用于集成复杂电路的紧凑测量装置结构制造方法及图纸

提供了一种紧凑的坐标测量机(CMM)探针结构，用于将复杂的电路集成到CMM探针中。CMM探针结构包括触针位置检测部分、触针悬架部分和电路板组件。触针位置检测部分包括对准框架和光学感测结构。电路板组件包括刚性‑柔性电路元件和三维载体框架。刚性‑柔性电路元件包括由一组挠性弯曲部分连接的一组板部分。刚性‑柔性电路元件在弯曲部分处弯折，以将一些板部分定位成靠近和/或连结到载体框架上的相应支撑表面。电路板组件至少部分地围绕大部分触针位置检测部分，并通过相对于对准框架固定的载体框架与之连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于集成复杂电路的紧凑测量装置结构
本公开涉及精确计量，更具体地涉及与坐标测量机一起使用的探针的紧凑结构。
技术介绍
坐标测量机(CMM)可以获得被检查工件的测量。美国专利号8438746中描述的一种示例性现有技术CMM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，该专利在此全文引入作为参考。在美国专利号7652275中描述了一种包括表面扫描探针的CMM，该专利在此全文引入作为参考。如其中所公开的，机械接触探针或光学探针可以扫描整个工件表面。在美国专利号6971183('183专利)中也描述了一种采用机械接触探针的CMM，该专利在此全文引入作为参考。其中公开的探针包括具有表面接触部分的触针、轴向运动机构和旋转运动机构。轴向运动机构包括移动构件，该移动构件允许接触部分在测量探针的中心轴线方向(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。轴向运动机构嵌套在旋转运动机构内部。接触部分位置和/或工件表面坐标是根据旋转构件的位移和轴向运动移动构件的轴向位移确定的。在McMurtry的美国专利号5755038中公开了一种示例性接触探针，该专利在此全文引入作为参考。McMurtry公开了一种具有可释放地接合远端触针模块的接触探针主体或感测模块的接触探针。如最佳理解，McMurtry公开了一种探针主体，该探针主体具有在三个支柱之间轴向延伸的中央弹性支撑的移动负载构件，该三个支柱包括围绕弹性支撑的移动负载构件的刚性支撑结构。包括ASIC信号处理器的印刷电路板围绕弹性支撑的负载构件安装在刚性支撑结构上。弹性支撑的移动负载构件基本上沿着感测模块的整个长度沿着其中心轴线延伸，并且在刚性支撑结构的上端附近连接至弹性膜片。三个柔性支柱将移动的负载构件连接到刚性支撑结构的下端。每个支柱包括连接至ASIC(专用集成电路)信号处理器的应变仪，以响应于负载构件相对于刚性支撑结构的运动而生成触发信号。将需要用于制造、组装和维修更经济并且能够将相对复杂的电路装配到相对紧凑的探针主体中的高精度探针结构。
技术实现思路
提供本
技术实现思路
以简化形式介绍一些概念，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。该
技术实现思路
不旨在指出所要求保护的主题的关键特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。提供了一种紧凑的坐标测量机(CMM)探针结构，用于将复杂的电路集成到CMM探针中。CMM探针结构包括触针位置检测部分、触针悬架部分和电路板组件。触针位置检测部分包括对准框架和以固定关系安装到对准框架的光学感测结构。光学感测结构至少包括第一光源和第一位置敏感检测器。对准框架和光学感测结构构造成至少部分地围绕内部光束路径空间，并在触针位置检测部分的远端中提供开口以提供对内部光束路径空间的介入。触针悬架部分布置成靠近触针位置检测部分的远端。触针悬架部分包括：悬架框架、触针联接部分、触针运动机构和第一位置指示元件。悬架框架以固定关系连结到触针位置检测部分。触针联接部分构造成刚性地联接到触针。触针运动机构附接到悬架框架和触针联接部分，并且构造成使得触针联接部分能够相对于悬架框架运动。第一位置指示元件相对于触针联接部分固定并与触针联接部分一起移动。另外，第一位置指示元件布置成沿第一源光路接收来自光源的光，并沿第一测量光路向第一位置敏感检测器输出第一测量光束，其中第一测量光束根据第一位置指示元件的相应运动而移动。电路板组件包括刚性-柔性电路元件和三维载体框架。刚性-柔性电路元件包括一组板部分，所述一组板部分包括至少四个板部分，所述至少四个板部分由一组弯曲部分连接，所述一组弯曲部分包括具有相应弯曲轴线的至少三个挠性弯曲部分。在各种实施方式中，当刚性-柔性电路元件为大致平面展开形式时，弯曲部分中的至少两个的弯曲轴线在它们之间形成60度到120度的角度。三维载体框架包括与所述一组板部分中的至少两个板部分配合的一组支撑表面。刚性-柔性电路元件配置为在弯曲部分处弯折以将至少两个板部分定位为靠近载体框架上的相应支撑表面。至少两个板部分构造成与载体框架上的相应支撑表面连结。另外，电路板组件构造成至少部分地围绕大部分触针位置检测部分，并通过相对于对准框架固定的载体框架与之连接。附图说明图1是示出测量系统的各种典型部件的图，该测量系统包括利用诸如本文公开的扫描探针的CMM；图2是示出与CMM联接并提供位置信号的扫描探针的各种元件的框图；图3A和3B是示出了联接到触针的触针悬架部分和用于检测触针悬架部分的位置的触针位置检测部分的示例性实施方式的横截面的图；图4A至4C是表示触针位置检测部分和载体框架部的图；图5A至5C是示出处于大致平面展开形式的刚性-柔性电路元件的图；图6A和6B是示出图5A至5C的刚性-柔性电路元件的弯折形式的图，其围绕图4A至4C的载体框架和触针位置检测部分附接；图7是示出包括与对准框架联接的悬架框架的触针悬架部分的示例性实施方式的横截面的图；以及图8是示出用于组装与CMM一起使用的扫描探针的方法的一个示例性实施方式的流程图。