检测器上的第二光斑位置的第二组位置指示信号。在各种实施例中，来自第一位置敏感检测器的第一组位置指示信号和来自第二位置敏感检测器的第二组位置指示信号组合，以指示位置指示元件和触针联接部分相对于框架的位置。在各种实施例中，并非利用第二位置敏感检测器，多路复用电路可以被用于将第一和第二测量光斑多路复用到第一位置敏感检测器上，并且提供解复用以对应于第一和第二测量光斑从第一位置敏感检测器分离输出信号(例如，第一组和第二组位置指示信号)。附图说明图1是示出测量系统的各个典型部件的图，该测量系统包括利用诸如本文公开的扫描探针的CMM；图2是示出扫描探针的各个元件联接到CMM并提供位置信号的框图；图3是示出联接到触针的触针悬挂部分的第一示例性实施例以及用于检测该触针悬挂部分的位置的、包括第一和第二位置敏感检测器的触针位置检测部分的第一示例性实施例的部分的图；图4是示出图3的第一位置敏感检测器的示例性实施例的图；图5是示出包括在扫描探针的主体框架内的图3的触针悬挂部分的一个实施例的横截面的图；图6是示出包括在图5的扫描探针中的触针位置检测部分的第二示例性实施例的图；图7是示出触针位置检测部分的第三示例性实施例的部分示意图；图8是示出触针位置检测部分的第四示例性实施例的部分示意图；图9是示出触针位置检测部分的第五示例性实施例的部分示意图；图10是示出用于基于从扫描探针接收到的位置信号确定触针的接触部分的3D位置的例程的一个示例性实施例的流程图。具体实施方式图1是示出测量系统100的各个典型部件的图，该测量系统100包括利用诸如本文公开的扫描探针300的CMM200。测量系统100包括操作单元110、控制CMM200的运动的运动控制器115、主计算机120和CMM200。操作单元110联接至运动控制器115，并且可以包括用于手动操作CMM200的操纵杆。主计算机120联接至运动控制器115，并且操作CMM200，并且处理用于工件W的测量数据。主计算机120包括用于输入例如测量条件的输入器件125(例如，键盘等)和用于输出例如测量结果的输出器件130(例如，显示器、打印机等)。CMM200包括定位在表面板210上的驱动机构220和用于将扫描探针300附接至驱动机构220的附接部分224。驱动机构220包括分别为x轴、y轴和z轴的滑动机构222、221和223，用于三维地移动扫描探针300。附接至扫描探针300的端部的触针306包括接触部分348。如下文将更详细描述的，触针306附接至扫描探针300的触针悬挂部分，其允许当接触部分348沿着工件W的表面上的测量路径移动时，接触部分348在多个方向上自由地改变其位置。图2是示出联接到CMM200并提供位置信号的扫描探针300的各个元件的框图。扫描探针300包括探针主体302(例如，包括框架)，其包含触针悬挂部分307和触针位置检测部分311。触针悬挂部分307本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于坐标测量机的扫描探针，所述扫描探针包括：框架；触针悬挂部分，其附接至所述框架，包括：触针联接部分，其被配置为刚性地联接至触针；以及触针运动机构，其被配置为实现触针联接部分沿着轴向方向的轴向运动、以及触针联接部分围绕转动中心的转动运动；以及触针位置检测部分，包括：第一位置敏感检测器，其相对于所述框架固定，并且包括第一光电检测器，该第一光电检测器被配置为提供响应于第一测量光斑沿着所述第一位置敏感检测器的第一感测轴线方向和第二感测轴线方向的位置的输出；光源配置，其相对于所述框架固定，并且被配置为沿着至少一个源光路径辐照包括第一波长范围的源光；以及位置指示元件，其相对于所述触针联接部分固定并且与所述触针联接部分一起移动，所述位置指示元件包括至少一个发射器部分，所述至少一个发射器部分包括发射体材料，所述发射体材料输入来自所述光源的在第一波长范围的光，并且响应为输出在所述发射体材料内产生的激发光，所产生的激发光包括未被包含在第一波长范围内的第二波长范围，其中：所述至少一个发射器部分被配置为沿着所述至少一个源光路径输入源光，而与所述触针联接部分在其运动范围内的位置无关；所述位置指示元件被配置为沿着第一测量光斑路径输出作为第一测量光的所产生的激发光的第一部分，以在所述第一位置敏感检测器上的第一光斑位置处形成第一测量光斑，对此所述第一光斑位置响应于所述位置指示元件和所述触针联接部分的位置的对应改变而改变；以及所述第一位置敏感检测器输出指示在第一位置敏感检测器上的第一光斑位置的第一组位置指示信号。...

