传感器配置的屏蔽和坐标测量机探头的对准的制作方法

本公开涉及精密计量，并且更具体地涉及坐标测量机探头。相关技术描述坐标测量机(cmm)可获得所检查工件的测量结果。在美国专利第8,438,746号中所描述的一种示例性现有技术cmm包含用于测量工件的探头、用于移动探头的移动机构以及用于控制移动的控制器，所述美国专利特此以全文引用的方式并入本文中。在美国专利第7,652,275号中描述了包括表面扫描探头的cmm，该美国专利特此以全文引用的方式并入本文中。如所述美国专利中所公开的，机械接触探头或光学探头可以扫描跨过工件表面。在美国专利第6,971,183中还描述了采用机械接触探头的cmm，该美国专利特此以全文引用的方式并入本文中。所述美国专利中所公开的探头包含具有探头尖端(即，表面接触部分)的触针、轴向运动机构和旋转运动机构。轴向运动机构包含允许探头尖端在测量探头的中心轴线方向(也被称为z方向或轴向方向)上移动的移动构件。旋转运动机构包含允许探头尖端垂直于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。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探头尖端位置和/或工件表面坐标。在美国专利公开号2020/0141714和2020/0141717中公开了cmm扫描探头中的用于进行触针位置测量的感应式位置检测器，所述美国专利公开中的每一个特此以全文引用的方式并入本文中。所公开的配置包含旋转感测线圈配置和相应轴向感测线圈配置。触针耦接的传导干扰器在运动体积中沿z(轴向)和x-y(旋转)方向移动。生成线圈生成围绕干扰器和线圈的变化磁通量，并且线圈信号指示干扰器和/或触针位置。可改善或以其它方式增强此类cmm扫描探头的配置(例如，关于易组装性和/或改善的操作特性等)将是期望的。

背景技术：

技术实现思路

1、提供本
技术实现要素：
是为了以简化形式引入在下文的具体实施方式中进一步描述的概念的选择。本发明内容并非旨在标识要求保护的主题的关键特征，也并非旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

2、根据一个方面，提供了一种用于坐标测量机的扫描探头的模块化配置。用于该扫描探头的该模块化配置包括触针悬挂模块，该触针悬挂模块包括：触针耦接部分，该触针耦接部分被配置成刚性地耦接到具有探头尖端的触针；以及触针运动机构，该触针运动机构使得该触针耦接部分能够沿轴向方向进行轴向运动并且使得该触针耦接部分能够绕旋转中心进行旋转运动。

3、用于该扫描探头的该模块化配置还包括触针位置检测模块，该触针位置检测模块被配置成与该触针悬挂模块分开组装，之后才作为组装该扫描探头的一部分安装到该触针悬挂模块。当已安装时，该触针位置检测模块被配置成沿平行于该轴向方向并且名义上与该旋转中心对准的中心轴线布置。该触针位置检测模块包括传感器配置，该传感器配置包括：场生成线圈配置，该场生成线圈配置包括至少一个场生成线圈；顶部轴向感测线圈配置，所述顶部轴向感测线圈配置包括至少一个顶部轴向感测线圈；底部轴向感测线圈配置，该底部轴向感测线圈配置包括至少一个底部轴向感测线圈；以及多个顶部旋转感测线圈和多个底部旋转感测线圈。

4、该扫描探头的干扰器配置被配置成耦接到该触针悬挂模块。该干扰器配置包括提供干扰器区域的传导干扰器元件，其中该干扰器元件被配置成沿该中心轴线定位于干扰器运动体积中并且通过干扰器耦接配置耦接到该触针悬挂模块，并且响应于该触针悬挂模块的偏转而相对于未偏转位置在该干扰器运动体积中移动，其中该干扰器元件响应于该轴向运动而沿该轴向方向在操作运动范围+/-rz内移动并且响应于该旋转运动而沿正交于该轴向方向的正交的x方向和y方向在相应操作运动范围+/-rx和+/-ry内移动。该场生成线圈配置被配置成响应于线圈驱动信号而在该干扰器运动体积中生成总体上沿该轴向方向的变化磁通量。