具体实施方式图1是示出测量系统100的各种典型部件的图，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联接到运动控制器115，并且可以包括用于手动操作CMM200的操纵杆111。主计算机120联接到运动控制器115，并且操作CMM200和处理工件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装置125(例如键盘等)以及用于输出例如测量结果的输出装置130(例如显示器、打印机等)。CMM200包括位于表面板210上的驱动机构220和用于将扫描探针300附接到驱动机构220的保持元件224。驱动机构220包括x轴、y轴和z轴滑动机构222、221和223，分别用于三维移动扫描探针300。附接到扫描探针300的端部的触针306包括接触部分348。如将在下面更详细地描述，触针306附接到扫描探针300的触针悬架部分，其在接触部分348沿着工件W的表面上的测量路径移动时允许接触部分348在多个方向上自由地改变其位置。应当理解，以高速操作可能需要在扫描探针300和主计算机系统120之间双向传输大量数据。在某些情况下，数据传输要求可能会限制进行此类测量的速度。如果由扫描探针300产生的至少一些数据在扫描探针300处被处理以减少必须被传输到计算机系统120的数据量将是有益的。然而，在高速操作期间，扫描探针300可能会非常迅速地加速。这些高加速度，加上信号处理电子设备的质量增加以及与去除扫描探针300中的材料以适应增加的电子设备相关的结构刚度降低，以前已经限制了将更全面的信号处理系统集成到CMM“集成”扫描探针300中的能力，同时保留了其他所需的特性(例如足够的机械刚度、经济的组装等)。下面描述包括克服这些问题并提供特定优点的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将电路集成到CMM探针中的坐标测量机(CMM)探针构造，该CMM探针构造包括：/n触针位置检测部分，包括：/n对准框架；和/n以固定关系安装到对准框架的光学感测结构，该光学感测结构至少包括第一光源和第一位置敏感检测器；/n其中，所述对准框架和光学感测结构构造成至少部分地围绕内部光束路径空间，并在触针位置检测部分的远端中提供开口，以提供对内部光束路径空间的介入；触针悬架部分，其布置成靠近触针位置检测部分的远端，包括：/n悬架框架，其以固定关系连结到触针位置检测部分；/n触针联接部分，其构造成刚性地联接到触针；/n触针运动机构，其附接到悬架框架和触针联接部分，并且构造成使得触针联接部分能够相对于悬架框架运动；和/n第一位置指示元件，其相对于触针联接部分固定并与触针联接部分一起移动，该第一位置指示元件布置成沿第一源光路接收来自光源的光，并沿第一测量光路向第一位置敏感检测器输出第一测量光束，其中，所述第一测量光束根据第一位置指示元件的相应运动而移动；和/n电路板组件，包括：/n刚性-柔性电路元件，其包括一组板部分，所述一组板部分包括至少四个板部分，所述至少四个板部分由一组弯曲部分连接，所述一组弯曲部分包括具有相应弯曲轴线的至少三个挠性弯曲部分，其中，当刚性-柔性电路元件为大致平面展开形式时，弯曲部分中的至少两个的弯曲轴线在它们之间形成60度到120度的角度；以及/n三维载体框架，其包括与所述一组板部分中的至少两个板部分配合的一组支撑表面，其中，所述刚性-柔性电路元件配置为在弯曲部分处弯折以将至少两个板部分定位为靠近载体框架上的相应支撑表面；并且/n其中，所述至少两个板部分构造成与载体框架上的相应支撑表面连结，并且所述电路板组件构造成至少部分地围绕大部分触针位置检测部分，并通过相对于对准框架固定的载体框架与之连接。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170929 US 62/565,9611.一种用于将电路集成到CMM探针中的坐标测量机(CMM)探针构造，该CMM探针构造包括：
触针位置检测部分，包括：
对准框架；和
以固定关系安装到对准框架的光学感测结构，该光学感测结构至少包括第一光源和第一位置敏感检测器；
其中，所述对准框架和光学感测结构构造成至少部分地围绕内部光束路径空间，并在触针位置检测部分的远端中提供开口，以提供对内部光束路径空间的介入；触针悬架部分，其布置成靠近触针位置检测部分的远端，包括：
悬架框架，其以固定关系连结到触针位置检测部分；
触针联接部分，其构造成刚性地联接到触针；
触针运动机构，其附接到悬架框架和触针联接部分，并且构造成使得触针联接部分能够相对于悬架框架运动；和
第一位置指示元件，其相对于触针联接部分固定并与触针联接部分一起移动，该第一位置指示元件布置成沿第一源光路接收来自光源的光，并沿第一测量光路向第一位置敏感检测器输出第一测量光束，其中，所述第一测量光束根据第一位置指示元件的相应运动而移动；和
电路板组件，包括：
刚性-柔性电路元件，其包括一组板部分，所述一组板部分包括至少四个板部分，所述至少四个板部分由一组弯曲部分连接，所述一组弯曲部分包括具有相应弯曲轴线的至少三个挠性弯曲部分，其中，当刚性-柔性电路元件为大致平面展开形式时，弯曲部分中的至少两个的弯曲轴线在它们之间形成60度到120度的角度；以及
三维载体框架，其包括与所述一组板部分中的至少两个板部分配合的一组支撑表面，其中，所述刚性-柔性电路元件配置为在弯曲部分处弯折以将至少两个板部分定位为靠近载体框架上的相应支撑表面；并且
其中，所述至少两个板部分构造成与载体框架上的相应支撑表面连结，并且所述电路板组件构造成至少部分地围绕大部分触针位置检测部分，并通过相对于对准框架固定的载体框架与之连接。


