[發明專利]用于測量裝置的光學配置

有效

• 申請號: 201611179005.0
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106949831B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: D.W.塞斯科
• 申請（專利權）人: 株式會社三豐
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 11105 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 葛青<國際申請>=<國際公布>=<進入國

提供一種掃描探針，以用于坐標測量機。掃描探針包括旋轉位置檢測配置和軸向位置檢測配置，旋轉位置檢測配置輸出表示觸針聯接部分圍繞旋轉中心的旋轉的X和Y位置信號，軸向位置檢測配置輸出表示觸針聯接部分沿著軸向方向的位置的Z位置信號。Z位置信號對軸向檢測偏轉器在橫向于軸向方向的至少一個方向上的運動基本上不敏感。X、Y和Z位置信號可以被處理，以確定觸針的接觸部分的3D位置，其可以包括利用Z位置信號結合掃描探針的已知三角學，從X或Y位置信號中的至少一個移除軸向運動交叉耦合分量。

技術領域

本公開涉及精確計量學，并且更特別地涉及用于坐標測量機的探針的感測配置。

背景技術

坐標測量機(CMM)可以獲得被測工件的測量值。在美國專利No.8,438,746中描述了一個示例性現有技術CMM，其全部內容通過引用并入本文，所述CMM包括于測量工件的探針、用于移動探針的移動機構、以及用于控制移動的控制器。在美國專利No.7,652,275中描述了包括表面掃描探針的CMM，其全部內容通過引用并入本文。如其中所公開的，機械接觸探針或光學探針可以掃描工件表面。

在美國專利No.6,971,183(’183專利)中還描述了采用機械接觸探針的CMM，其全部內容通過引用并入本文。其中公開的探針包括具有表面接觸部分的觸針、軸向運動機構和旋轉運動機構。軸向運動機構包括移動構件，其允許接觸部分在測量探頭的中心軸線方向(也稱為Z方向或軸向方向)上移動。旋轉運動機構包括旋轉構件，其允許接觸部分垂直于Z方向移動。軸向運動機構嵌套在旋轉運動機構內。接觸部分位置和/或工件表面坐標是基于旋轉構件的位移以及軸向運動移動構件的軸向位移而確定的。

諸如’183專利中公開的那些的運動機構和/或常規位移檢測器布置可能相對昂貴和/或易受由于機構和/或檢測器缺陷引起的各種“交叉耦合”誤差的影響。需要一種探針的感測配置，其中位移檢測器布置可以相對較便宜，同時盡管在合理預期的機制和/或檢測器缺陷的情況下，也拒絕各種“交叉耦合”誤差。

發明內容

提供本發明內容，以便以簡化的形式介紹將在下文的具體實施方式中進一步描述的一些概念。本發明內容并非旨在標識所要求保護的主題的關鍵特征，也并非旨在用于幫助確定所要求保護的主題的范圍。

提供一種在3軸上響應的掃描探針，以用于測量機(例如，CMM)。掃描探針包括觸針懸掛部分和觸針位置檢測部分。觸針懸掛部分包括觸針聯接部分，其配置為剛性地聯接至觸針；以及觸針運動機構，其配置為實現觸針聯接部分沿著軸向方向的軸向運動、以及觸針聯接部分圍繞旋轉中心的旋轉運動。觸針位置檢測部分包括光源配置、旋轉位置檢測配置和軸向位置檢測配置。

在各種實施方式中，旋轉位置檢測配置包括旋轉檢測光束路徑、旋轉檢測偏轉器和旋轉檢測器部分。旋轉檢測光束路徑配置為接收來自光源配置的光。旋轉檢測偏轉器沿著旋轉檢測光束路徑定位，并且聯接至觸針懸掛部分。旋轉檢測器部分接收來自旋轉檢測偏轉器的可變偏轉光束，并且輸出表示觸針聯接部分圍繞旋轉中心的旋轉的X和Y位置信號。

在各種實施方式中，軸向位置檢測配置包括軸向檢測光束路徑、軸向檢測偏轉器和軸向檢測器部分。軸向檢測光束路徑配置為接收來自光源配置的光。軸向檢測偏轉器沿著軸向檢測光束路徑定位，并且聯接至觸針懸掛部分，以響應于軸向運動在軸向方向上移動。軸向檢測偏轉器還響應于旋轉運動在橫向于軸向方向的至少一個方向上移動。軸向檢測器部分接收來自軸向檢測偏轉器的可變偏轉光束，并且輸出表示觸針聯接部分沿著軸向方向的位置的Z位置信號。軸向位置檢測配置被配置為使得Z位置信號對軸向檢測偏轉器在橫向于軸向方向的至少一個方向上的運動基本上不敏感。

附圖說明

圖1是示出了測量系統的各種典型部件的示意圖，其包括利用例如本文所公開的掃描探針的CMM；

圖2是示出了聯接至CMM并且提供X、Y和Z位置信號的掃描探針的各種元件的框圖；