5、用于该扫描探头的该模块化配置还包括信号处理和控制电路模块，该信号处理和控制电路模块被配置成与该触针位置检测模块和该触针悬挂模块分开组装，之后才作为组装该扫描探头的一部分刚性地耦接到该触针位置检测模块。该信号处理和控制电路模块被配置成可操作地连接到该触针位置检测模块的(例如，该场生成线圈配置、轴向感测线圈配置和旋转感测线圈的)这些线圈以提供该线圈驱动信号，并且输入包括由相应的这些旋转感测线圈和这些轴向感测线圈提供的相应信号分量的信号，并且输出指示该干扰器元件、该触针耦接部分或该探头尖端中的一者或多者的轴向位置和旋转位置的信号(例如，在各个具体实施中，所输出的这些信号可指示该干扰器元件、该触针耦接部分和该探头尖端中的每一者的轴向位置和旋转位置)。

6、根据另一个方面，提供了一种用于坐标测量机的扫描探头。该扫描探头包括触针悬挂模块，该触针悬挂模块包括：触针耦接部分，该触针耦接部分被配置成刚性地耦接到具有探头尖端的触针；以及触针运动机构，该触针运动机构使得该触针耦接部分能够沿轴向方向进行轴向运动并且使得该触针耦接部分能够绕旋转中心进行旋转运动。

7、该扫描探头还包括触针位置检测模块，该触针位置检测模块沿平行于该轴向方向并且名义上与该旋转中心对准的中心轴线布置。该触针位置检测模块包括：

8、传感器配置，该传感器配置包括：

9、场生成线圈配置，所述场生成线圈配置包括至少一个场生成线圈；

10、顶部轴向感测线圈配置，所述顶部轴向感测线圈配置包括至少一个顶部轴向感测线圈；

11、底部轴向感测线圈配置，该底部轴向感测线圈配置包括至少一个底部轴向感测线圈；以及

12、多个顶部旋转感测线圈和多个底部旋转感测线圈；以及

13、屏蔽配置，该屏蔽配置围绕该传感器配置定位并且包括用于屏蔽该传感器配置的导电材料。

14、该扫描探头还包括干扰器配置，该干扰器配置包括提供干扰器区域的传导干扰器元件。该干扰器元件沿该中心轴线定位于干扰器运动体积中，并且该干扰器元件通过干扰器耦接配置耦接到该触针悬挂模块。该干扰器元件响应于该触针悬挂模块的偏转而相对于未偏转位置在该干扰器运动体积中移动，该干扰器元件响应于该轴向运动而沿该轴向方向在操作运动范围+/-rz内移动并且响应于该旋转运动而沿正交于该轴向方向的正交的x方向和y方向在相应操作运动范围+/-rx和+/-ry内移动。所述场生成线圈配置响应于线圈驱动信号而在所述干扰器运动体积中生成总体上沿所述轴向方向的变化磁通量。

15、该扫描探头还包括信号处理和控制电路模块，该信号处理和控制电路模块被配置成可操作地连接到该触针位置检测模块的这些线圈以提供该线圈驱动信号，并且输入包括由相应的这些旋转感测线圈和这些轴向感测线圈提供的相应信号分量的信号，并且输出指示该干扰器元件、该触针耦接部分或该探头尖端中的一者或多者的轴向位置和旋转位置的信号。

技术特征：

1.一种用于坐标测量机的扫描探头，所述扫描探头包括：

2.根据权利要求1所述的扫描探头，其中所述屏蔽配置被配置成形成所述传感器配置的电磁边界。

3.根据权利要求1所述的扫描探头，其中所述屏蔽配置被配置成减少串扰或其它干扰，所述串扰或其它干扰原本将由所述信号处理和控制电路模块或所述触针悬挂模块中的至少一者的部件或操作中的至少一者引起并且原本将在所述屏蔽配置不存在于所述传感器配置周围的情况下影响所述传感器配置的所述感测线圈的所述信号。

4.根据权利要求1所述的扫描探头，其中所述屏蔽配置包括一个或多个狭槽，其中每个狭槽具有使得来自所述信号处理和控制电路模块的电连接器能够穿过所述屏蔽配置中的所述狭槽以由所述传感器配置接收的尺寸，并且每个狭槽沿垂直于所述轴向方向的方向取向，使得所述狭槽沿所述轴向方向的尺寸小于所述狭槽沿垂直于所述轴向方向的所述方向的尺寸。

