接触式探针制造技术

本发明专利技术涉及一种接触式探针，该接触式探针包括：固定构件；感应器，该感应器由一个或数个弹性元件相对于所述固定构件保持在静止位置，所述感应器能够响应于偏转力从所述静止位置移动；包括光源的检测系统，该光源借助所述感应器相对于所述固定构件的位移被驱动；接收由所述光源发出的光的光学图像传感器；光掩模，该光掩模插设在光路中位于所述光源和所述光学图像传感器之间。

【技术实现步骤摘要】
接触式探针
本专利技术涉及用于坐标测量机的接触式探针或接触探针，并且特别地但不是排他地涉及触发式接触探针。
技术介绍
接触式探针及其用于测量机械零件的表面的坐标的测量机的使用在计量领域中是已知的。在典型情况下，接触探针包括用于组装在测量机的可动平台上的机械接口以及触针，该触针具有位于其末端的红宝石球，所述触针被设计成接触待测量的表面。当触针接触零件并且从其静止位置移动时，探针触发表明已发生接触的电信号。该信号被传输至控制单元，该控制单元记录机器的瞬时坐标并且计算在零件上的接触点的坐标。模拟探针(也称为扫描探针)也是已知的，其能够测量触针沿着一条或数条轴线的偏转。这些探针如它们的名字所指的那样，通过扫描零件的表面并测量沿着轨迹的坐标而被使用。在已知的变型中，例如在EP0764827、US4270275或US6760977中，触针紧固在具有对称布置的三个径向销的支架上，每个径向销均靠在与探针的主体一体地结合的两个球上。该布置构成具有六个独立接触点的均衡连接；触针相对于探针的主体的相对位置因此被精确地限定。在其中一个销从其通常所靠的两个球升起时产生触发信号，因此中断两个球之间的电接触。简单构造的这些探针结合可靠性和精确性但受到数个限制。具体地，探针对横向力的灵敏度不是恒定的而是根据外力的取向变化，从而展现与三个销的方向对应的三个波瓣(lobe)。灵敏度的该变化对接触式触发的可重复性有害并且因此对测量的质量有害。如例如EP1610087或DE3713415中所述，改变销的布置能减小该各向异性，然而仍没有完全消除该各向异性。欧洲专利申请EP0360853试图通过提出如下传感器来补救这些问题，即，在该传感器中，电路由对所施加力直接敏感的应变仪代替。在其他实施方式中，例如，文献US5435072和EP0415579中所述的探针中，触针和待测量的零件之间的接触由振动传感器或光学传感器来检测。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提出一种不存在已知的接触式探针的缺点并且特别地展现对横向力的恒定灵敏度的接触式探针。本专利技术的另一目的在于提出一种比现有技术探针更灵敏且精确的接触式探针。附图说明在由附图所示的说明书中指出本专利技术的实施方式的示例，附图中：图1以截面图示出了根据本专利技术的接触式探针。图2示意地示出能用于本专利技术的框架中的光掩模。图3a至3c示出被分成四个象限的图像传感器。图4示意地示出能用于本专利技术的框架中的处理电路。图5a、5b和图6示出了能用于本专利技术的框架中的弹性结构。图7和图8以分解图和剖面图示出了本专利技术的变型实施方式。图9a和9b示出了图7和图8中的实施方式中所用的弹性结构的两个可能实施方式。图10示出了图9a和9b中所示的弹性结构的另一视图。图11是图9b的弹性元件的横截面，其中已经显示出自由度。具体实施方式参照图1，在一个实施方式中，本接触式探针包括具有触针100的感应器模块60，该触针安装在支架105上，所述支架105由弹簧66弹性保持在静止位置，该静止位置由支架的三个销63(局部可见)之间的六个接触点和与感应器模块一体结合的六个球(未示出)来限定。该布置在使得触针能够在外力的作用下移动并且在不再施加该外力时精确地回复到静止位置。因为需要一定间隙(超程)以在系统检测到接触时停止测量机的运动，因此触针的该弹性组装使其可以在该时间范围内限制接触力。触针100安装在感应器模块60中的方式不是本专利技术的必要特征，并且根据需要能使用其他组装布局，而不脱离本专利技术的领域。感应器模块60优选地以可移除的方式连接至探针35的主体以便能够根据测量需要容易地更换触针。感应器模块60和探针主体能以与目前用于测量机中的自动工具更换系统相容的方式优选地自动连接和分离。在所示的示例中，借助一对磁体52和62来实现所述连接，这对磁体中的一个放置在探针主体中并且另一个放置在感应器模块中。在其他实施方式中，能通过机械式连接器(例如本申请人名下的文献EP1577050中所述的自动连接器)来实现所述连接。如果不需要模块性，则感应器模块和探针主体能以永久的方式连接。探针35的主体设置有连接装置32以将其紧固至测量机的移动式平台。在所示示例中，通过标准M8螺钉32来实现所述连接，但是其他连接机构是可能的。轴向电触点33使得探针主体内的电子设备能够由外部电源供电，如将在下面进一步看到的。如有必要，单个触点33能由多个触点来代替。感应器模块通过磁体52、62或任何其他合适的连接机构与支架55一体地结合，该支架55借助弹性结构45在探针35的主体内保持就位从而能够在预定极限内跟随触针沿着轴线X、Y、Z的偏转。在本专利技术的框架中，弹性结构能具有不同的形状。结构45将优选地具有尺寸以使其沿三个方向展现相同的弹性。杆42在下侧上与支架55一体地结合，并且在其上侧支承光源68(例如发光二极管(LED))。触针的偏转运动因此转换成光源68的成比例位移。根据本专利技术的重要方面，探针主体还包括图像传感器，例如CCD传感器61或任何其他合适的光学图像传感器，该图像传感器与光源68并置从而接收由光源68发出的光。编码光掩模65插设在光路中位于光源68和图像传感器61之间。编码光掩模65在传感器上投射不均匀分布的光强度，该光强度根据LED源68的位移移动。优选地集成在与图像传感器61相同的硅片上的处理电路从传感器的表面上的光强度的分布测定触针根据相对于探针主体的三维x、y、z的偏转。可选地，本接触式探针包括多个图像传感器，这多个图像传感器并列于光源并且布置成通过公共光掩模或通过用于每个传感器的单独光掩模接收由光源发出的光。如上述变型实施方式中，触针沿三维x、y、z的偏转从由传感器记录的光强度的分布借助处理电路来确定，该处理电路能是图像传感器所共有的或包括用于单独传感器的独立处理器。由源68、编码光掩模65和图像传感器61构成的变换器的操作原理已在文献EP1750099B1、EP2169357A1以及WO2010112082A1中描述，并且这里将不再详细分析。在图2所示的示例中，编码光掩模65承载包括方块125的规则阵列的二维编码以及由对角线段的阵列构成的编码。在所示示例中，例如，平行于段121的段编码为二进位值‘1’而平行于段120的段编码为二进位值‘0’。有利地，由段表示的二维编码使得能够借助方块125的阵列的分辨率来绝对定位，并且同时由沿着光分布的轴线的投影获得的信号131和132的插值使得可以精确地测定x和y中的相对位置。然而其它布置是可能的。为了提高读取和处理速度，像素可选地分组成区，其中每个区均专用于特定测量。在图3a所示的示例中，图像传感器61的像素布置在四个象限141、142、143、144中。对角线布置的象限141和143布置用于测定沿x方向的位移而其他两个象限设计用于测定沿y方向的位移。参照图2所示的示例，处理电路能被局限于计算沿着人们希望测量的位移方向的每个象限中相应地两个投影131、132中的单个投影，由此限制操作次数。编码光掩模65中所记录的编码也能分成象限并因此被简化。在本专利技术的框架内其它装置是可能的，包括具有不被分成象限的单个图像传感器、或两个或更多个独立图像传感器的变型。根据未示出的另选实施方式，不存在光掩模并且因此使用不均匀光源，即，在图像传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接触式探针，该接触式探针包括：固定构件；感应器，该感应器由一个或数个弹性元件相对于所述固定构件保持在静止位置，所述感应器能够响应于偏转力从所述静止位置移动；包括光源的用于检测所述感应器的位移的检测系统；接收由所述光源发出的光的光学图像传感器；其中，所述光学图像传感器上的光强度的空间分布根据所述感应器的位移而改变。

