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式位置检测器(IPD)包括在探针中沿中心轴线定位的两个基板，它们之间具有运动体积，其每一个包括N个旋转感测线圈(RSCs)和相应的轴向感测线圈配置(ASCC)。探针联接的导电扰动器在运动体积中沿Z(轴向)和X‑Y(旋转)方向移动。产生线圈(GC)产生变化的磁通量，其包含扰动器和线圈，且线圈信号指示扰动器和/或探针位置。扰动器的轴向投影限定具有ASCC的轴向感测重叠区域(ASOA)和具有相应的RSC的旋转感测重叠区域(RSOA)。IPD配置为使得ASOA独立于扰动器位置，且提供RSC的N个互补对(CP)，其中CP的两个线圈中的RSOA的变化的幅度对于任何扰动器位移相同。

【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
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
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。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。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
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。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。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。探针位置检测部分基于感应感测原理，且包括接收器线圈部分、扰动器配置和场产生线圈配置。接收器线圈部分可以包括平坦的顶部线圈基板，其包括N个顶部旋转感测线圈(TRSC)和顶部轴向感测线圈配置(TASCC)，以及平坦的底部线圈基板，其包括N个底部旋转感测线圈(BRSC)和底部轴向感测线圈配置(BASCC)，其中N为至少为3的整数。顶部线圈基板和底部线圈基板以固定的关系安装到扫描探头的框架，底部线圈基板更靠近探针悬置部分。顶部线圈基板和底部线圈基板可以名义上彼此平行且名义上正交于中心轴线，且沿着中心轴线间隔开，扰动器运动体积位于其之间。扰动器配置包括扰动器元件，其包括提供扰动器区域的导电板或导电回路。扰动器元件沿着中心轴线定位在顶部线圈基板和底部线圈基板之间的扰动器运动体积中，且通过联接配置联接到探针悬置部分。扰动器元件响应于探针悬置部分的偏转而相对于未偏转位置在扰动器运动体积中移动。扰动器元件可以描述为响应于轴向运动沿着轴向方向在操作运动范围+/-Rz内移动，且响应于旋转运动沿着近似正交于轴向方向的正交X和Y方向在相应的操作运动范围+/-Rx和+/-Ry内移动。场产生线圈配置至少包括第一场产生线圈，其位于扰动器运动体积附近且其名义上是平坦的且正交于中心轴线。第一场产生线圈配置为使得第一场产生线圈的线圈区域沿轴向方向的投影包含提供扰动器区域的导电板或回路以及位于顶部线圈基板和底部线圈基板上的所有旋转和轴向感测线圈的线圈区域。场产生线圈配置被配置为响应于线圈驱动信号而在扰动器运动体积中大致沿着轴向方向产生变化的磁通量。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，所述信号指示扰动器元件或探针中的至少一个相对于扫描探头的框架或外壳的轴向位置或旋转位置。本文公开了用于探针位置检测部分的特别有利的配置，其中：1)扰动器元件沿着轴向方向穿过顶部轴向感测线圈配置的内部线圈区域的投影限定顶部轴向感测重叠区域TASOA，扰动器元件沿着轴向方向穿过底部轴向感测线圈配置的内部线圈区域的投影限定底部轴向感测重叠区域BASOA，扰动器元件沿着轴向方向穿过任何相应的顶部旋转感测线圈TRSCi的内部线圈区域的投影限定相应的顶部旋转线圈感测重叠区域TRSCOAi，并且扰动器元件沿着轴向方向穿过任何相应的底部旋转感测线圈BRSCi的内部线圈区域的投影限定相应的底部旋转线圈感测重叠区域BRSCOAi，其中i是单独线圈识别指数，范围为1至N；2)接收器线圈部分和扰动器元件配置为提供顶部轴向感测重叠区域TASOA和底部轴向感测重叠区域BASOA，其中，重叠区域TASOA和BASOA中的每一个的量是不变的或独立于扰动器元件在操作运动范围+/-Rz，+/-Rx和+/-Ry内的位置；以及3)接收器线圈部分和扰动器元件配置为提供旋转感测线圈的N个互补对CPi，其各自包括顶部旋转感测线圈TRSCi和底部旋转感测线圈BRSCi，其中对于任何互补对CPi，对于操作运动范围+/-Rz，+/-Rx，和+/-Ry内的任何扰动器元件位移增量，与扰动器位移增量相关联的重叠区域TRSCOAi和BRSCOAi的变化的幅度在该互补对中名义上是相同的。