【技术特征摘要】
2017.06.16 US 15/625,8351.一种用于坐标测量机的扫描探针，所述扫描探针包括：框架；触针悬挂部分，其附接至所述框架，包括：触针联接部分，其被配置为刚性地联接至触针；以及触针运动机构，其被配置为实现触针联接部分沿着轴向方向的轴向运动、以及触针联接部分围绕转动中心的转动运动；以及触针位置检测部分，包括：第一位置敏感检测器，其相对于所述框架固定，并且包括第一光电检测器，该第一光电检测器被配置为提供响应于第一测量光斑沿着所述第一位置敏感检测器的第一感测轴线方向和第二感测轴线方向的位置的输出；光源配置，其相对于所述框架固定，并且被配置为沿着至少一个源光路径辐照包括第一波长范围的源光；以及位置指示元件，其相对于所述触针联接部分固定并且与所述触针联接部分一起移动，所述位置指示元件包括至少一个发射器部分，所述至少一个发射器部分包括发射体材料，所述发射体材料输入来自所述光源的在第一波长范围的光，并且响应为输出在所述发射体材料内产生的激发光，所产生的激发光包括未被包含在第一波长范围内的第二波长范围，其中：所述至少一个发射器部分被配置为沿着所述至少一个源光路径输入源光，而与所述触针联接部分在其运动范围内的位置无关；所述位置指示元件被配置为沿着第一测量光斑路径输出作为第一测量光的所产生的激发光的第一部分，以在所述第一位置敏感检测器上的第一光斑位置处形成第一测量光斑，对此所述第一光斑位置响应于所述位置指示元件和所述触针联接部分的位置的对应改变而改变；以及所述第一位置敏感检测器输出指示在第一位置敏感检测器上的第一光斑位置的第一组位置指示信号。2.根据权利要求1所述的扫描探针，进一步包括第二位置敏感检测器，所述第二位置敏感检测器相对于所述框架固定，并且包括第二光电检测器，该第二光电检测器被配置提供响应于第二测量光斑沿着所述第二位置敏感检测器的至少第一感测轴线方向的位置的输出，其中：所述位置指示元件进一步被配置为沿着第二测量光斑路径输出作为第二测量光的所产生的激发光的第二部分，以在所述第二位置敏感检测器上的第二光斑位置处形成第二测量光斑，对此所述第二光斑位置响应于所述位置指示元件和所述触针联接部分的位置的对应改变而改变；以及所述第二位置敏感检测器输出指示在所述第二位置敏感检测器上的第二光斑位置的第二组位置指示信号。3.根据权利要求2所述的扫描探针，其中，所述第二位置敏感检测器的第一感测轴线方向近似平行于所述轴向方向；所述第一位置敏感检测器的第一感测轴线方向和第二感测轴线方向在横向于所述轴向方向取向的平面中近似彼此垂直。4.根据权利要求2所述的扫描探针，其中，所述至少一个发射器部分包括：第一发射器部分，其配置为沿着所述第一测量光斑路径输出作为所述第一测量光的所产生的激发光的第一部分；以及第二发射器部分，其配置为沿着所述第二测量光斑路径输出作为所述第二测量光的所产生的激发光的第二部分。5.根据权利要求2所述的扫描探针，其中，所述第二光电检测器的输出进一步响应于所述第二测量光斑沿着所述第二位置敏感检测器的第二感测轴线方向的位置；输入所产生的激发光的第一部分的所述第一测量光斑路径的输入部分相对于所述轴向方向形成至少15度的角度；输入所产生的激发光的第二部分的所述第二测量光斑路径的输入部分相对于所述轴向方向形成至少15度的角度，并且相对于所述第一测量光斑路径的输入部分形成至少30度的角度。6.根据权利要求2所述的扫描探针，其中，所述位置指示元件近似沿着所述轴向方向相对于所述转动中心定位，并且所述至少一个发射器部分包括以下中的一者：a)仅第一发射器部分，其接收源光并且发射所产生的激发光的第一部分和第二部分二者，并且近似沿着所述轴向方向相对于所述转动中心布置；b)第一发射器部分，其接收源光并且发射所产生的激发光的第一部分，以及第二发射器部分，其接收源光并且输出所产生的激发光的第二部分，其中，所述第一发射器部分和所述第二发射器部分近似对称地布置在平行于所述轴向方向并且通过所述转动中心的平面的相反侧；c)第一发射器部分和第二发射器部分，其中所述位置指示元件进一步包括分束器元件，所述分束器元件接收并分割所述源光，并且所述第一发射器部分定位在所述分束器元件上以接收被分割的源光的第一部分并且发射所产生的激发光的第一部分，所述第二发射器部分定位在所述分束器元件上以接收被分割的源光的第二部分并且发射所产生的激发光的第二部分。7.根据权利要求1所述的扫描探针，其中，所述第一光电检测器是象限型光电检测器。8.根据权利要求7所述的扫描探针，其中，所述至少一个发射器部...

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