【技术特征摘要】
2012.02.20 EP 12156134.4;2012.11.05 EP 12191264.61.一种接触式探针，该接触式探针包括：固定构件；感应器，单块金属弹性元件将所述感应器相对于所述固定构件保持在静止位置，所述感应器能够响应于偏转力从所述静止位置移动；包括光源的用于检测所述感应器的位移的检测系统，所述光源借助所述感应器相对于所述固定构件的位移而被驱动；以及接收由所述光源发出的光的光学图像传感器，其中，所述光学图像传感器上的光强度的空间分布根据所述感应器的位移而改变，并且其中，所述单块金属弹性元件具有大致筒状形状，所述筒状形状具有对应于两个底部的两个端部元件，所述感应器与一端部元件的中心连接，并且所述光源与相对的端部元件的中心连接，其中每个端部元件均具有与所述接触式探针的主体一体结合的外周环以及允许所述光源沿着三条轴线移位的多个可变形元件。2.根据权利要求1所述的接触式探针，该接触式探针包括接收由所述光源发出的光的数个光学图像传感器。3.根据权利要求1所述的接触式探针，该接触式探针包括光掩模，该光掩模插设在光路中位于所述光源和所述光学图像传感器之间。4.根据权利要求3所述的接触式探针，其中，所述光掩模包括透镜阵列。5.根据权利要求1所述的接触式探针，其中，所述感应器借助磁性连接或机械连接以可移除的方式连接至所述检测系统。6.根据权利要求1所述的接触式探针，其中，所述感应器由可更换的模块支承，该可更换的模块包括感应器支架，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：本杰明·乌里奥德，色格·玛丽尔，A·M·麦勒杜，
申请(专利权)人：特莎有限公司，
类型：发明
国别省市：