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。在一些实施方式中，接收器线圈部分和扰动器元件进一步配置为，其中对于任何互补对CPi和操作运动范围+/-Rz，+/-Rx，和+/-Ry内的任何扰动器元件位移增量，与扰动器元件位移增量相关联的重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于坐标测量机的扫描探头，所述扫描探头包括：/n探针悬置部分，其联接到所述扫描探头的框架，包括：/n探针联接部分，其配置为刚性地联接到探针；以及/n探针运动机构，其配置为实现所述探针联接部分沿轴向方向的轴向运动，以及所述探针联接部分围绕旋转中心的旋转运动；以及/n探针位置检测部分，其沿着中心轴线布置，所述中心轴线平行于所述轴向方向且名义上与所述旋转中心对齐，所述探针位置检测部分包括：/n接收器线圈部分，包括平坦的顶部线圈基板以及平坦的底部线圈基板，所述顶部线圈基板包括顶部轴向感测线圈配置和N个顶部旋转感测线圈，所述底部线圈基板包括底部轴向感测线圈配置和N个底部旋转感测线圈，其中N是至少为3的整数，且顶部线圈基板和底部线圈基板以固定的关系安装到所述扫描探头的框架，所述底部线圈基板更靠近所述探针悬置部分，且顶部线圈基板和底部线圈基板名义上彼此平行且名义上正交于所述中心轴线，且沿着所述中心轴线间隔开并且扰动器运动体积位于其之间；/n扰动器配置，包括扰动器元件，所述扰动器元件包括提供扰动器区域的导电板或导电回路，其中所述扰动器元件沿着所述中心轴线位于顶部线圈基板和底部线圈基板之间的扰动器运动体积中，且通过联接配置联接到所述探针悬置部分，其中所述扰动器元件响应于所述探针悬置部分的偏转而相对于未偏转位置在所述扰动器运动体积中移动，所述扰动器元件响应于轴向运动而沿着轴向方向在操作运动范围+/-Rz内移动，且响应于旋转运动而沿着正交于所述轴向方向的正交X和Y方向在相应的操作运动范围+/-Rx和+/-Ry内移动；/n场产生线圈配置，至少包括第一场产生线圈，所述第一场产生线圈位于所述扰动器运动体积附近且其名义上是平坦的且正交于所述中心轴线，其中所述第一场产生线圈的线圈区域沿着所述轴向方向的投影包含提供所述扰动器区域的导电板或回路以及位于顶部线圈基板和底部线圈基板上的所有的旋转和轴向感测线圈的线圈区域，所述场产生线圈配置响应于线圈驱动信号而在所述扰动器运动体积中大致沿着轴向方向产生变化的磁通量；以及/n信号处理和控制电路，其可操作地连接到所述探针位置检测部分的线圈以提供所述线圈驱动信号，且配置为从所述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，并且所述信号处理和控制电路配置为输出信号，所述信号指示所述扰动器元件或所述探针中的至少一个相对于所述扫描探头的框架的轴向位置和旋转位置，/n其中：/n所述扰动器元件沿着所述轴向方向穿过所述顶部轴向感测线圈配置的内部线圈区域的投影限定顶部轴向感测重叠区域TASOA，所述扰动器元件沿着所述轴向方向穿过所述底部轴向感测线圈配置的内部线圈区域的投影限定底部轴向感测重叠区域BASOA，所述扰动器元件沿着所述轴向方向穿过任何相应的顶部旋转感测线圈TRSCi的内部线圈区域的投影限定相应的顶部旋转线圈感测重叠区域TRSCOAi，并且所述扰动器元件沿着所述轴向方向穿过任何相应的底部旋转感测线圈BRSCi的内部线圈区域的投影限定相应的底部旋转线圈感测重叠区域BRSCOAi，其中i是单独线圈识别指数，范围为1至N；/n所述接收器线圈部分和所述扰动器元件配置为提供所述顶部轴向感测重叠区域TASOA和所述底部轴向感测重叠区域BASOA，其中，重叠区域TASOA和BASOA中的每一个的量是不变的或独立于所述扰动器元件在所述操作运动范围+/-Rz，+/-Rx和+/-Ry内的位置，并且/n所述接收器线圈部分和所述扰动器元件配置为提供旋转感测线圈的N个互补对CPi，每个互补对包括顶部旋转感测线圈TRSCi和底部旋转感测线圈BRSCi，其中对于任何互补对CPi，对于操作运动范围+/-Rz，+/-Rx，和+/-Ry内的任何扰动器元件位移增量，与所述扰动器元件位移增量相关联的重叠区域TRSCOAi和BRSCOAi的变化的幅度在该互补对中名义上是相同的。/n...