2.根据权利要求1所述的CMM探针结构，其中，所述第一位置指示元件构造成通过触针位置检测部分的远端中的开口延伸到内部光束路径空间中，并且第一源光路和第一测量光路被全部包含在内部光束路径空间中。


3.根据权利要求1所述的CMM探针结构，其中，所述第一位置指示元件位于所述内部光束路径空间的外部，并且所述第一源光路和第一测量光路延伸穿过所述触针位置检测部分的远端中的开口。


4.根据权利要求1所述的CMM探针结构，其中，当所述刚性-柔性电路元件为大致平面展开形式时，弯曲部分中的至少两个的弯曲轴线大致正交，并且所述至少两个板部分构造为通过保持元件或结合连结中的至少一种连接到载体框架上的相应支撑表面，并且载体框架的一个或多个支撑表面邻接对准框架的一个或多个表面。


5.根据权利要求1所述的CMM探针结构，其中，所述一组板部分包括至少一个连接器板部分，所述至少一个连接器板部分电连接到固定至所述对准框架的至少一个电子部件。


6.根据权利要求1所述的CMM探针结构，其中，所述载体框架包括至少一个圆形弯曲轴线支撑区域，并且当刚性-柔性电路元件在弯曲部分处弯折时，至少一个弯曲部分定位为靠近至少一个弯曲轴线支撑区域，以将至少两个板部分定位成靠近载体框架上的相应支撑表面。


7.根据权利要求1所述的CMM探针结构，其中，所述载体框架包括至少一个支撑表面，所述至少一个支撑表面横向于Z轴取向并且支撑横向于Z轴取向的板部分。


8.根据权利要求1所述的CMM探针结构，其中，所述一组板部分包括至少一个内部板部分和至少一个外部板部分，并且当所述刚性-柔性电路元件在所述弯曲部分处弯折时，所述至少一个内部板部分定位为靠近载体框架上的相应支撑表面，并且至少一个内部板部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：BB齐，RA维斯纳，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：日本;JP