5.根据权利要求1所述的扫描探头，还包括：探头盖，所述探头盖围绕所述触针位置检测模块的所述屏蔽配置，其中所述探头盖以所述探头盖的内表面与所述屏蔽配置的外表面之间的至少最小间距与所述触针位置检测模块机械地隔离。

6.根据权利要求1所述的扫描探头，其中所述触针位置检测模块还包括第一安装部分，并且所述触针悬挂模块还包括第二安装部分，所述第一安装部分和所述第二安装部分形成模块安装配置，其中所述第二安装部分被配置成由所述第一安装部分接合，以用于将所述触针位置检测模块安装到所述触针悬挂模块。

7.根据权利要求6所述的扫描探头，其中所述第二安装部分包括多个上部延伸部分，并且所述第一安装部分包括多个下部延伸部分，所述多个下部延伸部分被配置成在所述第二安装部分由所述第一安装部分接合时至少部分地定位于所述多个上部延伸部分下方。

8.根据权利要求7所述的扫描探头，其中所述模块安装配置被配置成使得在所述第二安装部分由所述第一安装部分接合时，所述多个下部延伸部分能够在所述多个上部延伸部分下方在x方向和y方向上滑动。

9.根据权利要求6所述的扫描探头，其中：

10.根据权利要求1所述的扫描探头，其中所述扫描探头的干扰器组件包括所述干扰器元件，并且所述干扰器组件通过所述干扰器耦接配置刚性地附接到所述触针悬挂模块的移动构件的上部部分，所述干扰器组件还包括调整部件，所述调整部件被配置成使得所述干扰器元件相对于所述触针悬挂模块的所述移动构件的位置能够沿所述轴向方向进行调整，以在所述触针位置检测模块安装到所述触针悬挂模块之后实现所述触针位置检测模块内所述轴向方向上的期望对准，其中在实现所述期望对准之后，所述干扰器元件的所述位置相对于所述触针悬挂模块的所述移动构件刚性地固定。

11.根据权利要求10所述的扫描探头，其中所述传感器配置包括顶部线圈基板和底部线圈基板，所述顶部线圈和所述底部线圈中的至少一些线圈分别定位于所述顶部线圈基板和所述底部线圈基板上，所述顶部线圈基板包括孔，所述孔使得能够接近所述干扰器元件或所述调整部件中的至少一者，以用于调整所述干扰器元件的所述位置，之后才作为组装所述扫描探头的一部分将所述信号处理和控制电路模块刚性地耦接到所述触针位置检测模块。

12.一种方法，所述方法包括：

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述屏蔽配置形成由所述场生成线圈配置生成的所述变化磁通量的电磁边界。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述屏蔽配置减少串扰或其它干扰，所述串扰或其它干扰原本将由所述信号处理和控制电路模块或所述触针悬挂模块中的至少一者的部件或操作中的至少一者引起并且原本将在所述屏蔽配置不存在于所述传感器配置周围的情况下影响所述传感器配置的所述感测线圈的所述信号。

15.根据权利要求12所述的方法，其中作为在所述探头尖端沿所述工件的所述表面移动之前组装扫描探头的一部分，使用模块安装配置将所述触针位置检测模块安装到所述触针悬挂模块，并且其中如由所述模块安装配置实现的，相对于所述触针悬挂模块在x方向和y方向上调整所述触针位置检测模块的至少一部分，以便将所述触针位置检测模块与所述触针悬挂模块对准。

技术总结
一种用于坐标测量机的扫描探头包括：触针悬挂模块；触针位置检测模块；干扰器配置；以及信号处理和控制电路模块。该触针位置检测模块包括：传感器配置，该传感器配置包括各种线圈；以及屏蔽配置，该屏蔽配置围绕该传感器配置定位并且包括用于屏蔽该传感器配置的导电材料。该触针位置检测模块使用模块安装配置安装到该触针悬挂模块，该模块安装配置使得能够在该扫描探头的组装期间调整该传感器配置的相对位置以用于对准。

技术研发人员：D.A.基内尔,C.R.哈姆纳,S.E.亨明斯,S.A.哈西拉
受保护的技术使用者：株式会社三丰
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13