【技术特征摘要】
20181101 US 16/178,2951.一种用于坐标测量机的扫描探头，所述扫描探头包括：
探针悬置部分，其联接到所述扫描探头的框架，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，其配置为实现所述探针联接部分沿轴向方向的轴向运动，以及所述探针联接部分围绕旋转中心的旋转运动；以及
探针位置检测部分，其沿着中心轴线布置，所述中心轴线平行于所述轴向方向且名义上与所述旋转中心对齐，所述探针位置检测部分包括：
接收器线圈部分，包括平坦的顶部线圈基板以及平坦的底部线圈基板，所述顶部线圈基板包括顶部轴向感测线圈配置和N个顶部旋转感测线圈，所述底部线圈基板包括底部轴向感测线圈配置和N个底部旋转感测线圈，其中N是至少为3的整数，且顶部线圈基板和底部线圈基板以固定的关系安装到所述扫描探头的框架，所述底部线圈基板更靠近所述探针悬置部分，且顶部线圈基板和底部线圈基板名义上彼此平行且名义上正交于所述中心轴线，且沿着所述中心轴线间隔开并且扰动器运动体积位于其之间；
扰动器配置，包括扰动器元件，所述扰动器元件包括提供扰动器区域的导电板或导电回路，其中所述扰动器元件沿着所述中心轴线位于顶部线圈基板和底部线圈基板之间的扰动器运动体积中，且通过联接配置联接到所述探针悬置部分，其中所述扰动器元件响应于所述探针悬置部分的偏转而相对于未偏转位置在所述扰动器运动体积中移动，所述扰动器元件响应于轴向运动而沿着轴向方向在操作运动范围+/-Rz内移动，且响应于旋转运动而沿着正交于所述轴向方向的正交X和Y方向在相应的操作运动范围+/-Rx和+/-Ry内移动；
场产生线圈配置，至少包括第一场产生线圈，所述第一场产生线圈位于所述扰动器运动体积附近且其名义上是平坦的且正交于所述中心轴线，其中所述第一场产生线圈的线圈区域沿着所述轴向方向的投影包含提供所述扰动器区域的导电板或回路以及位于顶部线圈基板和底部线圈基板上的所有的旋转和轴向感测线圈的线圈区域，所述场产生线圈配置响应于线圈驱动信号而在所述扰动器运动体积中大致沿着轴向方向产生变化的磁通量；以及
信号处理和控制电路，其可操作地连接到所述探针位置检测部分的线圈以提供所述线圈驱动信号，且配置为从所述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，并且所述信号处理和控制电路配置为输出信号，所述信号指示所述扰动器元件或所述探针中的至少一个相对于所述扫描探头的框架的轴向位置和旋转位置，
其中：
所述扰动器元件沿着所述轴向方向穿过所述顶部轴向感测线圈配置的内部线圈区域的投影限定顶部轴向感测重叠区域TASOA，所述扰动器元件沿着所述轴向方向穿过所述底部轴向感测线圈配置的内部线圈区域的投影限定底部轴向感测重叠区域BASOA，所述扰动器元件沿着所述轴向方向穿过任何相应的顶部旋转感测线圈TRSCi的内部线圈区域的投影限定相应的顶部旋转线圈感测重叠区域TRSCOAi，并且所述扰动器元件沿着所述轴向方向穿过任何相应的底部旋转感测线圈BRSCi的内部线圈区域的投影限定相应的底部旋转线圈感测重叠区域BRSCOAi，其中i是单独线圈识别指数，范围为1至N；
所述接收器线圈部分和所述扰动器元件配置为提供所述顶部轴向感测重叠区域TASOA和所述底部轴向感测重叠区域BASOA，其中，重叠区域TASOA和BASOA中的每一个的量是不变的或独立于所述扰动器元件在所述操作运动范围+/-Rz，+/-Rx和+/-Ry内的位置，并且
所述接收器线圈部分和所述扰动器元件配置为提供旋转感测线圈的N个互补对CPi，每个互补对包括顶部旋转感测线圈TRSCi和底部旋转感测线圈BRSCi，其中对于任何互补对CPi，对于操作运动范围+/-Rz，+/-Rx，和+/-Ry内的任何扰动器元件位移增量，与所述扰动器元件位移增量相关联的重叠区域TRSCOAi和BRSCOAi的变化的幅度在该互补对中名义上是相同的。


2.如权利要求1所述的扫描探头，其中所述接收器线圈部分和所述扰动器元件还配置为，其中对于任何互补对CPi和操作运动范围+/-Rz，+/-Rx，和+/-Ry内的任何扰动器元件位移增量，与所述扰动器元件位移增量相关联的重叠区域TRSCOAi和BRSCOAi的变化的幅度和符号在该互补对中是相同的。


3.如权利要求2所述的扫描探头，其中所述接收器线圈部分还配置为，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，其特征在于以下中的至少一个：
当沿着所述轴向方向投影时，它们内部区域的形状名义上重合；或
如果它们中的一个的形状围绕所述中心轴线旋转以与另一个围绕所述中心轴线的角度位置重合，然后沿着所述轴向方向投影，则它们的内部区域的形状将在名义上重合。


4.如权利要求2所述的扫描探头，其中所述接收器线圈部分和所述扰动器元件还配置为，其中所述扰动器元件包括至少N个直侧，且对于任何相应的互补对CPi，所述扰动器元件的直侧中的相应的一个横切该相应的互补对的顶部旋转感测线圈TRSCi和底部旋转感测线圈BRSCi二者。


5.如权利要求4所述的扫描探头，其中以下中的至少一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：TS库克，SA哈希拉，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：日本;JP